耐温性对于北极圈内的坚固驱动器至关重要

北极圈内的应用

在北极圈钻探天然气——绝非易事。气候条件极其恶劣,-60°C 也很常见。俄能源巨头俄罗斯天然气工业股份公司四处寻找合作伙伴,希望为其供应能够承受极端温度的驱动器和控制器。Festo 的防爆气动驱动器和控制系统 GBVA 随即满足苛刻要求,并在遥远北极的许多管道上广泛使用。

俄罗斯天然气工业股份公司是世界上最大的天然气生产商,也供应德国市场。该公司计划到 2020 年大幅提高产量。为了实现这一目标,该公司将在极端气候条件下开发偏远地区的新气田, 例如,在东西伯利亚和远东地区建立天然气生产、运输和出口供应系统。

在寻找一款可单独配置的解决方案和能承受恶劣条件的气体阀门时,该公司找到了 Festo。我们专门为俄罗斯天然气工业股份公司开发了一种可以在 -60°C 的环境温度下可靠运行的驱动器系统。自 2014 年以来,俄罗斯天然气管道一直都在使用这种用于球阀的防爆气动驱动器和控制系统 GBVA。它非常成功,许多其他系统运营商现在也都在使用。

强调耐用性

工作条件越恶劣,选择石化系统组件时就必须越严格。极端温度、爆炸材料和遥远的工作地点对俄罗斯天然气工业股份公司的控制器可靠性提出了很高的要求。简而言之:一切都必须绝对安全。下一个维修站距离太远,而且地形崎岖,即使不用几周,也要几天才能换到零件。

更重要的是,还有寒冷。例如,在 -60°C 的温度下,更换阀门很不容易。连接器严重结冰,管道里流淌着危险物质。只有穿上几厘米厚的特殊防护服,人们才能承受这样的温度, 而这使得服务技术人员行动十分不便。因此,阀门只在绝对紧急的情况下才进行手动操作, 而被卡住的控制器不应该是个问题。俄罗斯天然气工业股份公司指定的阀门技术应该能够轻松控制高达 120,000 Nm 的断裂扭矩。

全面的需求清单

俄罗斯天然气工业股份公司对我司系统的主要要求是安全:表里坚固如一、完全耐温、使用寿命长、高效、节省资源且在紧急情况下可手动操作。为了确保实际上无需维护和维修,需要彻底杜绝水锤等造成的机械损伤。每个阀门都必须在不超过实际需要的压力下工作。此外,我们的解决方案必须可以配置和调整,以匹配管道大小等应用条件。最后,俄罗斯天然气工业股份公司希望在实际条件下测试我们的阀门驱动器装置。

低温:球阀,气动自动化

Festo 的完整解决方案包

Festo 开发的 GBVA(气体球阀驱动器)是一款完整的阀门驱动器解决方案,用于控制管道中的危险介质和极端温度下的操作。所有组件均为防爆型(ATEX II 类 2 GD EEx d IIC T5)。同时,此解决方案易于安装、设置、控制、维护和操作。

防爆型气动驱动器

控制原理是以采用防爆设计的摆动驱动器 DAPS 为基础。阀门 VSNZ 可实现在本地控制模式下安全地切换到阀门驱动器。安全防护装置可防止意外切换,对于特别危险的生产场所,此设备功能十分重要。此外,产品还采用先导阀 MGXDH。

连接器和管道由防冻不锈钢制成。控制器为集成式,因而受到保护。阀门驱动器有足够的扭矩(高达 120,000 Nm),非常适合重型操作。开启和关闭时间可以控制,确保组件上的运动平稳,有助于防止回弹冲击和水锤。

系统进口的允许气体压力为 413 bar,通过减压阀减小至 2.5-8 bar,随后气体被输送至驱动器腔。因此,在 2.5 bar 的最小压力下也可以进行操作。

我们还为 GBVA/DAPS 配置了安全阀, 以保护气控驱动器免受过大压力。该阀门内有弹簧,弹簧的弹力抵消工作设备的压力。工作介质流被引到阀座下方。

应用范围非常广泛

在开发 GBVA/DAPS 系统的过程中,我们竭尽所能,尽可能增加配置和版本。根据管道的尺寸和要求,不同的气缸尺寸可以用于不同的解决方案:单作用(带弹簧复位)或双作用阀门驱动器 DAPS,尺寸为 DN 400 到 DN 1200。

试用、试验、通过

由于俄罗斯天然气工业股份公司使用该系统的地点相距遥远,我们在开发过程中考虑了多种气候条件:北极圈的极低温度、远东地区的地震活动以及中欧地区丰富的雨雪天气。独立检查员在俄罗斯天然气工业股份公司的试验场地开展了多次耐久性试验,验证了 GBVA 的耐用性。

  • 抗震适应性试验:包括阀门和阀门驱动器在内的整个装置受到相当于 MSK 标度 9 点的动力冲击。
  • 耐火试验:GBVA/DAPS 在 1000℃ 明火中暴露 30 分钟。
  • 耐寒性试验:系统在 -65℃ 的冷室中仍然可用。防尘防潮等级经验证为 IP66。

俄罗斯天然气工业股份公司的试运行证实了这些结果。

用于低温应用的样品溶液

Festo 满足客户的需求,为俄罗斯天然气工业股份公司提供解决方案,保证在极端条件下能可靠运行,同时在偏远地区具有良好的灵活性。根据客户的要求,我们为 GBVA/DAPS 配置了一个贮气罐,为切换提供所需的空气量。即使脉冲控制线路的气体压力下降,也能确保可靠运行。

低维护气动活塞驱动器的工作没有延迟,关闭操作指令或到达终端位置时立即停止, 防止设备在发生故障时受到损坏。由于轭架机构的作用,旋转驱动器的特性扭矩曲线呈抛物线型,与截止阀的特性扭矩曲线非常接近, 减少从阀门驱动器传递到阀门的负载。

我们对阀门驱动器的工作腔进行了设计,使它们只有在切换时才加压。这可以大大降低泄漏的风险,在天然气应用中尤为重要。由于阀门没有持续承受压力,这种解决方案提高了整个系统的安全性和驱动器的使用寿命。

紧急情况下的操作

当气体压力不足、无法关闭或打开球阀时,可使用调节轮进行紧急手动操作。它可以通过一个液压缸进行操作,液压缸由手动液压泵控制。

压缩空气、脉冲气体或氮气可作为气控驱动器的工作流体。通过管道系统施加的来自天然气管道的压力也可以用作阀门的工作动力。

我们还开发了一种基于双作用阀门驱动器的变体,能够在电力或压缩空气供应出现故障时执行紧急关闭或打开动作。

续写辉煌

自 2006 年以来,GBVA/DAPS 系列气控驱动器已成功应用于天然气行业。同时,我们也实施了许多不同规模和设计的项目。我们不仅与天然气行业合作,还与石化行业(炼油厂和码头)以及石油钻井平台运营商合作。

用于紧急切断的阀门驱动器

我们进一步开发了适用于 ESD 系统(紧急切断)的阀门驱动器 GBVA:一旦发生紧急切断警报,阀门驱动器就移动到安全位置。切断速度可根据需要进行调整。常闭和常开功能可以通过机械复位弹簧或高压气体贮罐实现。我们的驱动器 GBVA/DAPS 还可选配部分行程测试 (PST) 功能。该功能可在未完全切断的情况下测试阀门。驱动器和控制器符合 SIL 2/SIL 3。我们可以根据要求为您的 ESD 系统提供相应的 SIL 认证。

自动驱动器和控制系统

我们还开发了一个版本,可以通过太阳能电池板和/或风力涡轮机自动供电,并将获取的能量储存在电池中。充电稳定,并由太阳能充电控制器控制。参数数据可以远程访问查询,并在人机界面上显示。参数通过手持设备设置。截止阀(50 至 1200 Nm)也可以远程开启和关闭。控制器 СРХ 用于控制和数据采集。GSM 调制解调器传输和接收数据。此外,该系统的维护要求极低,可在低温下可靠运行。

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