小尺寸電動球閥在無人平臺的布置與應(yīng)用研究

李蕾，紀志遠，張海成，陳穎，田惠萍

（海洋石油股份有限公司設(shè)計院，天津，300451）

前言

隨著海洋石油行業(yè)的快速發(fā)展及油藏的不斷擴展，無人平臺將廣泛應(yīng)用于環(huán)渤海區(qū)域，該類平臺整體尺寸規(guī)模小，一般為兩到三層，依托附近的較大海洋平臺為其提供電力或者能源供應(yīng)，平臺處理工藝簡單、處理設(shè)備較少，原油經(jīng)過簡單處理后通過海管輸送到附近處理平臺，該平臺改變現(xiàn)有操作方式，大幅減少現(xiàn)場巡檢人員周期及工作量，保證巡檢作業(yè)人員安全，減少環(huán)境污染，以較好的經(jīng)濟性滿足近海海域及邊際油田的廣泛開采需求。但無人平臺的規(guī)模較小空間緊張，管線從布置到支撐，特別是一些小尺寸管線、閥門都在設(shè)計上遇到較大難題[1]。

因此，本文將專門針對無人化平臺的小尺寸管道電動閥的布置與應(yīng)用進行專門研究，為同行業(yè)人員提供設(shè)計參考，同時也為平臺未來的數(shù)字化和智能化建設(shè)打好基礎(chǔ)。

1 電動球閥的設(shè)計要求

無人化設(shè)計通過提高平臺自動化和數(shù)字化水平，采用先進、成熟、可靠的技術(shù)，簡化工藝流程，實現(xiàn)無人操作的合理性和可實施性，，無人化通過提高自動化水平，為實現(xiàn)數(shù)字化、智能化打好基礎(chǔ)，這就需要在管道設(shè)計上現(xiàn)場遠程監(jiān)控和操作，電動球閥代替普通閥門就是實現(xiàn)遠程操控的第一步，電動球閥與普通手動球閥應(yīng)用對比如下表1所示：

表1 閥門對比表

綜上分析，電動閥通過其可實現(xiàn)遠程操作啟停在實現(xiàn)平臺無人化上面占據(jù)絕對優(yōu)勢，但是電動執(zhí)行機構(gòu)較普通閥門占用空間大，集中布置困難，尤其小尺寸管線上面，管線自身尺寸小，因在常壓管線壁厚薄、管線強度會受閥門重量影響，降低管道的使用壽命，會造成焊縫連接處的泄露[2]。

2 常見電動閥門布置及支架的設(shè)計

依據(jù)工藝流程，小尺寸管線都設(shè)置在高低點排放處，最常見的一般在濾器頂端和泵出口，設(shè)置小尺寸排放管線，主要是為了泵啟動前泄壓用，如果是離心泵根據(jù)其工作原理啟動前都需要進行灌泵，排氣管線可以用來監(jiān)測泵前是否充滿灌泵液體，來確認是否可以正常啟泵，但是對于無人平臺，為了方便遠程操作這兩個位置可以用電動球閥，但是在管道布置上需要考慮以下問題：

首先電動閥門和執(zhí)行機構(gòu)的占用空間，一般可以參照廠家資料對執(zhí)行機構(gòu)的長、寬、高整體尺寸上進行3D模擬,部分廠家也可以提供執(zhí)行機構(gòu)的尺寸模型，一般誤差比較小，這樣設(shè)計空間占用上會更準確，不會存在誤差，但是設(shè)計時還需要考慮電纜接線位置和電纜的接線填料函空間，同時也要考慮閥門手輪的操作及閥門后期的拆卸維修空間、顯示屏的位置是否便于觀察等[3-4]。

其次正常運行狀態(tài)下管道在強度上對閥門的承載能力，一般排放管線直管段比較短，相對強度要好些，根據(jù)閥門的重量、管道的壁厚對正常運行狀態(tài)下管道的強度進行應(yīng)力計算模擬分析，確認管道的強度能承受整個閥門的重量。

最后，需要對特殊工況進行分析，比如現(xiàn)場實際運行過程中泵是存在振動的問題，電動球閥布置在泵出口立管上，閥門本身的執(zhí)行機構(gòu)都有一定的重量，管道長期受重力方向的力，容易引起法蘭松動或者焊縫開焊造成管線泄露，尤其當管道存在振動時，情況會加劇，所以在設(shè)計過程中需要考慮對立管上的電動球閥進行支撐固定以達到焊縫根部加強的目的。

通過在閥門上加支架以達到固定的作用，來降低閥門的振動頻率,常規(guī)做法是閥門加支架然后固定在甲板上，但是隨著泵的振動，管線會和泵進行同頻率振動，而支架被固定在甲板上，閥門和支架會存在摩擦或撞擊，這樣很容易造成閥門和支架接觸位置損毀，為了避免這種情況，可以考慮將支架固定在附近和它同頻率振動的大尺寸泵出口管線上，通過大管固定支撐小管，讓支架和管線同頻率振動，這樣既能對閥門進行加強也能防止閥門損毀。

3 小尺寸電動閥門的支架布置

小尺寸閥門固定支撐一般常用的支架形式有兩種：法蘭支架和法蘭綁帶，如圖1--圖2所示：

圖1 法蘭綁帶支架

圖2 法蘭支架

圖1為法蘭綁帶，整個支架是抱在法蘭外壁，通過對法蘭的固定已達到固定支撐作用，但這種支架使用時一般需要提前安裝，因為后期電氣專業(yè)會在法蘭上焊接一些跨接線，會和管卡的位置沖突，如果后期添加需要和電氣專業(yè)協(xié)商調(diào)整跨接線的位置，以保證支架的正常安裝。

圖2為法蘭支架，法蘭支架適用于玻璃鋼和低磅級法蘭支撐，通過固定在法蘭的螺栓孔上，以達到對法蘭的固定支撐作用，但是這種支架由于支架有一定的厚度，需要增加螺栓的長度，而且如果閥門拆裝較頻繁，這種支架使用起來不太方便。

此外，設(shè)置在濾器出口處的電動球閥，這種閥門布置時需要考慮濾器的性能及介質(zhì)情況，濾器的拆卸清洗頻率，閥門盡量不要安裝在濾器頂端或者影響濾器開蓋抽芯的空間，因為無人平臺一般情況下人員登平臺維護的數(shù)量和時間都受到限制，如果閥門影響濾器抽芯，現(xiàn)場需要臨時把閥門拆走，但是電動閥門重量重、拆卸較困難，耗費過多的人力和時間。

因此在管線布置時盡量避開濾器抽芯操維空間，把管線先到空間充足，便于操作維修支撐的位置，再安裝閥門，以便于后面的操作維修。

4 結(jié)束語

本文通過分析普通閥門及電動閥門的布置及應(yīng)用，給出了小尺寸電動球閥較為常用的布置方式，同時給出了一系列設(shè)計過程中國的考慮因素，為同行業(yè)人員提供了參考依據(jù)，相對與常規(guī)固定平臺，無人平臺電動球閥的布置更為復(fù)雜，隨著海域石油工業(yè)的發(fā)展，無人化平臺的應(yīng)用也必將更加廣泛。