Исследование условий работы основных рабочих элементов плоскошиберной задвижки KTF/A 5k с модернизацией шибера-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Исследование условий работы основных рабочих элементов плоскошиберной задвижки KTF/A 5k с модернизацией шибера-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
В дипломном проекте на базе известных технических, конструктивных и организационных решений был решен комплекс задач, была предложена модернизация запорного устройства фонтанной арматуры, а именно замена конструкции шибера прямоточной задвижки с уплотнением типа металл - упругий элемент.
В проекте была раскрыта конструкция, особенности работы и особенности ремонта фонтанной арматуры, были проведенные расчеты работоспособности и подбор основного оборудования.
Также обоснована экономическая целесообразность модернизации данного технологического оборудования. Рассмотренные вопросы охраны окружающей среды и безопасных условий труда. Разработанные рекомендации по проведению монтажных работ.
2.2 Описание основного технологического оборудования
2.2.1 Общая характеристика задвижки серии КFT/A производства DGK EAST

Шиберная задвижка серии КFT/A - реверсивная пластинчатая шиберная задвижка с уплотнением «металл-металл». Уникальная конструкция включает действительное двустороннее уплотнение, которое действует даже при очень низких дифференциалах давления.
Линия задвижек серии КFT/A содержит задвижки, которые квалифицируются как «пожаростойкости» в соответствии с API 6FA и API 6FC, а также требования, которые превышают, 17 изданий API 6A; задвижки прошли испытание согласно Дополнению «F» для материалов классов AA - HH и температурных номиналов «P» - «U». Кроме того, задвижки некоторых диаметров рассчитаны на температурные номиналы «K» - «U» (- 75 - 250 F/-59 - 121 C) и даже до 400 F (204 C).
Запатентовано DKG EAST сальниковое уплотнение «UV» прошло испытание и признано соответствующим требованиям API 6FA и 17 изданий API 6A, PR2, Дополнения «F» для материалов классов AA - HH и температурных номиналов «P» - «X».
Конечные соединения задвижек есть в виде линейной трубы стандарта API, фланца стандарта API, хомутного соединения и соединительной муфты Dynetor DKG EAST.
В шиберной задвижке серии КFT/A используются плавающее седло и задвижка с очень малым диапазоном хода (номинальный допуск 0,51 мм). Тарельчатая пружина находится за лицевой стороной каждого седла и используется для сохранения первичного контакта между шибером и седлом. Эти пружины обеспечивают постоянный контакт обеих поверхностей с задвижкой, даже при низких дифференциальных давлениях, для предотвращения попадания обломков из скважины между лицевыми поверхностями уплотнения, возводя к минимуму скапливание обломков в корпусе задвижки.
По мере увеличения дифференциала давления, закрытая задвижка прижимает седло, расположенное ниже по трубе к тыльной стороне кармана седла, в результате чего образуется уплотнение между металлическим седлом и корпусом на двух выпуклых поверхностях на тыльной стороне седла. Это позволяет контролировать движение седла на определенной точке вниз по трубе, а также предотвращает полное расплющивание тарельчатой пружины, возводя к минимуму сжатие пружины.
Конструкция седла задвижки также предотвращает эффект хлопка, который возникает в задвижках других конструкций при реверсировании давления для опрессовки лубрикатора и соединений выкидного трубопровода. При реверсировании давления хранится постоянный контакт седла с задвижкой, а уплотнение внешнего диаметра седла хранит контакт седла с корпусом даже при низких дифференциальных давлениях. Конструкция многих шиберных задвижек требует скачок давления для сдвига шибера. Без скачка давления низкий дифференциал давления наводит лишь к непрерывному приложению давления в обратном направлении или к хлопку. При использовании шиберной задвижки DKG EAST серии KTF/A подобного не происходит.
Пневматический замок, который имеет место в шиберных задвижках некоторых конструкций, не образуется, поскольку избыточное давление в корпусе автоматически вытолкнет седло, расположенное выше по трубе из шибера, подстрекая избыточное давление в корпусе вверх по трубе. Сразу после выравнивания давления, сила тарельчатой пружины и давление вытолкнут седло, расположенное выше по трубе обратно к шиберу. Благодаря использованию одинаковых седел на обеих сторонах шибера, шиберная задвижка серии KTF/A полностью реверсивная и не имеет напрямую действия давления, которое «рекомендуется». Версии задвижки серии KTF/A с поводом имеют такие же особенности конструкции седла/шибера.
Модели задвижек серии KTF/A имеют ряд основных характеристик, которые повышают их надежность:
- уплотнение «металл-металл» гнезда / шибера задвижки;
- уплотнение «металл-металл» гнезда / корпуса задвижки;
- выборочное уплотнение «металл-металл» шпинделя;
- уплотнение крышки «металл-металл» (плоское, муфтовое или SBMS);
- целостный неразъемный не выдвижной шпиндель (задвижки с ручным поводом);
- запатентована не эластомерная прокладка типа «UV»;
- кованый корпус и крышка;
- закругленный корпус или уникальная полость в форме восьмерки для устранения концентраторов напряжения;
- переменная целостная втулка стеллита направляющей;
- отсутствие сквозных отверстий в стенках корпуса задвижки;
- плотно прилегающие направляющие щеки шибера/грязезащитные юбки;
- действительное реверсивное уплотнение (ручное и с поводом);
- уплотнение, рассчитанное на низкий поток/низкий дифференциал давления;
- внешний штифт шпинделя среза; (задвижка с ручным поводом)
- герметизирующая прокладка на крышке подшипника (задвижка с ручным поводом).

2.2.2 Характеристики уплотнения
2.2.2.1 Уплотнение «металл-металл» шибера задвижки

В конструкции шиберных задвижек серии KTF/A использованная технология уплотнения лицевой поверхности седла и шибера из элементов, выполненных из чистого металла. Высококачественная твердосплавная поверхность наплавляется с использованием запатентованного процесса, потом шлифуется и полируется к зеркальному блеску; равенство поверхности при этом измеряется в линях спектра. Эта хорошо отполирована и чрезвычайно ровная поверхность способствует образованию уплотнения из чистого металла без необходимости использования износостойких вставок, масел или пластмасс. Скольжение шибера по седлу при работе задвижки наводит к прижатию и полировке поверхностей, которые трутся, что улучшает их характеристики уплотнителей. Отполированная поверхность владеет чрезвычайно высокой коррозийной и износостойкостью и твердостью. Твердосплавная поверхность отвечает также требованиям Национальной ассоциации инженеров-специалистов по коррозии (NACE) по работе в кислой среде.

2.2.2.2 Уплотнение «металл-металл» корпуса задвижки

На задней поверхности каждого седла есть поднятое плечо с двумя закругленными выпуклостями уплотнителей. В положении «закрытый» дифференциальное давление прижимает седло, расположенное ниже по трубе к тыльной стороне карману уплотнения корпуса клапана. В результате этого образуется уплотнение «металл-металл» между закругленными уплотнителями и лицевой стороной кармана седла. Обратное давление приведет к образованию того же типа металлического уплотнения с другой стороны кармана седла.

2.2.2.3 Уплотнение «металл-металл» шпинделя

В конструкции шиберных задвижек серии KTF/A использован не выдвижной шпиндель со встроенным металлическим уплотнителем шпинделя из заплечиком, он находится непосредственно над соединением шибера на шпинделе. Верхнее уплотнение шпинделя - выборочный тип, его восторга не происходит до тех пор, пока оно специально не будет приведено в рабочее положение оператором.
Это предотвращает преждевременный износ верхнего уплотнения в результате нормального цикла работы задвижки. Верхнее уплотнение легко увлекается путем полного закрытия задвижки и отведения назад колпака крышки. Таким образом, шпиндель можно легко механически «заблокировать» в положении верхнего уплотнения, соединив шибер с днищем задвижки, и затянув шпиндель плотно к заплечику верхнего уплотнения, в результате чего отпадет необходимость в регулировании верхнего уплотнения исключительно давлением.

2.2.2.4 Сальниковое уплотнение шпинделя

Поскольку не герметичность сальникового уплотнения шпинделя есть одной из основных причин неисправности в работе задвижек данной модели, DKG EAST разработала и запатентовала уникальную конструкцию сальникового уплотнения для семейства шиберных задвижек серии KTF/A. Сальниковое уплотнение «UV» имеет функциональный рабочий диапазон от - 75 F для работы в арктических условиях к высоким температурам до 400 F. Оно изготовлено из укрепленного тефлона, потому стойко к действию H2S, CO2, хлоридов, аминов, диметилдисульфида, и др. химикатов для обработки ствола скважины. Благодаря полному отсутствие эластомерности, проблемы газопроницаемости и взрывной декомпрессии, характерные для других уплотнителей, устранены.

2.3 Описание основных деталей задвижки
2.3.1 Корпус

Корпус и кожух подводного шиберной задвижки всегда кованой конструкции. Разница между поверхностным и подводным заключается в том, что в подводного шиберной задвижки есть прокладка торец к торцу (тип BX) на стыке кожуха. Корпус задвижки имеет спусковой кран на входе штока разрядной пробки.

2.3.2 Шибер

Шиберы серии KTF/A имеют двунаправленное уплотнение с металлическим контактом, благодаря целостной конструкции, у которой обе стороны наварены твердым сплавом и притерты к зеркальной полировке.
2.3.3 Седло

Складки седла серии KTF/A имеют двунаправленное уплотнение с контактом металлических поверхностей с тарельчатой пружиной, которая обеспечивает полный металлический контакт, при этом шибер находится в режиме слабого потока низкого давления. Поскольку седло остается на плаву в своем гнезде, чрезмерное нарастание давления в полости клапана будет сделано путем подведения сборника седла благодаря эффекту «поршня», давления, которое вызывается действием, на эластомерное уплотнение. Это эластомерное уплотнение также служит как резерв для уплотнений с контактом металлических поверхностей.
Направляющие щеки, как предусматривает их название, направляют шибер, когда он открывается или закрывается по центру поверх седла. Направляющие щеки имеют конические края для облегчения установки и вытягивания тех, которые направляют и седла.

2.3.4 Подъемная гайка

Подъемная гайка является переменной пластиной, сделанной из отливки стеллита, который обеспечивает максимально свободное движение между шибером и штоком. Трение между штоком и подъемной гайкой существенным образом снижено, тем же уменьшая крутной момент, и возможность возникновения сминающего момента. Подъемная гайка рассчитана на самоцентровку в задвижке, которая обеспечивает малый крутной момент.

2.3.5 Шток

Сборник штока имеет не выдвижную конструкцию и выпускается из единственного целостного сплошного куска.

В нашем проекте мы предлагаем изменить конструкцию шибера прямоточной задвижки с уплотнением типа металл - упругий элемент. Мы предлагаем сделать шибер из двух частей (Плашек). Где ведущая плашка перемещается вдоль шпинделя на трапецеидальной резьбе, а ведомая плашка закрепляется с ведущей пружиной (Рисунок 5.1).
В седлах, установленных в растачиваниях корпуса, запрессованные кольца из тефлона, которые обеспечивают герметичность затвора. В - образное соединение внутренних поверхностей плашек выполнено с зазором, который перемещается в зависимости от положения затвора.
В закрытом положении зазор между плашками в той части, которая находится на проходном отверстии задвижки, выбирают к нулю. Плашки поверхностями уплотнителей прижимаются.
Употребление шибера, что расклинивается, в этой задвижке позволяет при незначительном изменении крутного момента, на маховике обеспечить необходимую величину предыдущего прижатия уплотняющих поверхностей.
Отличительной особенностью этого затвора является то, что поверхности уплотнителей приходят в контакт лишь при расклинивании, то есть в крайнем нижнем положении задвижки (в закрытом ее состоянии), а также в крайнем верхнем положении (в открытом состоянии). В первом случае это обеспечивает герметичность затвора, во втором предотвращает попадание среды в корпус и вымывание масла, которым заполненный корпус задвижки.
Расклинивание происходит в верхнем положении при упоре ведомой плашки в крышку, а в "нижнем" - в днище корпуса задвижки. В промежуточных положениях плашки под действием дугообразных пружин находятся в сомкнутом состоянии, образовывая гарантированный зазор 1,5 - 2мм между поверхностями уплотнителей плашек и седел, что облегчает управление задвижкой.
Употребление этого решения также исключает возможные перекосы плашек.
Имея преимущества прямоточных задвижек, затвор, который расклинивается, в то же время сочетает в своей конструкции и преимущества клиновых задвижек (возможность прижатия поверхностей уплотнителей плашек к упругому элементу с целью создания дополнительной герметичности).