Къде работят въртящите се задвижвания на офшорна сондажна платформа
Офшорна сондажна платформа — самоподемна, полупотопяема или сондажна — използва планетарни скоростни кутии за въртене на множество места в системите за сондиране и обработка на материали. Всяко място налага различна комбинация от въртящ момент, скорост, околна среда и класификация за безопасност, но всички споделят общите предизвикателства на морска корозия, движение на вълните и ограничен достъп за поддръжка.
Офшорните кранове на пиедестал се въртят на платформата, за да обработват сондажни тръби, обсадни колони, оборудване и товари от снабдителни плавателни съдове. Задвижването на въртене трябва да работи в непрекъсната солена мъгла, докато обработва товари от 20 до 150 тона в радиуси от 20 до 50 метра. Въртящ момент на въртене: от 30 000 до 120 000 Nm. Кранът е жизненоважната линия на платформата - ако не може да се завърта, платформата не може да приема доставки или да обработва тръби.
Автоматизираният тръбен ключ (Iron roughneck) и системата за подреждане на тръби използват въртящи се задвижвания, за да позиционират сондажната тръба между стелажа, пътеката и центъра на сондажа. Тези задвижвания работят в опасна зона Зона 1 - директно над сондажа, където може да има въглеводороден газ. Въртящ момент на въртене: от 5000 до 25 000 Nm. Сертификацията по ATEX или IECEx е задължителна.
Някои сондажни системи използват въртящи се задвижвания за индексиране на въртящата се маса или за управление на сервизния контур на горното задвижване — позициониране на оборудването за въртящ момент на сондажната колона около центъра на сондажа. Тези задвижвания работят под най-високите вибрационни натоварвания върху платформата, предавани от сондажната колона през конструкцията на кулата. Въртящ момент на въртене: от 10 000 до 40 000 Nm.
Системите за транспортиране на превентори на взривни материали (BOP) и тестовите пънове използват въртящи се задвижвания, за да завъртят стека от 100 до 400 тона за предотвратяване на изригване по време на поддръжка и тестване. Това са най-тежките натоварвания от всяко въртящо се задвижване на ръкохватките на платформата, но те се задействат рядко (на всеки 2 до 4 седмици). Въртящ момент на въртене: от 80 000 до 200 000 Nm.
Въртящо задвижване за офшорни приложения. Всяко устройство трябва да издържа на непрекъснати солени пръски, динамично натоварване, предизвикано от вълни, и експлозивна атмосфера — едновременно, в продължение на 20 до 30 години.
Вълново движение — динамичната основа, която добавя жироскопични и инерционни натоварвания към всяка операция на въртене
На сушата, въртящото се задвижване завърта товара срещу гравитацията и триенето. На офшорна платформа, въртящото се задвижване завърта товара срещу гравитацията, триенето И инерционните сили, генерирани от движението на платформата. Когато платформата се повдигне (вертикално движение) на 3 метра за 10-секунден период на вълната, всяка маса на платформата изпитва ускорение от приблизително 0,3 g — увеличавайки ефективното тегло на 50-тонен товар на кран с 15 тона по време на повдигането нагоре и намалявайки го с 15 тона по време на низходящото повдигане.
Когато платформата се наклони (ъглово движение) на 5 градуса за същия период, стрелата на крана, която е на 30 метра от центъра на въртене, изпитва странично ускорение, което генерира динамичен момент на преобръщане в допълнение към статичния момент. Този индуциран от вълната динамичен момент осцилира с периода на вълната, като непрекъснато добавя и изважда от изисквания за въртящ момент в стационарно състояние.
| Морски щат | Издигане (м) | Наклон (градуси) | Динамичен коефициент на натоварване | Увеличаване на въртящия момент |
|---|---|---|---|---|
| Спокойствие (Hs < 1 м) | 0,5 – 1,0 | 1 – 2 | 1.05 – 1.10 | +5 до +10% |
| Умерено (Hs 2 – 4 м) | 2 – 4 | 3 – 6 | 1.15 – 1.30 | +15 до +30% |
| Грубо (Hs 4 – 8 м) | 4 – 8 | 6 – 10 | 1.30 – 1.60 | +30 до +60% |
Защо формулите за оразмеряване на наземните съоръжения са по-малки от тези на офшорните задвижвания: Коефициентът на динамично натоварване, индуциран от вълните, добавя 15 към 60% към изискването за въртящ момент на въртене в сравнение със същото натоварване и радиус на сушата. Въртящо се задвижване, което е адекватно оценено за повдигане от 80 тона при радиус от 30 метра на сушата (приблизително 23 500 Nm), е недостатъчно за същото повдигане при същия радиус на платформа в умерено море — динамичният коефициент увеличава изискването до 27 000 до 30 500 Nm. Офшорните въртящи се задвижвания трябва да бъдат оценени, като се използват коефициентите на динамично натоварване на DNV или API за специфичното за обекта състояние на морето, а не статичното изчисление на сушата.
Задвижващото устройство за въртене на офшорна платформа трябва да се справя както с постоянното натоварване, така и с динамичното натоварване, предизвикано от вълните, което увеличава общия изискван въртящ момент с 15 до 60% в сравнение с идентичната работа на сушата.
ATEX и експлозивна атмосфера — изискването, което променя всичко относно избора на материали и дизайн
На офшорна сондажна платформа, сондажната площадка и околните зони са класифицирани като опасни атмосфери Зона 1 или Зона 2 съгласно ATEX (Европейска директива 2014/34/ЕС) или IECEx (международен еквивалент). В тези зони могат да присъстват експлозивни смеси от газ и въздух по време на нормална работа (Зона 1) или при анормални условия (Зона 2). Всяко оборудване, работещо в тези зони, включително задвижванията за въртене, трябва да бъде проектирано така, че да предотвратява запалването на експлозивната атмосфера.
Температурата на външната повърхност на корпуса на въртящото се задвижване не трябва да надвишава температурата на самозапалване на присъстващите газове — обикновено от 200 до 300 градуса по Целзий за въглеводородни газове (температурен клас T3 или T4). Тази граница трябва да се поддържа при най-лошите работни условия: максимален въртящ момент, максимална температура на околната среда, максимална слънчева радиация. Термичният дизайн на корпуса, ефективността на предавката и видът смазка влияят върху максималната температура на повърхността.
Ако някоя част от въртящото се задвижване е изложена на опасна атмосфера (като например зъбното колело и зъбния венец), материалите не трябва да произвеждат искри от триене, удар или механична повреда. Стандартната въглеродна стомана върху въглеродна стомана може да произвежда искри. Зъбните колела с ATEX сертификат може да изискват неискрещи материали на зъбното колело (медно-никелови сплави, някои бронзове) или пълно затваряне на зъбното колело в огнеупорен корпус. Подходът със затваряне (Exd - огнеупорен) е най-често срещаното решение за въртящи се задвижвания на сондажни площадки.
Въртящото задвижване с Exd класификация обхваща целия зъбен механизъм и двигателя в корпус, проектиран да ограничава всяка вътрешна експлозия, без да предава пламък във външната атмосфера. Дебелината на стената на корпуса, размерите на фланцовия процеп и въртящият момент на закрепването трябва да отговарят на IEC 60079-1 — добавяйки 20 към 40% към теглото и цената на корпуса в сравнение със стандартно задвижване, което не е ATEX. Корпусът трябва да бъде изпитан под налягане до 1,5 пъти максималното налягане на експлозия преди доставка.
Три режима на повреда, специфични за задвижванията за въртене на офшорни сондажи
Пътеката на въртящия се лагер – закалената стоманена повърхност, по която се движат сачмите или ролките на лагера – е най-чувствителният към корозия компонент в офшорните въртящи се задвижвания. Солената мъгла прониква през уплътнението на лагера и се смесва с греста. Хлоридни йони в солената вода предизвикват точкова корозия върху повърхността на търкалящия се лагер. Всяка точкова корозия се превръща в концентрация на напрежение, която се разпространява в умора на материала под натоварването от търкалящ се контакт. За разлика от наземните въртящи се задвижвания (където корозията е незначителна в продължение на 10 до 20 години), офшорните търкалящи се лагери могат да развият видима точкова корозия в рамките на 3 до 5 години без адекватна поддръжка на грес и уплътнения, инхибиращи корозията.
Всеки вълнов цикъл добавя динамичен компонент на въртящия момент към натоварването на задвижването на въртене — от 5 до 10 секунди на цикъл, от 6 до 12 цикъла в минута, 24 часа на ден. В продължение на една година непрекъсната работа, зъбите на зъбното колело претърпяват от 3 до 6 милиона допълнителни цикъла на напрежение само от движението на вълните — далеч надвишаващи броя на циклите от действителните операции на въртене. Умората, предизвикана от вълните, е с ниска амплитуда, но с висок цикъл — най-вредната комбинация за закалени повърхности на зъбите на зъбните колела. Стандартните наземни изчисления за умора на зъбните колела подценяват живота на зъбите с 30 до 50%, ако не се включи цикличността, предизвикана от вълните.
Огнеупорният (Exd) корпус разчита на прецизно обработени фланцови хлабини, за да ограничи всяко вътрешно запалване. Тези хлабини трябва да останат в рамките на допустимите размери по IEC 60079-1 за целия експлоатационен живот. Солева корозия, термични цикли и механично въздействие от рутинни операции на платформата могат да разширят фланцовите хлабини отвъд сертифицираните размери. След като хлабината надвиши максимално допустимата стойност, корпусът вече не е сертифициран да ограничава вътрешна експлозия — и задвижването се превръща в потенциален източник на запалване в атмосферата на Зона 1. Това влошаване е невидимо от външната страна на корпуса и може да бъде открито само чрез проверка на размерите на фланцовата хлабина по време на планирана проверка.
Горе: Производствено съоръжение на Ever-Power в Корея. Долу: Изпитателен център — офшорните задвижвания преминават през тестове за корозия с морско качество, проверка на налягането в корпуса по ATEX и симулация на динамичен въртящ момент преди доставка.
Планетна скоростна кутия с въртящо се задвижване за офшорни сондажни платформи — Често задавани въпроси
Korea Ever-Power предлага планетарни скоростни кутии за въртящо се задвижване на офшорни сондажни платформи с динамични товароносимости DNV, морски покрития C5-M и огнеупорни опции ATEX от 5000 до 200 000 Nm. Предоставете типа на вашата платформа и приложение на оборудването за спецификация, подходяща за морска употреба.
Редактор: Cxm
