Решение по электрическому шаровому клапану с цапфовым креплением NPS 42 Class 600 для наземного газопровода PGE в Ачехе

Теги: шаровой клапан с цапфовым креплением, электрический шаровой клапан, API 6D трубопроводный клапан, NACE MR0175 сероводородостойкое исполнение, газопровод, нефтегазовая отрасль Индонезии, подземный трубопроводный клапан

Обзор проекта

PT Pema Global Energi (PGE) эксплуатирует сухопутный блок природного газа WK-B в Ачехе, на севере Суматры, Индонезия. Газосборная сеть и сеть дальнего транспорта блока транспортируют влажный природный газ с следовым содержанием сероводорода по крупногабаритным подземным магистральным трубопроводам вдоль прибрежного коридора.

FLOWKS поставил шаровые клапаны с цапфовым креплением NPS 42 Class 600 с электрическим приводом для данной трубопроводной системы. Клапаны установлены на критических узлах магистрального трубопровода, обеспечивая посекционную изоляцию, отключение для обслуживания и аварийное перекрытие. Они, по сути, являются основным предохранительным барьером трубопровода — когда секции требуется обслуживание или обнаружена аномалия на нижестоящем участке, эти клапаны закрываются, и поток газа прекращается.

Условия эксплуатации PGE предъявляли к клапанам требования, выходящие далеко за рамки стандартных каталоговых спецификаций. Сочетание большого проходного сечения, высокого давления, сероводородосодержащей химии среды, прибрежного климата и подземной установки означало, что выбор материалов, конструкция уплотнений, механизм привода и защита от коррозии должны были быть разработаны как комплексное решение, а не собраны из типовых вариантов.

Условия эксплуатации

* Номинальный размер: NPS 42

* Класс давления: Class 600

* Рабочая среда: Влажный природный газ с следовым содержанием H₂S

* Установка: Подземный магистральный газопровод

* Окружающая среда: Прибрежный тропический климат, высокая влажность, лёгкое солевое туманообразование, значительные суточные перепады температур

* Функция клапана: Посекционная изоляция, отключение для обслуживания, аварийное перекрытие

Стандарты проектирования и производства

* API 6D — Трубопроводные клапаны

* ASME B16.34 — Номинальные давления и температуры

* ASME B16.10 — Строительные длины

* ASME B16.5 — Фланцы труб и фланцевые соединения

* API 607 — Огневые испытания шаровых клапанов с мягким уплотнением

* ISO 15848 — Классификация выбросов

* NACE MR0175 — Материалы, стойкие к сульфидному растрескиванию под напряжением для сероводородных сред

Конфигурация клапана

Шаровой клапан с цапфовым креплением и DBB

Клапан представляет собой шаровой клапан с цапфовым креплением с конструкцией Double Block and Bleed (DBB), полнопроходной. Шар механически зафиксирован верхним и нижним штоками — он не перемещается под действием давления в трубопроводе. Это имеет значение при NPS 42, поскольку гидростатическая сила давления трубопровода на плавающий шар создала бы нагрузки на седла, далеко превышающие их возможности. Цапфовая конструкция снимает эту нагрузку с сёдел и передаёт её на подшипники вала, рассчитанные на её восприятие.

DBB означает, что клапан обеспечивает две независимые уплотнительные поверхности — одну со стороны входа, другую со стороны выхода — с дренажным отверстием полости корпуса между ними. При обслуживании оператор может закрыть оба седла, стравить давление из полости и проверить изоляцию с обеих сторон перед разъединением любых соединений. Это стандартная практика на газопроводах, прописанная в большинстве процедур безопасности операторов.

Материал корпуса — A350 LF2

Корпус изготовлен из кованой низкотемпературной углеродистой стали A350 LF2. Прибрежное расположение Ачеха обуславливает более широкий суточный диапазон температур, чем большинство людей связывают с тропическим климатом. Ночные температуры могут опускаться достаточно, чтобы стандартная углеродистая сталь (A105) приближалась к нижней границе зоны вязко-хрупкого перехода. LF2 проходит испытания на ударную вязкость при низких температурах и сохраняет пластичность там, где A105 этого не делает. Для подземной установки, где клапан находится в грунте, сохраняющем более низкую температуру, чем окружающий воздух, это правильный выбор.

Все детали, удерживающие давление — корпус, шар, шток, кольца сёдел, крепёж — изготовлены в соответствии с требованиями NACE MR0175. Это означает контролируемый химический состав, термическую обработку до определённых пределов твёрдости и полную прослеживаемость материалов по сертифицированным отчётам об испытаниях. Следовое содержание H₂S в газе PGE не присутствует в концентрациях, способных вызвать немедленное разрушение, но за расчётный срок службы трубопровода сульфидное растрескивание под напряжением является кумулятивным риском, который устраняется применением материалов, соответствующих NACE.

Система уплотнения — двойные мягкие и металлические седла

Клапан использует конструкцию с двойным седлом: мягкое первичное седло для нормальной эксплуатации и металлическое вторичное седло для огнестойкости. В нормальных условиях мягкое седло обеспечивает пузырьковое перекрытие. Операторы газопроводов измеряют утечку в стандартных кубических сантиметрах в минуту — мягкое седло обеспечивает нулевую измеримую утечку при полном номинальном перепаде давления.

В случае пожара — а на газопроводе это сценарий, к которому готовится каждый оператор — вставка мягкого седла разлагается. Шар затем незначительно смещается под действием пружины и давления для контакта с металлическим седлом, создавая уплотнение металл-по-металлу. Клапан прошёл протокол огневых испытаний API 607, который заключается в сжигании клапана при заданной температуре в течение установленного времени, последующем циклировании и повторной проверке утечки через седло. Клапан, не способный поддерживать металлическое уплотнение при пожаре, высвободит своё содержимое в огонь. Это неприемлемый результат на магистральном трубопроводе.

Тип соединения — фланцевое с ответными фланцами

Клапан имеет фланцевые концы по ASME B16.5, FLOWKS поставляет соответствующие ответные фланцы. На подземном трубопроводе большого диаметра выбор между сваркой встык и фланцевым соединением включает компромисс. Сварка встык даёт несколько более прочное соединение и устраняет пути утечки через прокладки. Но когда клапан NPS 42 необходимо демонтировать для ремонта или замены — а со временем это потребуется — приваренный клапан означает резку трубы, удаление сварного шва и повторную сварку после установки нового клапана. Это многодневная полевая операция с оформлением огневых работ и радиографическим контролем.

Фланцевые соединения позволяют ремонтной бригаде открутить болты, извлечь клапан, установить замену и затянуть болты. Прокладка является известным заменяемым компонентом. Для оператора такого, как PGE, управляющего удалённой трубопроводной сетью, преимущество фланцевых соединений в обслуживании на ключевых точках изоляции перевешивает теоретический риск утечки, который регулируется правильным выбором прокладок и процедурами затяжки болтов.

Электрический привод

Клапан оснащён электрическим приводом, а не ручным редуктором. Это критическая спецификация для трубопроводных операций PGE. Клапан NPS 42 Class 600, заглублённый в удалённом участке трубопроводного коридора Ачеха, не является тем объектом, куда техник может быстро добраться. При возникновении аварийной ситуации — утечка на нижестоящем участке, скачок давления, авария при очистке трубопровода — оператору необходимо закрыть этот клапан сейчас, а не через три часа после того, как бригада доедет и дойдёт до места установки клапана.

Электрический привод подключён к системе SCADA PGE. Операторы из диспетчерского пункта могут открывать или закрывать клапан с центрального пульта управления, а привод обеспечивает обратную связь по положению в реальном времени в сеть SCADA. Привод специфицирован с диапазоном крутящего момента, покрывающим максимальный эксплуатационный момент клапана при полном перепаде давления, с запасом. Он включает концевые выключатели, моментные выключатели для защиты от перегрузки и местный пульт управления для ручного управления при нахождении техников на объекте.

Кожух привода имеет класс защиты, соответствующий условиям эксплуатации. Для подземного трубопроводного клапана в прибрежном Ачехе это означает полностью герметичный корпус, устойчивый к влаге, воздуху с примесью солей и периодическому затоплению клапанной камеры. Привод не должен выглядеть красиво; он должен работать после пяти лет нахождения во влажном подземном шкафу без обслуживания.

Защита от наружной коррозии

Корпус клапана подвергнут абразивоструйной обработке и покрыт тяжёлой эпоксидной системой, разработанной для подземной и прибрежной эксплуатации. Это не декоративное покрытие. Влажность грунта, хлориды из солевого тумана и блуждающие токи от близлежащей инфраструктуры — всё атакует заглублённую сталь. Покрытие нанесено до заданной толщины сухой плёнки, с испытанием на сплошность (holiday test) перед отгрузкой клапана с завода для проверки целостности покрытия. Фланцевые уплотнительные поверхности и зоны штока получают дополнительную защиту, поскольку они являются наиболее уязвимыми точками для щелевой коррозии.

Решение специфических проблем площадки

Сероводород и соответствие NACE

Концентрация H₂S в газе PGE низкая — на уровне следов — но она присутствует. Сульфидное растрескивание под напряжением в углеродистой стали зависит не только от концентрации; оно определяется комбинацией парциального давления H₂S, наличия воды, температуры и твёрдости материала. NACE MR0175 определяет требования к материалам, устраняющим риск сульфидного растрескивания во всём диапазоне эксплуатации. Каждый смачиваемый металлический компонент в этих клапанах был произведён, термически обработан и сертифицирован в соответствии с NACE MR0175. Это не дополнительная опция — это базовое требование для любого клапана на трубопроводе, транспортирующем газ, содержащий любое количество H₂S.

Управление крутящим моментом для большого проходного сечения

Клапан NPS 42 при Class 600 имеет диаметр шара, который делает цифры реальными. Нагрузка на седло, создаваемая давлением в трубопроводе, создаёт значительный момент трения на интерфейсе шар-седло. Конструкция цапфового подшипника использует композитные подшипники с низким коэффициентом трения для минимизации составляющей момента трения. Электрический привод был подобран на основе фактического расчётного момента при максимальном перепаде давления, а не по каталоговым оценкам, и включает запас прочности на деградацию в течение срока службы клапана. Клапан, неспособный закрыться при полном давлении в трубопроводе, когда это необходимо оператору, — это не клапан, а опасность.

Долговременная герметизация для подземной установки

Подземные трубопроводные клапаны по своей природе сложны в осмотре. График обслуживания PGE будет включать периодические обследования клапанов, но между этими обследованиями клапан находится под землёй, и никто на него не смотрит. Система уплотнения штока использует многослойную конструкцию из графитовых и PTFE-композитных колец. Графит обеспечивает термостабильность и не твердеет со временем. PTFE обеспечивает низкое трение и химическую стойкость. Комбинация соответствует требованиям ISO 15848 по выбросам в долгосрочной перспективе. Речь идёт не о соответствии спецификации в день заводских испытаний — речь о соответствии этой спецификации через пять лет подземной эксплуатации.

Пожарная безопасность

Огневые испытания API 607 — это не формальность для клапана газопровода. Это проектное требование. Если инцидент на трубопроводе перерастает в пожар, клапан изоляции должен оставаться работоспособным и не должен стать источником дополнительного топлива. Конструкция с резервным металлическим седлом означает, что даже после разрушения мягкого седла клапан сохраняет уплотнение, предотвращающее поступление газа в зону пожара. От этого зависит обоснование безопасности PGE.

Приёмочные заводские испытания

Каждый клапан прошёл полную программу приёмочных заводских испытаний (FAT) перед отгрузкой:

* Гидростатическое испытание корпуса при давлении по ASME B16.34

* Испытание на утечку через седло, двустороннее, гидростатическое и пневматическое

* Полное функциональное циклирование «открыто-закрыто»

* Интеграционное испытание электрического привода — концевые выключатели, моментные выключатели, обратная связь по положению, работа с местного пульта

* Измерение и регистрация рабочего крутящего момента

* Испытание покрытия на сплошность (holiday test)

Испытания с привлечением третьей стороны были доступны через SGS, Bureau Veritas или DNV — инспекционные агентства, признанные индонезийскими нефтегазовыми регуляторами. Это стандартное требование закупок в Индонезии, и программа испытаний FLOWKS была структурирована для обеспечения испытаний с привлечением третьей стороны без нарушения графика.

Документация

FLOWKS поставил полный комплект англоязычной технической документации с каждым клапаном:

* Общий чертёж клапана

* Сертификаты на материалы для всех деталей, удерживающих давление

* Сертификаты соответствия NACE MR0175

* Сертификат огневых испытаний API 607

* Сертификат выбросов ISO 15848

* Отчёты о заводских испытаниях (корпус, седло, функциональные, интеграция привода)

* Руководство по электрическому приводу и электрические схемы

* Руководство по эксплуатации и обслуживанию клапана

* Перечень запчастей с рекомендованными уровнями запасов

Упаковка и логистика

Клапаны NPS 42 являются негабаритными тяжёлыми грузами, требующими инженерной упаковки для международной отгрузки. Каждый клапан был упакован в индивидуальный деревянный ящик с внутренней влагозащитной оболочкой, сконфигурированный для морской перевозки на Суматру. FLOWKS координировал с экспедиторами, имеющими опыт работы с негабаритными нефтегазовыми грузами, для управления процессом доставки с завода до порта назначения.

Техническая поддержка

FLOWKS обеспечивает постоянную техническую поддержку для трубопроводных проектов в Юго-Восточной Азии:

* Удалённые технические консультации в ходе монтажа и пусконаладки

* Надзор на объекте по запросу

* Комплекты уплотнительных запчастей на складе для оперативной отправки

* Обучение обслуживанию клапанов для технического персонала оператора

* Периодические технические проверки

Широкое применение

Данное решение большого шарового клапана с цапфовым креплением и электрическим приводом применимо к ряду сценариев транспорта нефти и газа, выходящих за рамки трубопровода PGE в Ачехе:

* Сухопутные магистральные газопроводы

* Нефтепроводы и трубопроводы светлых нефтепродуктов

* Вспомогательные трубопроводные системы терминалов СПГ

* Межзаводские трубопроводы нефтехимических предприятий

* Главные точки изоляции газораспределительных сетей

Решение особенно актуально для операторов трубопроводов в Юго-Восточной Азии, нуждающихся в крупных диаметрах, высоком давлении, дистанционно управляемых клапанах изоляции, способных к длительной подземной эксплуатации в прибрежных условиях.

FLOWKS — How Quality Lasts!

FLOWKS производит полный диапазон промышленных клапанов, включая шаровые клапаны, регулирующие клапаны, задвижки, вентили, обратные клапаны, фильтры, шиберные задвижки и пробковые клапаны. Для технических запросов или проектных котировок обращайтесь к нашей инженерной команде.