Состав и назначение фонтанной арматуры: схема обвязки

Трубная конструкция включает в конструктивный состав разные фланцевые соединения, тройники, отводы и другие изделия. Для уплотнения соединений в таких сооружениях применяют прокладки из стали, которые содержат минимальное количество углерода.

Фонтанная арматура предназначается для решения множества задач. В частности, одна из таких задач — устройство обвязки трубопроводов различного назначения. Использование этого оборудования позволяет выполнять управление движением рабочей среды и обеспечивать исполнение процессов, контролирующих производство. Устройства применяют для герметизации отводов от основных трубопроводов.

Назначение фонтанной арматуры

Устройства этого класса отвечают за решение следующих инженерно-технических задач:

• обеспечение герметизации скважины;
• отведение продукции, транспортируемой по трубопроводной системе;
• для настройки и поддержания дебита скважины;
• при обеспечении доступа к скважинному забою;
• для обеспечения забора проб, без остановки производственных процессов.

Изделия этого класса применяют при высоком давлении, возникающим под действием нагрузок. Арматуру используют когда существует возможность воздействия агрессивных сред внутри скважины. Довольно часто она применяется, если в жидкости присутствует большое количество примесей разного происхождения и размера.

При использовании такой системы необходимо учитывать то, что это оборудование должно иметь длительный срок эксплуатации и необходимый запас прочности. Основные потребители этой продукции это предприятия занятые на добыче и транспортировке углеводородов, а также строительстве трубопроводных транспортных систем.

Приводы

Приводом арматуры называют устройство, обеспечивающее перемещение запорного элемента, а также создающее необходимое усилие для обеспечения герметизации затвора. Приводы используют в ситуациях, когда запорная арматура имеет большие габаритные размеры и для вращения маховиков вручную требуется приложение слишком больших физических усилий, несопоставимых с возможностями человека. Еще одна важная функция приводов — возможность дистанционного управления, что позволяет оперативно проводить все работы по перекрытию или регулированию потоков среды в трубопроводных сетях без присутствия человека.

ГОСТ 24856-2014 установлена следующая классификация запорной арматуры по типу приводов (actuator):

• Ручной (manual) — для перемещения исполнительного элемента используется физическая сила человека.

Рис. 18 Разновидности приводов

• Электрический (electric) — для выполнения своих функций арматурой применяются электромеханические механизмы, обеспечивающие поступательное или вращательное (на много или неполное число оборотов) движение шпинделя.
• Электромагнитный (solenoid) — преобразование энергии электрического тока происходит в электромагнитной катушке, которая за счет своего поля перемещает ферромагнитный сердечник, связанный со шпинделем устройства. По способу расположения электромагнитной катушки различают встроенные в арматуру и блочные узлы, расположенные за пределами корпуса устройства. По типу действия электромагнита различают конструкции реверсивного, тянущего, толкающего, поворотного типа.
• Пневматический (pneumatic) — для управления запорным или регулирующим механизмом используется сжатый воздух.
• Гидропривод (hydraulic) — перемещение исполнительного элемента производится при помощи жидкости, подаваемой под давлением.
• Пневмогидравлический (pneumatic and hydraulic) — комбинированная конструкция, исполнительный элемент которой перемещается при помощи сжатого воздуха и подаваемой под напором жидкости.
• Электрогидравлический (electrohydraulic) — перемещение исполнительного элемента реализуется за счет подачи на механизм электрического тока и жидкости под давлением.

Рис. 19 Материалы изготовления бытового шарового крана на примере модели Bugatti

Разновидности арматуры

ГОСТ, которые действуют на территории нашей страны, определили следующие типы фонтанной арматуры:

1. Тройниковая (крестовая) — схема позволяет подключать отводы к сборным и замерным установкам при помощи выкидных линий.
2. Двухрядная (однорядная) — ее оснащают задвижками или кранами. Первые применяют для работы на нефтяных скважинах, вторые — на газовых.

Кроме вышеописанной классификации, применяют и такую:

1. По давлению. Типовое оборудование работает при давлении от 7 до 105 МПа. Арматура, которая рассчитана на работу при высоком давлении используют для работы на глубоких скважинах. Кроме того, ее устанавливают на скважинах, в которых было отмечено наличие опасное давление пластов.
2. По размеру прохода ствола. Этот размер лежит в пределах от 50 до 150 мм. Устройства с рабочими диаметрами от 100 до 150 мм устанавливают на скважины по добыче нефти и газа с высоким дебитом.

Проектировщик, подбирая материал для производства арматуры, должен учитывать свойства среды. Кстати, для установки изделий во взрывоопасной среде не желательно устанавливать узлы и агрегаты, выполненные из чугуна.

В состав типовой арматуры входят разные типы задвижек, клапаны и пр. В состав специальной обвязки включают редукционные вентили, затворы и клапаны для подачи катализаторов и работы резервной арматуры.

Обозначение АФК

Расшифровка приводится в стандарте ГОСТ 13846. Данное обозначение подразумевает устьевую установку фонтанной арматуры, отличительной чертой, которой является подвешивание внешней насосно-компрессорных труб над трубной головкой переводником. При работе с ФА можно встретить следующие обозначения, которые разделены на категории:

• Первые 2 заглавные буквы обозначают тип изделия АФ — арматура фонтанная; ЕФ — елка фонтанная; EH — елка нагнетательная;
• Метод подвески трубопровода скважинного, которым является колонна НКТ К — проводником к трубной головки; если нет никакого обозначения — крепление муфтой или трубодержателем внутри крестовины.
• Способ добычи: Э — электроцентробежный насос; Ш — шланговая установка.
• Управление: А — Автоматическое; Д — дистанционное;
• Защита от коррозии: К1 — К3;
• Допустимое давление при работе: 14 МПа — 105 МПа;

Также заказчик может выбрать дополнительные характеристики к выбранной конструкции АФК, исходя из потребностей, места эксплуатации. Такая комплектация устьевого оборудования предназначен для решения следующих задач:

• слежение за контролем параметров рабочей среды;
• остановка оборудования при аварии;
• обеспечение герметичности конструкции;
• закачка жидкостей;
• спуск необходимых рабочих приборов;

Арматуру типа АФК широко применяют в разных сферах — для фонтанных скважин, с штанговыми и электропогружными насосами, для наземных и морских работ, добыча ископаемых.

Конструкция фонтанной арматуры

ГОСТ 13846–84, подразумевает применение схем тройникового и крестового типа. В состав типовой фонтанной арматуры входят такие узлы, как:

• трубная головка;
• фонтанная елка;
• запорные устройства, управляемые в ручном режиме;
• дроссели.

Трубная головка предназначена для того, что на нее подвешивают НКТ в несколько рядов и обеспечения их герметичности. Кроме того, она принимает участие в некоторых технологических процессах, связанных с освоением, работой и обслуживанием скважины.

Это устройство, при необходимости выполнять замену установленных на ней боковых задвижек. Для этого применяют глухие пробки, устанавливаемые в резьбе, нарезанной в корпусе.

Фонтанная елка призвана решать следующие задачи:

• направление готовой продукции в линию;
• принятие участия в монтаже дополнительных устройств;
• выполнение замеров параметров работы трубопроводной сети;
• обеспечение спуска устройств для очистки скважинных труб.

Запирающие устройства представлены пробковыми кранами и задвижками с подаваемой смазкой. Главная их задача перекрывание движение рабочей среды.

Запорная арматура — основные технические параметры

Технические характеристики запорной арматуры важны при ее использовании в промышленной, коммунальной сферах и бытовом хозяйстве. Основные параметры часто указывают на корпусе изделий при их отливке или штамповке, обычно символы имеют выступающую рельефную поверхность. ГОСТ 24856-2014 дает следующие определения для основных характеристик запорной арматуры:

• Номинальные параметры (nominal parameters) — числовые показатели функциональных характеристик из стандартизированного ряда значений, приведенные без допусков отклонений.
• Номинальное или условное давление PN (nominal pressure) — максимальный показатель напора, выраженный в килограммах в секунду, барах или атмосферах при постоянной температуре транспортируемой среды в 20 °С, при котором запорная арматура трубопроводов функционирует в течение предписанного госстандартами срока службы.
• Номинальный диаметр DN (nominal diameter) — размерный параметр, приближенно равный внутреннему размеру сечения устройств. Показатель DN измеряется в миллиметрах и принимается равным одному из значений стандартизированного ряда. DN служит основным размерным показателем при выборе любого вида арматуры.

Рис. 21 Полимерные краны

• Рабочее давление (line pressure; operating pressure; service pressure; working pressure) — наибольшее избыточное давление, при котором трубопроводная арматура отрабатывает эксплуатационный паспортный срок при выбранных материалах и заданной температуре.
• Время срабатывания (response time) — временной интервал, в течение которого запорной элемент перемещается из положения «открыто» в «закрыто» или наоборот.
• Проходное сечение или проход (flow area) — сечение под углом 90 градусов относительно направления потока в любой точке проходного участка арматуры.
• Утечка или протечка (leak; leakage) — проникновение транспортируемой среды наружу за габариты корпуса, вызванное разницей в давлениях между подаваемым потоком и атмосферным воздухом. Измеряется в объеме выходящего наружу рабочего тела в единицу времени при закрытом затворном механизме.
• Нормальные или стандартные условия (normal conditions) — характеристики среды для измерения объема газов: соответствуют температурному показателю в 20 °С и атмосферному давлению в 760 мм рт. ст. при нулевой влажности.
• Расчетная температура (design temperature) — температурные параметры корпусных стенок ЗА, равные среднему арифметическому показанию значений, измеренных на внутренней и наружной оболочке устройства при функционировании его в нормальных эксплуатационных условиях.

Рис. 22 Как правильно формулировать наименование арматуры, ее условное обозначение и пример корпусной маркировки

Запорная арматура для трубопроводов широко используется во всех отраслях промышленности, коммунальной сфере, бытовом хозяйстве для управления потоками транспортируемой по трубопроводам среды. Выбираемая рядовым потребителем запорная арматура на отопление и водоснабжение должна удовлетворять требованиям совместимости с физико-химическими характеристиками подаваемой рабочей среды, иметь соответствующие конструкцию, материалы изготовления, основные технические параметры.

Технические требования к конструкции

В ГОСТ 13846–89 определил, что фонтанная арматура предназначена для выполнения герметизации скважин, перекрывания движения рабочей среды и выполнения других технологических процедур. В соответствии с нормативами, регламентированными в ГОСТ 15150–69 эти устройства, могут работать при температурах от -60 до +40 градусов.

В ГОСТ 51365–2009 определяет технические условия и требования к указанной арматуре. Проектировщики, занимающиеся конструированием оборудования должны руководствоваться требованиями этого документа.

Схема обвязки, состав и назначение

ФА — это прочное долговечное многофункциональное оборудование, которое выполняет ряд определенных технологических задач. Основные функции, которые выполняет ФА:

• типовая обвязка трубопровода;
• полная герметизация;
• обеспечивает бесперебойный отвод продукции, идущей по трубопроводу;
• при необходимости доступа к забою;
• для регулирования производительности;
• для технологических работ с постоянным производственным процессом.

Одна из основных задач, которую выполняет ФА — это устройство обвязки трубопроводов для разных назначений, управление движением рабочей среды, герметизация отходов от основных линий трубопровода. Практически в любой работе, связанной с прокладкой трубопровода, будет задействована типовая конструкция фонтанной арматуры.

Маркировка арматуры

Для маркировки этого типа продукции применяют буквенно-цифровые сокращения, которые обозначают следующим образом АФХ или АФКХ, где АФ говорит о типе арматуры, в этом случае арматура фонтанная, буква «К» сообщает о методе подвески трубопровода. Буква Х (от 1 до 6) показывает на схему в соответствии с ГОСТ 13846–84 . Кроме того, в маркировке изделия могут быть указаны численные параметры, показывающие рабочий диаметр и давление, климатическое исполнение и некоторые другие, в частности, класс коррозионной стойкости.

Виды арматуры на трубопроводах

Под понятием виды трубопроводной арматуры (valve type) подразумевают ее функции, основные из них:

• запор,
• регулирование,
• предохранение,
• препятствие обратному движению,
• разделение потоков.

Запорная арматура (on-off, shut-off, stop)- это технические приспособления, выполняющие функцию герметичного перекрывания потока транспортируемого рабочего тела.

Помимо основного запирающего вида, в технической отрасли встречаются следующие разновидности комбинированной или многофункциональной (combined, multifunction), сочетающей разные функции арматуры:

Запорно-регулирующая (on-off and control) — помимо полного перекрывания потока запорно регулирующая арматура для отопления, водоснабжения и прочих нужд способна изменять объем движущейся среды способом частичного перекрывания канального прохода.

Запорно-обратная (stop and check) — кроме запирания канального прохода препятствует проходу среды в обратном направлении.

Невозвратно-запорная (stop non-return) – помимо предотвращения перемещения потока в обратном направлении в ней реализуется функция принудительного закрывания или ограничения перемещения затворного элемента.

Рис. 3 Конструкция запорной арматуры в разрезе

Монтаж и демонтаж фонтанной арматуры

В процессе эксплуатации нефтяной или газовой скважины выполняют установку конструкции. Для присоединения используют колонные головки. Отверстия, расположенные в верхнем фланце, позволяют фиксировать детали с разными типоразмерами. Процесс установки оборудования выполняют в несколько шагов.

В пространство между фланцами укладывают прокладку, выполненную из малоуглеродистой стали и имеющей овальную форму. С помощью элеватора колонну труб опускают на место установки. После этого трубы собирают между собой с помощью резьбовых соединений. Кстати, резьбу перед сборкой имеет смысл покрыть защитной смазкой. После окончания сборки установки необходимо провести ее опрессовку.

Ремонт этого оборудования необходимо выполнять только на специальных предприятия. Перед тем как отправить ее в ремонт, установка должна быть разобрана. Елку надо промыть и в это время провести обследование оставшихся компонентов.

Фонтанная арматура и схема ее обвязки, конструируется так, что бы она могла защитить окружающую среду от воздействия на нее рабочей среды, подаваемой в трубопроводной системе.