Olje og gass ventiler må fungere under høyt trykk, vibrasjoner og tøffe værforhold. Samtidig gir boreutstyr og offshore-plattformer ofte begrenset plass for en aktuator.

En hydraulisk roterende sylinder konverterer væsketrykk til kontrollert rotasjonsbevegelse. For 90-graders kuleventiler, sommerfuglventiler og pluggventiler kan den levere den 90°-bevegelsen som trengs for å åpne eller lukke strømningsveien.

Skruerotasjonsaktuatorer er verdt å vurdere der installasjonsplassen er trang. Likevel avhenger pålitelig ventilfunksjon av hele aggregatet: aktuator, kopling, kontrollutstyr, hydraulisk system og nødoperasjonssystem.

Innhold

• Hva er en hydraulisk roterende sylinder for oljefelttjeneste?
• Hvordan fungerer en skruerotasjonsaktuator?
• Hvordan sammenlignes ulike roterende aktuatorutforminger?
• Hvordan bør ventilens dreiemoment kontrolleres?
• Hvor mye olje og strømning kreves?
• Hva gjør en aktuator egnet for oljefelttjeneste?
• Hva er de viktigste designbegrensningene?
• Hvilken informasjon trengs for en tilpasset løsning?

Hva er en hydraulisk roterende sylinder for oljefelttjeneste?

En hydraulisk roterende sylinder er en aktuator med begrenset vinkel som roterer en utgående aksel eller flens. Den kobles til ventilspindelen via en egnet kopling og leverer det dreiemomentet som trengs for å bevege ventilen mellom dens arbeidsposisjoner.

Typiske bruksområder inkluderer 90-graders ventiler på prosesslinjer, manifoldsystemer og utvalgte boresystemer.

Likevel er det ikke alle oljefeltventiler som bruker rotasjonsbevegelse. Mange sluseventiler og overflatesikkerhetsventiler krever lineære aktuatorer. Derfor må ventiltypen og spindelbevegelsen bekreftes før en aktuator velges.

Hvordan fungerer en skruerotasjonsaktuator?

En skruerotasjonsaktuator bruker en intern mekanisme for å konvertere stempelbevegelse til rotasjon.

I en typisk glisenesdesign:

1. Hydraulisk olje strømmer inn i et trykkammer.
2. Trykket flytter stempelet langs aktuatorhuset.
3. Heliske spliner styrer de bevegelige delene og roterer utgående aksel.
4. Akselen overfører dreiemomentet gjennom koplingen til ventilspindelen.
5. Ved å reversere trykket reverseres bevegelsen.

Denne utformingen plasserer bevegelseskonverteringen inne i et kompakt hus. Andre skruerotasjonsdesigner bruker forskjellige interne mekanismer, så utdataegenskapene må kontrolleres mot den valgte modellen. 

Skruerotasjonsaktuator vs. tannstang- og pinjongaktuator vs. vingeaktuator

Hver design har sine fordeler. Det beste valget avhenger av ventilens driftsoppgave snarere enn en enkelt ytelsesparameter.

Skruerotasjonsaktuatorer kan passe til trange installasjoner, som vist i kommersielle design av 90-graders ventilaktuatorer. Likevel er de ikke automatisk det beste alternativet for alle oljefeltventiler.

Publiserte data for dreiemoment og posisjonering tilhører spesifikke produkter. De bør ikke behandles som generelle verdier for alle skruerotasjonssylindre.

Hvordan velger du nødvendig dreiemoment?

Start med ventilprodusentens dreiemomentdata under faktiske driftsforhold.

Kontroller:

• Løsnedreiemoment: Det dreiemomentet som trengs for å starte bevegelse etter at ventilen har vært i ro.
• Gående dreiemoment: Det dreiemomentet som kreves under bevegelse.
• Setnings- og løsningsdreiemoment: Det dreiemomentet som trengs nær lukket stilling.
• Driftspåvirkninger: Differensialtrykk, temperatur, avleiringer, korrosjon og tid mellom operasjoner.

Sammenlign deretter ventilens dreiemomentbehov med aktuatorens tilgjengelige utdata gjennom hele slaget, ved å bruke det laveste tilgjengelige hydrauliske trykket.

Bruk sikkerhetsmarginen som er avtalt med ventilleverandøren og prosjektspesifikasjonen. Kontroller også ventilspindelens maksimalt tillatte dreiemoment. En for stor aktuator kan skade spindelen, setene eller koplingen dersom trykket ikke begrenses på riktig måte.

Ekstra dreiemoment bør ikke erstatte inspeksjon av en fastkjørt eller skadet ventil.

Hvor mye olje og strømning trenger aktuatoren?

For et første anslag:

Driftstid i sekunder ≈ 60 × slagvolum i liter ÷ strømning i liter per minutt

For eksempel vil en aktuator som trenger 0,5 liter for et 90°-slag ta omtrent 6 sekunder ved 5 liter per minutt.

Dette er et ideelt anslag. Faktisk tid avhenger av ventilbegrensninger, last, oljetemperatur, lekkasje og tilgjengelig trykk.

Åpnings- og lukketider kan også være forskjellige. Av den grunn bør begge retninger spesifiseres separat, og ytelsen bør bekreftes gjennom testing.

Hvorfor vurdere hydraulisk aktuering for oljefeltventiler?

Hydraulisk aktuering kan levere betydelig dreiemoment innenfor en kompakt installasjon. Det gjør det også mulig å plassere kraftenheten vekk fra ventilen, med slanger eller rørledninger som fører trykket til aktuatoren.

Med egnet kontrollutstyr kan systemet støtte:

• Fjernbetjent ventiloperasjon.
• Kontrollerte åpnings- og lukkehastigheter.
• Posisjonstilbakemelding.
• Nødbevegelse ved hjelp av lagret energi.
• Integrering med et elektrohydraulisk kontrollsystem.

Likevel garanterer ikke hydraulisk trykk alene stabil posisjonering, støtmotstand eller sikker nedstenging. Disse funksjonene avhenger av kretsen og den mekaniske utformingen.

Posisjonsholding og nødbevegelse er forskjellige

En ventil kan trenge å forbli på plass etter strømbrudd, lukkes automatisk eller åpnes automatisk. Den nødvendige handlingen kommer fra prosessikkerhetsvurderingen.

Posisjonsholding kan bruke pilotstyrte returventiler eller en annen egnet holdemekanisme. Lekkasje, temperaturendringer og innestengt trykk må fortsatt vurderes.

Nødbevegelse krever en pålitelig energikilde og kontrollvei. Avhengig av utformingen kan dette involvere en returfjær eller en hydraulisk akkumulator.

En akkumulator dimensjoneres for det nødvendige slaget, minimumsdriftstrykket, temperaturområdet og reservekapasiteten. Dens evne til å fullføre en nødhandling må verifiseres.

Kommersielle nødbevegelsessystemer bruker fjærretur eller akkumulatoroppsett for å flytte ventiler til en definert sikkerhetsposisjon.

Hvilken beskyttelse kreves i oljefeltmiljøet?

Utendørs og offshore tjeneste kan utsette aktuatorer for saltsprut, støv, vibrasjoner og store temperaturendringer.

Valg av materiale, belegg, festemidler og tetninger bør tilpasses disse forholdene. Tetningsvalget må også ta hensyn til hydraulikkvæsken og driftstemperaturen.

Egnethet for eksplosjonsfarlige områder krever gjennomgang av hele aggregatet, inkludert magnetventiler, brytere, sensorer og potensielle antennelseskilder. God tetning alene etablerer ikke eksplosjonsbeskyttelse.

På samme måte er en aktuator som er egnet for dekkinstallasjon ikke automatisk egnet for undervannsbruk. Undervannstjeneste krever kontroller av ytre trykk, trykkkompensering, kontakter og eventuelle RO-overstyringsgrensesnitt.

Hvor kan systemet yte dårlig?

Ytelsen kan bli utilstrekkelig når aktuatoren velges kun etter nominelt dreiemoment.

Vanlige problemer inkluderer utilstrekkelig forsyningsyttrykk, for høyt returtrykk, dårlig koplingsjustering, forurenset olje og uegnede tetninger.

Andre begrensninger krever spesiell oppmerksomhet:

• Vibrasjon: Hydraulisk demping forhindrer ikke i seg selv uønsket ventilbevegelse.
• Slaglengdenøyaktighet: Nøyaktig akselposisjonering beviser ikke at ventiler tetter korrekt.
• Rask lukking: Aktuatordemping reduserer mekanisk påvirkning, men rørledningssvingninger krever en egen prosessvurdering.
• Nødoperasjon: En holdeventil kan ikke levere energien som trengs for å fullføre et nødstoppslag.

Lukketiden bør derfor settes ut fra både nødstoppkravet og rørledningens transientoppførsel.

Hva bør du oppgi for en tilpasset aktuatorvurdering?

For en nyttig teknisk diskusjon, oppgi:

• Ventiltype, størrelse, trykklasse og prosessforhold.
• Dreiemomentbehov gjennom driftsslaget.
• Maksimalt tillatt spindeldreiemoment.
• Nødvendig slaglengde og åpnings-/lukketider.
• Minimum og maksimum hydraulisk trykk.
• Monteringstegninger, koplingsdimensjoner og plassbegrensninger.
• Temperatur-, korrosjons-, vibrasjons- og eksplosjonsområde-krav.
• Påkrevd respons ved strøm- eller hydraulikkforsyningstap.
• Tilbakemeldings-, overstyrings-, inspeksjons- og testkrav.

Diskuter ditt oljefeltventilprosjekt med Shellppon

En kompakt skruerotasjonsaktuator kan være en sterk kandidat for 90-graders oljefeltventiler. Det endelige valget bør følge verifiserte dreiemomentdata, installasjonsbegrensninger og en tydelig definert nødrespons.

Shellppon Hydraulic tilbyr produksjon av hydrauliske sylindre og OEM/ODM-tjenester. For å diskutere komponentvalg eller et tilpasset prosjekt, kontakt Shellppon med dine ventildata, tegninger og driftskrav.