Фитинги Phastite: экономически эффективное решение для сложных и ответственных приложений.

19.06.2019

Практический опыт показывает, что в области автоматизации операторы предприятий стремятся применять новейшие и высокотехнологичные решения, одновременно уделяя все больше внимания экономическим составляющим решения.

Фитинги Phastite представляют собой уникальное решение в системах соединения труб, соответствующее стандарту ASTM A269. Технология Phastite обеспечивает возможность работы в системах с давлением до 20 000 фунтов / кв. дюйм (1380 бар),
а в качестве замены других способов соединения существенно снижает затраты на установку
и не требует обслуживания.

Концепция.

Гидравлические фитинги вставного типа разрабатывались и ранее, но ни одна из разработок не была рассчитана на высокое давление. Ключ к успеху Parker Hannifin лежал в применении анализа методом конечных элементов*. Разработка защищена патентом.

 

*Метод моделирования поведения сложных систем путем разбиения их на множество элементов (клеток), достаточно малых для того, чтобы рассматривать их свойства как однородные. После этого можно решать дифференциальные уравнения, описывающие положение и перемещение границ между этими клетками, и получать приближённое представление о движении системы в целом. Метод широко применяется в САПР механических устройств.

корпус фитинга

Фитинги Phastite обеспечивают надежную герметизацию и превосходные удерживающие свойства за счет уникальной конструкции, которая не только обеспечивает герметизацию металл-металл по специально сформированным граням внутри корпуса фитинга, но также позволяет трубке расширяться на величину специально сформированной впадины, тем самым достигается усиление удерживающих свойств.

По словам Стива Маллена (Steve Mullen), одного из технических руководителей направления:

«В течение 50 лет мало что изменилось
в конструктивных разработках промышленных трубных фитингов. Подвергнув переосмыслению принцип уплотнения, мы разработали фитинг, который радикально изменил экономику построения гидравлических систем».

Испытания.

В процессе разработки фитинги Phastite, включая прямые и угловые фитинги, тройники и крестовины, прошли жесткую программу испытаний. Испытания проводились как на стендах Parker, так и в центрах тестирования независимых организаций.

 

- Гидростатические испытания проводились для всех типоразмеров трубок под давлением в 1,5 раза превышающем максимальное рабочее давление для обеспечения адекватного уплотнения и захвата трубки.

- Испытания газом под давлением 100 бар с использованием азота и / или гелия для проверки герметичности. Затем образцы испытывались газом на рабочем давлении. Испытания полностью соответствовали ISO 19879. Испытания гелием на герметичность в вакууме и с проверкой массовым спектрометром для определения уровня утечки показали утечки менее 1 x 10-9 см куб атм/сек.

- Тестирование на вибрацию. Профиль фитинга Phastite делает его особенно привлекательным для работы в условиях сильной вибрации.
При тестировании на соответствие требованиям BS 4368 (20 млн циклов вибрации, 23-47 Гц, около 238 часов) фитинги были оставлены на платформе до состояния разрушения. Фитинги продемонстрировали герметичность уплотнения при наработке более 400 часов, после чего частота вибрации была существенно увеличена по сравнению с требованиями стандарта, и фитинги оставались в работоспособном состоянии еще в течение 40 часов. Устойчивость к вибрации и ударам являются критичными во многих приложениях.

- Гидростатический тест на разрыв. Фитинг в сборе с трубкой подвергался испытанию под давлением. Во всех случаях трубка оказалась самым слабым звеном с коэффициентом запаса прочности фитинга не менее 4:1.

- Термоциклирование. Сборка с фитингом подвергалась испытаниям с нагнетанием гелия в диапазоне температур от -50 °C до +175 °C. В результате, не было отмечено падения давления или видимых утечек.

- Испытание на изгиб. Удерживающая способность проверялась путем установки соединений на концах двух полуметровых отрезков трубы, соединенных фитингом Phastite посредине.
Прилагалась нагрузка для изгибания среднего соединения на 60 мм, затем на 300 мм под давлением 180 бар. Давление увеличивалось до разрыва трубки.

- Испытания на ударные нагрузки. Испытания проводились независимой технологической компанией оборонного комплекса Великобритании. Программа состояла из ряда тестов, основанных на ударах, имитирующих взрывную волну. Результаты оказались положительными, утечек также не было обнаружено и во время испытаний на давлении 300 бар в течение 15 минут.

- Испытания на пожаростойкость. Фитинг Phastite прошел полные испытания в соответствии с требованиями BS 6755 часть 2. Сборка под давлением подвергалась воздействию температуры выше 750°C более 30 минут. Образцы проверялись на утечку. Видимой утечки / потери воды не было выявлено.

 

Ряд других испытаний, например, на разрыв, на ротативной установке, с применением внешнего давления и другие, подтвердили заявленные производителем характеристики безопасности и качества.

Стандарты.

Сертификат Регистра Ллойда (Lloyd’s Register Type Approval) на данный тип соединения безоговорочно подтверждает соответствие Phastite заявленной спецификации и соответствие национальным и международным стандартам. Сертификат, основанный на оценке конструктивной разработки, согласованной программы испытаний, демонстрирует пригодность продукта для использования в промышленных трубопроводных системах, в широком диапазоне морских приложений и при офшорной добыче нефти и газа.

 

Сертификат ISO 19879 (Металлические трубные соединения для гидравлики и общего назначения. Методы испытания гидравлических соединений), на основе испытаний TUV Rheinland.

Шелдон Бэнкс (Sheldon Banks), Parker Hannifin: «Квалификация ISO 19879 — важная оценка для многих пользователей в нефтегазовой и нефтехимической отрасли, энергетике и в области морских приложений — основных рынков для Phastite. Мы в высшей степени удовлетворены, получив эту оценку, которая дополняет независимые положительные отзывы от пользователей, включая производственные объекты по офшорной добыче и перерабатывающие предприятия».

Время = Деньги.
Сварка требует того и другого.

Приварные фитинги широко используются в отрасли как надежные соединения «первого эшелона». Обеспечение надежности соединения является приоритетной задачей, почему специалисты часто и полагаются на приварные фитинги. В то же время, приварные фитинги воплощают три основных вызова для технологических процессов в нефтегазовой отрасли:

  • Снижение уровня безопасности. Сварочные работы означают риски в области безопасности и ряд ограничений. Таким образом, сама жесткая эксплуатационная среда требует выполнения множества предупредительных мер и получения разрешений.
  • Замедление темпа работ. Ведение сварочных работ — не быстро реализуемое дело. Планирование и подготовка разрешительных документов, сами работы, которые могут занять дни и, наконец, затратные по времени инспекции и контроль.
  • Большие затраты. Суммируя риски с точки зрения безопасности, необходимость в профессиональном персонале, потенциальную приостановку производства, операторы производства сталкиваются с очень дорогостоящим мероприятием.

На сегодняшний день на многих предприятиях разработаны процедуры, позволяющие справляться с проблемами, связанными со сварочными работами.

Есть ли возможность полностью избежать сварочных работ и проблем, связанных с ними?

Требуется фитинг, который:

  • Может гарантировать надежную работу на экстремальном давлении и в течение длительного времени;
  • Обеспечивает простую и быструю установку в любых условиях и не требует обученного персонала;
  • Эффективно поддерживает производственный процесс без компромиссов по безопасности, качеству или надежности.

Примеры использования технологии соединений Phastite.

Компания British Petroleum. Большая буровая платформа BP в Северном море, месторождение Bruce в 240 км к северо-востоку от Абердина (Шотландия). Объем добычи составляет около 20 млн. куб. фунтов газа и около 70 000 баррелей нефти в день. Добыча ведется с 1993.

Повреждение важных гидравлических установок в районе буровой платформы. Ремонт некоторых поврежденных гидравлических линий с использованием традиционных компрессионных трубных фитингов с двумя уплотнительными кольцами оказался невозможным. Вставка новых секций с помощью сварки была крайне нежелательна с учетом условий ведения работ, кроме того, время простоя обошлось бы компании крайне дорого. Рассматривался вариант ремонта с использованием специальных фланцев, но срок поставки составлял 16 недель, а стоимость одного устройства составляла несколько тысяч фунтов стерлингов за единицу.

Предложенное техническое решение Phastite было принципиально одобрено оператором, однако, учитывая жесткую политику обеспечения безопасности, потребовалось подтверждение третьей стороны и наличие сертификационных документов.

Работы были выполнены в краткие сроки, без нарушения производственного процесса, несмотря на крайне сложные условия доступа к объекту на участке большого сосредоточения гидравлических систем. Компактный инструмент позволил проводить ремонт непосредственно на месте, несмотря на близость других прогонов труб и соединений.

 

Компания John Crane. Компания John Crane по производству турбомашинного оборудования при разработке и создании испытательного центра уплотнений газовых компрессоров (Slough, Великобритания) применила соединения Phastite. На стендах предыдущего поколения на трубопроводах высокого давления использовались соединения с конической резьбой, что требовало значительного времени на подготовку и сборку.

Сочетание возможности работы на высоком давлении и принципа действия фитинга позволили компании получить существенную экономию по сравнению с традиционными решениями, в частности, с приварными фитингами.

Соединения Phastite использовались на двух участках на высоком давлении: на пяти испытательных стендах и на подаче сжатого воздуха и гелия. На испытательных стендах имитировали условия реального давления газа внутри корпуса компрессора, а с помощью высокоточных измерительных приборов контролировали утечки. На каждом из пяти стендов имеется около 20-25 постоянных соединений, работающих под высоким давлением.

На трубопроводах, подающих сжатый воздух и гелий на стенды использовались тройники Phastite. В данном приложении требовалось выполнить около 30 соединений. Простота подхода, реализованного в технологии Phastite, снизила стоимость затрат компании, составив всего несколько процентов от стоимости сварочных работ.

В комментарии OEM-производителя стендов говорится: «Соединение Phastite дало возможность более эффективно вести работы. Для приложений с высоким давлением и расходом, технология Parker предлагает крайне интересную альтернативу. Для этих приложений также важна вибростойкость, которой характеризуются фитинги Phastite».

 

Основные технологические преимущества фитингов Phastite в плане обеспечения надежного соединения, безопасности ведения работ без применения сварки, простоты установки и экономии времени позиционируют технологию Phastite как эффективную альтернативу соединениям под сварку в различных приложениях — гидравлические системы высокого давления, глубоководное бурение, дистанционно управляемые аппараты и подводные приложения, системы аварийной отсечки, подача реагентов, блоки насосных установок, газовые дожимные системы, испытательное оборудование.

Преимущества Phastite способствуют оптимизации и снижению затрат.

Отсутствие сварных швов дополнительно усиливает коррозионную стойкость. Отсутствие требований по обслуживанию и дополнительным антивибрационным устройствам — еще одна ценная характеристика фитингов Phastite, имеющая конкретное экономическое содержание. Фитинги Phastite обеспечивают существенную экономию затрат на материалы, поскольку не требуют трубок из специальных материалов с большей толщиной стенки (для нарезки резьбы при применении других типов фитингов).

 

  • Снижение затрат времени на сборку, особенно важно в офшорных и морских приложениях.

Все, что требуется — это нарезать и зачистить трубку, поместить ее в блок фитинга, установить в гидравлический станок и приложить давление. При работе с электрическим насосом, соединение выполняется в течение 4,7 сек., если используется ручной насос, работа занимает 30 сек.

 

  • Сварные соединения дешевле, но затраты на сборку больше из-за потребности в оборудовании.

Компания Parker приводит следующие цифры:

$2,09 на установку фитинга Phastite и $42,50 на установку фитинга с резьбой или конического соединения (включая подготовку концов трубки).

На выполнение сварного соединения требуется $76,67 или более — если необходим рентгеновский контроль или неразрушающий контроль с проникающим красителем.

 

  • Анализ стоимости работ и временных затрат, которые провели специалисты ВСП на основе доступных данных,

показал, что при оценке целесообразности применения технологии Phastite в сравнении с фитингами под сварку, экономия времени может составить до 90% при более высоких затратах на оборудование.

Сравнение времени сборки сварного соединения, конического с резьбой и соединения Phastite.

Например, экономия времени в год для средней системы или панели, по приблизительным расчетам, может составить до 2648 часов.

Много это или мало? Каждый оператор производства, в конечном счете, принимает решение исходя из конкретных соображений и стоимости работ.

Вложения в более дорогое оборудование сегодня может оказаться более дешевым и беспроблемным решением в среднесрочной и долгосрочной перспективе, если помнить об экономичности, безопасности и надежности. Бюджетный вариант сегодня обычно выражается в высокой стоимости владения завтра.

В нефтегазовой отрасли существуют разные методы определения рисков при эксплуатации оборудования и, соответственно, определение уровней защиты. В состав факторов, которые принимаются во внимание входят, в том числе, и безопасность конструкции, защита от коррозии, материалы изготовления, возможность работы на широком диапазоне давления. Эти характеристики в сочетании с экономией времени на разных этапах выполнения операции по сборке соединения обеспечивают востребованность решений Parker Hannifin в области инструментальной арматуры.

Широкая линейка инструментальной арматуры, представленная в портфеле решений компании ВСП, позволяет пользователю выбрать высокотехнологичное решение для конкретного приложения с максимальной долгосрочной экономической эффективностью.