在石油和天然气水下生产系统中,水下“圣诞树”安装在井口。每棵采油树通过多个工艺阀门控制各自油井的油气产量。每个工艺阀门都是由海底阀门执行器(SVA)驱动的,该执行器必须能够在各种操作状态下安全关闭阀门,即使是在电源故障期间。

图1所示。一种混合水下阀门执行器的新概念,在一个紧凑的单元中结合了电动机械和电动液压,用于深海应用。

海底生产系统的要求极高。运营可用性和安全性对生产石油和天然气保护人寿和环境的水下系统尤为重要。此外,保护海洋免受传统SVA中使用的液压流体处理引起的污染,现在也成为关键优先级。

混合SVA的新概念将机电和电液中的电气液流组合在一款紧凑的单元中,用于深海应用,例如2“阀门的操作(图1)。该混合动力车SVA旨在满足SIL3的安全要求,可承受外部咸水环境中高达300巴的压力消耗高达75%的能源,每天24小时运行,在25年的维护可能性有限。

具有液压驱动的自包含轴

最近开发的股东价值分析提供了一种节能和安全的替代以前使用传统的液压或机电致动器,打开和关闭闸阀(图2)。用自己的封闭的流体混合股东价值分析是独立的模块电路包含几公升的环境友好的液压油。一个变速电机驱动一个耐用的液压泵,产生所需的流量驱动液压缸。油缸杆与井闸阀杆机械连接,根据需要开启或关闭闸阀杆。

图2.最近开发的海底阀致动器为先前使用的传统液压或机电致动器提供了可节能和安全的替代,例如,打开和关闭闸阀。

SVA内部具有机械弹簧的安全阀确保如果电源发生故障,则气缸也会安全地缩回到故障安全位置,而无需外部电源或电池。另外,气缸可以通过水下机器人通过覆盖来驱动。驱动器列车的所有关键组件都已冗余安装。完全,SVA提供不同级别的安全性,冗余控制,故障安全弹簧以及外部的干预选项。

混合SVA的好处是显而易见的,当解决方案与当前状态的执行器技术。全球使用的绝大多数水下驱动器仍然基于传统的水力学。在过去的50年里,这种常见的结构已经证明了它的耐久性和长期安全性。然而,由于传统的液压系统通常需要在上部安装大型的中央液压动力装置(hpu),作业人员希望减少管理井阀的工作量。它们通过管线(即脐带缆)和长达数公里的跳线为井阀执行器提供流体。在3000米的工作深度,仅在管道中就可以积累几百升的液体。此外,传统的设置需要额外的液压蓄能器和换向阀来控制和指挥驱动。

作为替代方案,设备供应商试图设计纯粹的机电解决方案。亚博官网娱乐app下载这些仅需要通过电力电缆提供,并通过数据线连接到位于顶部或海底上的执行器控制模块(ACM)。但是,由于它们没有外部机械干预的选择进行调整,因此机电解决方案具有与安全相关的缺点。由于其较低的功率密度与液压系统,它们还需要更大的壳体和电气电池。设计导致高摩擦力,导致动力传输的机械磨损,减少所需的25年运行期。由于这些原因,当需要故障安全紧急闭合时,机电解决方案对海底应用的临界缺点。

减少75%的能源消耗

Hybrid SVA结合了液压和机电解决方案的益处,并消除了现有的缺点。分散的自载流体电路是指外部HPU,流体不再需要液压控制模块和公正的脐带线。SVA需要由海底仪器界面标准化(SII)指定的电源和数据线 - 类似于机电执行器。

在运行过程中,一个高效的固定排量/变量旋转液压泵产生流量来驱动低摩擦缸。简化了液压系统,因为不需要比例阀,这大大提高了能源效率。与纯机电致动器相比,sva在峰值性能时消耗的功率降低了75%。

考虑到用于运营海底油田的所有执行器,与使用机电执行器相比,仅电力基础设施(电缆、变压器、变频器等)就可以节省大量成本。例如(图3)。驱动液压泵的电机可以配置得更小,但与执行器具有相同的调整力,这反过来又节省了安装空间和成本。用电动脐带管替代液压脐带管还可以实现更多的成本节约,而且不需要处理传统液压执行器所需要的液压油。

图3.考虑到用于操作海底领域的所有执行器,可以使用混合海底阀执行器与使用机电致动器,获得单独的电力基础设施(电力电缆,变压器,变频器等)的巨大成本节约器(电力电缆,变压器,变频器等),例子。

此外,SVA还提供状态监测功能,内置传感器技术可以连续记录执行器内的运行状态,并将其报告给更高级别的主控制器。然后可以分析趋势,从而及早发现和解决偏差。

工业应用的成熟技术

SVA的工作原理来自于工业应用中经常发现的自包含轴的公认使用。SVA的单个组件是在质量管理体系下大规模生产的,比如在工业机器中使用的组件。这种标准化降低了成本,并为生产创建了长期可用性。此外,SVA中使用的传感器和电子设备在汽车应用中已经证明了其可靠性。如有需要,还对这些部件进行了改进,使其能够在6000米以下的深海中使用。该系统和核心部件还可以满足不同船级社对海洋、海上和海底使用的特殊要求。

在SVA内,由于冗余的压力补偿系统,每个深度都有两条超压。这可以防止盐水的渗透和具有压力中性设计的大型壳体的需要。除了标准要求外,轴内仅使用海底接线和连接。所有没有海底额定的电气部件也用耐压部件机械和电封装。

与领先的设备供应商和运营商密切合作,最新的模拟技术被用于创建概念验证和原型,用亚博官网娱乐app下载于现场试验。这种创新的驱动技术结合了机电和液压的优点,以确保海底的运动控制安全可靠,有助于实现“全海底工厂”的愿景。

本文是由亚历山大·奥尔特博士,海底技术主管,Amadeu Placido Neto,Test Engine博士(普利茅斯,MI)编写。有关更多信息,请访问在这里


运动设计杂志

本文首先出现在6月份,2021年问题运动设计杂志。

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