Оборудование высокого давления 101: клапаны, фитинги и трубки для давления 30–150 тыс. фунтов на квадратный дюйм

Что такое оборудование высокого давления?

Любой компонент системы, рассчитанный на непрерывную работу при давлении 10 000 фунтов на квадратный дюйм или выше, попадает в категорию оборудования высокого давления. На практике морские скважины, водородные заправочные станции и исследования сверхкритических жидкостей обычно поднимают эту границу до 60 000 фунтов на квадратный дюйм и выше. Один неправильно выбранный фитинг здесь не протекает — он высвобождает накопленную энергию достаточно быстро, чтобы разрушить сталь. Вот почему инженеры рассматривают номинальное давление не как маркетинговый показатель, а как жесткое проектное ограничение.

Тот же производитель, который производит лабораторный игольчатый клапан на 30 000 фунтов на квадратный дюйм, может также поставить соединение для автоклава на 150 000 фунтов на квадратный дюйм. Основные дисциплины остаются неизменными: выбор материалов, геометрия резьбы и проверочные испытания. Что меняется, так это конверт последствий. Испытательный стенд при давлении 30 тыс. фунтов на квадратный дюйм в университетской лаборатории требует повторяемого уплотнения; коллектор гидроразрыва с давлением 60 тыс. фунтов на квадратный дюйм требует выдержки в условиях абразивной суспензии и циклической усталости. В таблице ниже показаны распространенные классы давления с отраслями, которые от них зависят.

Фитинги на 30 000 фунтов на квадратный дюйм и фитинг на 60 000 фунтов на квадратный дюйм могут выглядеть одинаково. Внутри толщина стенок, направление зерен и протокол термообработки принципиально отличаются. Эта разница и раскрывается в этой статье.

Ключевые компоненты систем высокого давления

Прочность контура высокого давления зависит от его наименее контролируемого интерфейса. Шесть семейств компонентов выполняют большую часть тяжелой работы: клапаны, фитинги, трубки, уплотнения, разрывные устройства и узлы гашения вибрации. Каждый имеет значение.

Клапаны

Игольчатые клапаны обеспечивают точную регулировку расхода и герметичное закрытие при давлении до 150 000 фунтов на квадратный дюйм. Их штоки из нержавеющей или легированной стали имеют твердо закрепленный невращающийся наконечник, предотвращающий истирание. Обратные клапаны предотвратить обратный поток, который может захлопнуть насос или разрушить корпус фильтра; при давлении 60 тыс. фунтов на квадратный дюйм застрявшая тарелка может означать шестизначную сумму ремонта. Безопасные головки а разрывные мембраны служат в качестве окончательного устройства сброса давления — настроенные на калиброванное давление разрыва, они защищают как операторов, так и последующие приборы. При указании любого из них потребуйте сертифицированный коэффициент расхода (Cv) и документально подтвержденный допуск на давление открытия.

Фитинги и трубки

В фитингах высокого давления используется компактная конструкция с конусом и резьбой, которая позволяет отказаться от использования больших шестигранных корпусов традиционных соединений NPT. Такая геометрия позволяет использовать отверстия большего диаметра для более высоких скоростей потока без ущерба для прочности. Конические соединения доступны в виде тройников, крестовин, колен и соединений. Трубки обычно изготавливаются из холоднотянутой нержавеющей стали 316 или никелевых сплавов, поставляются с наружным диаметром 1/4 дюйма, 3/8 дюйма и 9/16 дюйма, а толщина стенок рассчитывается в соответствии с ASME B31.3.

Уплотнения и антивибрационные узлы

Плунжерная набивка а сальниковые уплотнения являются передовой защитой от утечки технологической жидкости. В условиях гидроразрыва изношенное уплотнение уплотнения может сократить срок службы конца жидкости на 40 процентов. Антивибрационные сальники поглощают колебания, вызванные насосом, предохраняя колонну насосно-компрессорных труб от наклепа в точке соединения. Когда вибрация превышает 10 Гц, смещение уже вызывает нагрузку на корень резьбы; это порог для немедленной проверки.

Плунжерные насосы для гидроразрыва пласта Производители, Поставщики, Фабрика - Anhui Tianyu Petroleum Equipment Manufacturing Co., Ltd.

Anhui Tianyu Petroleum - производитель плунжеров насосов для гидроразрыва, поставщик и завод плунжеров для насосов для гидроразрыва в Китае, плунжер для насосов для гидроразрыва на заказ на продажу, благодаря постоянным исследованиям и разработке передового коаксиального сырья.

Посмотреть продукт →

Номинальные значения давления и выбор материала

Выбор материала для давления 30 000 фунтов на квадратный дюйм отличается от выбора материала для давления 60 000 фунтов на квадратный дюйм. При давлении 60 тыс. фунтов на квадратный дюйм окружное напряжение в трубке с внешним диаметром 9/16 дюйма приближается к 180 000 фунтов на квадратный дюйм, что намного превышает предел текучести отожженной стали 316. Инженерам следует обратить внимание на холоднодеформированные или дисперсионно-твердеющие марки. В таблице ниже приведены перекрестные ссылки на общедоступные материалы с их безопасными эксплуатационными окнами.

Настоящим отличием является усталостная долговечность, а не прочность на разрыв. 60 тыс. фунтов на квадратный дюйм корпус клапана который выдерживает гидроиспытания при давлении 5000 фунтов на квадратный дюйм, все равно может треснуть после 200 часов циклической эксплуатации при 0–60 тысячах километров, если не удалить крошечные источники напряжения, возникающие в результате механической обработки. Для кислых сред, содержащих сероводород, соблюдение требований NACE MR0175 не подлежит обсуждению. Этот стандарт предписывает максимальную твердость (обычно 22 HRC для углеродистых и низколегированных сталей), исключая такие варианты, как полностью закаленная сталь 17-4 PH. Покупателям следует требовать отчеты об испытаниях материалов, в которых указаны фактические значения предела текучести и ударной вязкости по Шарпи, а не только типовые сертификаты проката. Для труб толщина стенки должна рассчитываться по формуле ASME B31.3 t = P×D / (2S×E 0,8P), где S – допустимое напряжение при температуре, а E – коэффициент продольного соединения. При давлении 60 тыс. фунтов на квадратный дюйм и наружном диаметре 9/16 дюйма минимальная стенка холоднодеформированного 316 составляет 0,083 дюйма; поставщик, предлагающий более тонкий материал, срезает углы.

Корпус и седла клапана насоса для гидроразрыва пласта производители, поставщики, фабрика - Anhui Tianyu Petroleum Equipment Manufacturing Co., L

Anhui Tianyu Petroleum - производитель корпуса и седел клапана насоса для гидроразрыва, поставщик и завод корпуса и седел клапана насоса для гидроразрыва в Китае, изготовленный на заказ корпус и седла клапана насоса для гидроразрыва на продажу, улучшенный корпус клапана

Посмотреть продукт →

Типы соединений: конусно-резьбовое, врезное или фланцевое.

Соединение – это то место, где выходит из строя большинство систем высокого давления. Доминируют три концепции подключения, и лучшая из них полностью зависит от доступа, вибрации и допустимой скорости утечки.

• Коническая и резьбовая (C&T). Конус 58° соединяется с соответствующим сальником, а резьбовая втулка втягивает трубку в конус. Ни один наконечник не задевает стенку трубки; вместо этого сама поверхность трубки становится уплотняющей поверхностью. Эта конструкция выдерживает давление 150 000 фунтов на квадратный дюйм, обеспечивает сборку с нулевым зазором и соответствует стандарту API 598 класса A (нулевая утечка) при правильном затягивании. Время сборки для опытного специалиста составляет в среднем четыре минуты на соединение.
• Прикусного типа (феррула). При затягивании гайки металлическая втулка врезается в трубку. Сборка выполняется быстро, но при давлении выше 15 000 фунтов на квадратный дюйм ненадежна: наконечник может соскользнуть, а вибрация ослабляет прикуску. Уровень утечек при циклической нагрузке часто снижается до класса C по ISO 5208.
• Фланцевые соединения. Фланцы с прокладками на болтах подходят для трубопроводов большого диаметра, но непрактичны при давлении 60 тыс. фунтов на квадратный дюйм; нагрузка на болты, необходимая для посадки металлической кольцевой прокладки, становится огромной, а вес фланца сам по себе может прогибать трубопроводы КИП малого диаметра.

Приведенная ниже матрица решений наглядно демонстрирует компромиссы.

Конусно-резьбовой вариант — единственный вариант, который можно масштабировать от лабораторного стенда до площадки гидроразрыва без фундаментального изменения конструкции. Для нагнетательной линии водородного компрессора с давлением 60 тыс. фунтов на квадратный дюйм запас прочности при использовании C&T в 2,5 раза выше, чем при использовании муфтового соединения. Бригады технического обслуживания также предпочитают его: повторная затяжка на один с четвертью оборота часто восстанавливает просачивающееся соединение без замены трубки.

Рекомендации по безопасности и техническому обслуживанию

Никакое оборудование высокого давления нельзя установить и забыть. Дисциплина контрольного списка выявляет медленно развивающиеся неисправности — щелевая коррозия под сальником, соскользнувшая резьба, затвердевшая набивка — до того, как они станут отчетными инцидентами.

Начните с проверки крутящего момента. Каждое конусное соединение имеет рекомендованное заводом значение крутящего момента; при давлении 60 тыс. фунтов на квадратный дюйм втулка диаметром 9/16 дюйма обычно затягивается с усилием 25 футо-фунтов. Повторно проверяйте крутящий момент в течение первых 50 циклов давления, а затем каждые 500 циклов. Проверка уплотнений проводится по часам работы: уплотнения с тефлоновой подложкой при непрерывной работе с жидкостью следует снимать и измерять ползучесть с интервалом в 500 часов. Уплотнения седла металл-металл в клапанах могут прослужить 2000 часов, но требуют проверки на герметичность через половину этого интервала.

Мониторинг вибрации заслуживает отдельного протокола. Установите трехосный акселерометр на любой участок трубопровода длиной более 24 дюймов. Когда размах смещения превышает 5 мил (или частота скачет более чем на 10 Гц от базовой линии), выключите и проверьте ближайший узел антивибрационного сальника. Опорный зажим каждые 2 метра резко снижает резонанс пролета.

В приведенном ниже контрольном списке суммированы ежедневные, еженедельные и ежемесячные действия.

1. Ежедневно: Визуальная проверка на наличие тумана жидкости вокруг уплотнительных гаек; регистрировать колебания давления нагнетания.
2. Еженедельно: Все важные соединения с динамометрическими полосками; записать спектры вибрации.
3. Ежемесячно: Гидростатическое контрольное испытание на 10-процентной выборке предохранительных головок; измерьте толщину стенки трубы в вершинах изгиба с помощью ультразвукового датчика.
4. За смену (насосы ГРП): Осмотрите болты зажима плунжера и проверьте уровень смазочного масла в приводной части — низкий уровень смазочного масла ускоряет износ гидравлической части.

Как правильно выбрать поставщика оборудования высокого давления

Спецификация приведет вас к короткому списку. Что отличает транзакционного поставщика от долгосрочного партнера, так это то, как они реагируют, когда проблема не в номинальном давлении — когда вам нужен модифицированный внутренний диаметр, шток из хастеллоя для работы с CO₂ или запасная часть для трехцилиндрового насоса 20-летней давности, который не имеет актуального каталога. Оценивайте поставщиков по пяти измерениям.

Например, при гидроразрыве пласта нефти и газа поставщик, который может поставить полностью кованую проточную часть из нержавеющей стали со сменными уплотнительными отверстиями за три недели, превращает внеплановый простой из пятидневного события в однодневную замену. Эта возможность не указана в прайс-листе, но она отображается в журнале простоев. Тот же принцип применяется независимо от того, покупаете ли вы один игольчатый клапан на 30 тыс. фунтов на квадратный дюйм для университетского реактора или оборудуете установку из шести насосов. Запросите отчет о растяжении для конкретной партии плавки для конкретной партии материала, из которого будут изготовлены ваши компоненты. Если поставщик не может его произвести, экономия на цене за единицу становится страховым полисом, который вы оформляете для своего собственного оборудования.