小尺寸电动球阀在无人平台的布置与应用研究

2022-07-13李蕾纪志远张海成陈颖田惠萍

石油和化工设备 2022年3期

李蕾，纪志远，张海成，陈颖，田惠萍

（海洋石油股份有限公司设计院，天津，300451）

前言

随着海洋石油行业的快速发展及油藏的不断扩展，无人平台将广泛应用于环渤海区域，该类平台整体尺寸规模小，一般为两到三层，依托附近的较大海洋平台为其提供电力或者能源供应，平台处理工艺简单、处理设备较少，原油经过简单处理后通过海管输送到附近处理平台，该平台改变现有操作方式，大幅减少现场巡检人员周期及工作量，保证巡检作业人员安全，减少环境污染，以较好的经济性满足近海海域及边际油田的广泛开采需求。但无人平台的规模较小空间紧张，管线从布置到支撑，特别是一些小尺寸管线、阀门都在设计上遇到较大难题[1]。

因此，本文将专门针对无人化平台的小尺寸管道电动阀的布置与应用进行专门研究，为同行业人员提供设计参考，同时也为平台未来的数字化和智能化建设打好基础。

1 电动球阀的设计要求

无人化设计通过提高平台自动化和数字化水平，采用先进、成熟、可靠的技术，简化工艺流程，实现无人操作的合理性和可实施性，，无人化通过提高自动化水平，为实现数字化、智能化打好基础，这就需要在管道设计上现场远程监控和操作，电动球阀代替普通阀门就是实现远程操控的第一步，电动球阀与普通手动球阀应用对比如下表1所示：

表1 阀门对比表

综上分析，电动阀通过其可实现远程操作启停在实现平台无人化上面占据绝对优势，但是电动执行机构较普通阀门占用空间大，集中布置困难，尤其小尺寸管线上面，管线自身尺寸小，因在常压管线壁厚薄、管线强度会受阀门重量影响，降低管道的使用寿命，会造成焊缝连接处的泄露[2]。

2 常见电动阀门布置及支架的设计

依据工艺流程，小尺寸管线都设置在高低点排放处，最常见的一般在滤器顶端和泵出口，设置小尺寸排放管线，主要是为了泵启动前泄压用，如果是离心泵根据其工作原理启动前都需要进行灌泵，排气管线可以用来监测泵前是否充满灌泵液体，来确认是否可以正常启泵，但是对于无人平台，为了方便远程操作这两个位置可以用电动球阀，但是在管道布置上需要考虑以下问题：

首先电动阀门和执行机构的占用空间，一般可以参照厂家资料对执行机构的长、宽、高整体尺寸上进行3D模拟,部分厂家也可以提供执行机构的尺寸模型，一般误差比较小，这样设计空间占用上会更准确，不会存在误差，但是设计时还需要考虑电缆接线位置和电缆的接线填料函空间，同时也要考虑阀门手轮的操作及阀门后期的拆卸维修空间、显示屏的位置是否便于观察等[3-4]。

其次正常运行状态下管道在强度上对阀门的承载能力，一般排放管线直管段比较短，相对强度要好些，根据阀门的重量、管道的壁厚对正常运行状态下管道的强度进行应力计算模拟分析，确认管道的强度能承受整个阀门的重量。

最后，需要对特殊工况进行分析，比如现场实际运行过程中泵是存在振动的问题，电动球阀布置在泵出口立管上，阀门本身的执行机构都有一定的重量，管道长期受重力方向的力，容易引起法兰松动或者焊缝开焊造成管线泄露，尤其当管道存在振动时，情况会加剧，所以在设计过程中需要考虑对立管上的电动球阀进行支撑固定以达到焊缝根部加强的目的。

通过在阀门上加支架以达到固定的作用，来降低阀门的振动频率,常规做法是阀门加支架然后固定在甲板上，但是随着泵的振动，管线会和泵进行同频率振动，而支架被固定在甲板上，阀门和支架会存在摩擦或撞击，这样很容易造成阀门和支架接触位置损毁，为了避免这种情况，可以考虑将支架固定在附近和它同频率振动的大尺寸泵出口管线上，通过大管固定支撑小管，让支架和管线同频率振动，这样既能对阀门进行加强也能防止阀门损毁。

3 小尺寸电动阀门的支架布置

小尺寸阀门固定支撑一般常用的支架形式有两种：法兰支架和法兰绑带，如图1--图2所示：

图1 法兰绑带支架

图2 法兰支架

图1为法兰绑带，整个支架是抱在法兰外壁，通过对法兰的固定已达到固定支撑作用，但这种支架使用时一般需要提前安装，因为后期电气专业会在法兰上焊接一些跨接线，会和管卡的位置冲突，如果后期添加需要和电气专业协商调整跨接线的位置，以保证支架的正常安装。

图2为法兰支架，法兰支架适用于玻璃钢和低磅级法兰支撑，通过固定在法兰的螺栓孔上，以达到对法兰的固定支撑作用，但是这种支架由于支架有一定的厚度，需要增加螺栓的长度，而且如果阀门拆装较频繁，这种支架使用起来不太方便。

此外，设置在滤器出口处的电动球阀，这种阀门布置时需要考虑滤器的性能及介质情况，滤器的拆卸清洗频率，阀门尽量不要安装在滤器顶端或者影响滤器开盖抽芯的空间，因为无人平台一般情况下人员登平台维护的数量和时间都受到限制，如果阀门影响滤器抽芯，现场需要临时把阀门拆走，但是电动阀门重量重、拆卸较困难，耗费过多的人力和时间。

因此在管线布置时尽量避开滤器抽芯操维空间，把管线先到空间充足，便于操作维修支撑的位置，再安装阀门，以便于后面的操作维修。