PETROM EPS Mentenanta

“ TEACHER ”

PROGRAM DE

PERFECTIONARE PROFESIONALA

Tema 13: Echipamente mecanice din industria extractiva de petrol si gaze - Echipamente statice -

2011

1

Echipamente mecanice din

industria extractiva de petrol si gaze - Echipamente statice -

Material pentru perfectionare profesionala Traducere, compilare, redactare: Ing. Paul Popescu Sef Serviciu Tehnic si Fiabilitate

2

CUPRINS 1. Echipamente pentru prevenirea eruptiilor ………………………………3 1.1 Instalatii de prevenire a eruptiilor 1.2 Prevenitoare de eruptie 1.3 Masuri de protectie a muncii 2. Echipament pentru exploatarea sondelor..................................................14 2.1 Exploatarea sondelor - notiuni introductive 2.2 Sisteme de exploatare a sondelor 2.3 Echiparea sondelor pentru extractie 2.4 Echipament pentru exploatarea sondelor 2.5 Capul de coloana 2.6 Dispozitivul pentru suspendarea tevilor de extractie 2.7 Capul de eruptie 2.8 Dispozitive pentru reglarea debitului de titei si gaze 2.9 Capul de pompare 2.10 Montare, intretinere, reparatii 2.11 Masuri de protectie a muncii 3. Echipament pentru transportul si depozitarea titeiului si gazelor ……..28 3.1 Conducte de titei, gaze, apa 3.2 Montarea conductelor 3.3 Intretinerea si controlul conductelor 3.4 Repararea conductelor 3.5 Armaturi 3.6 Rezervoare 3.7 Masuri de protectie a munii 3.8 Coroziunea si mijloace de combatere a acesteia 4. Echipamente tehnologice in extractia titeiului si gazelor………………51 4.1 Recipiente sub presiune. Clasificare. Constructie. Rol 4.2 Separatoare 4.2.1 Separatoare verticale 4.2.2 Separatoare orizontale 4.2.3 Alte tipuri de separatore 4.2.4 Montare, intretinere, reparatii, masuri de protectie a munii 4.3 Echipamente pentru transfer termic 4.3.1 Aspecte generale 4.3.2 Schimbatoare de caldura - tipuri principale 4.3.3 Cazane de abur 4.3.4 Exploatarea, intretinerea si repararea cazanelor de abur 4.4 Echipamente pentru tratarea apei de alimentare a instalatiilor tehnologice 4.5 Masuri de tehnica a securitatii si protectie a muncii pentru exploatarea si mentenanta vaselor sub presiune.

3

ECHIPAMENTE MECANICE IN INDUSTRIA EXTRACTIVA DE TITEI SI GAZE NATURALE

ECHIPAMENTE STATICE

1. Echipamente pentru prevenirea eruptiilor

In cursul operatiunilor de foraj, punere in productie sau exploatare a sondelor

de titei si gaze, stratele productive cu presiuni mari pot provoca manifestari eruptive. La sondele in lucru, presiunea stratelor este echilibrata cu ajutorul presiunii exercitata de coloana fluidului de foraj sau a unui alt fluid de circulatie. Cand presiunea din strat este mai mare decat presiunea coloanei de fluid, se produce o manifestare eruptiva. Daca manifestarea eruptiva devine necontrolata, ea se transforma in eruptie libera, urmata de accidente tehnice foarte grave. O manifestare eruptiva poate fi sesizata din faza incipienta, prin gazeificarea fluidului de circulatie sau prin cresterea anormala a nivelului de fluid in rezervoarele de circulatie. Combaterea manifestarilor eruptive se poate face prin mai multe cai, ca: ingreuierea fluidului de circulatie, inchiderea gurii sondei, operatii sub presiune si circulatie inversa. Toate sondele, in foraj sau exploatare, cu posibilitati eruptive, trebuie sa fie dotate cu instalatii de prevenire de constructie adecvata.

1.1 Instalatii de prevenire a eruptiilor

Instalatiile de prevenire a eruptiilor sunt ansambluri de echipamente de inchidere, montate pe ultima coloana tubata cu destinatia de a asigura controlul presiunii din sonda si de a evita eruptiile libere. Exista numeroase constructii de instalatii de prevenire. In Figura 1.1 este reprezentata o instalatie uzuala de prevenire a eruptiilor, formata din subansamblurile: - prevenitorul de eruptie orizontal 1, prevazut cu doua dispozitive de inchidere: inchiderea spatiului inelar si inchiderea totala; - prevenitor de eruptie 2, prevazut cu dispozitiv de inchidere cu bac inelar, ce permite inchiderea suplimentara a spatiului inelar (pe suprafata de orice forma si dimensiune), precum si manevrarea etansa a garniturii de foraj; Figura 1.1

4

- flansa dubla 3, ce serveste la asamblarea prevenitorului orizontal la coloana de burlane tubata; - manifoldul de eruptie 4, racordat la iesirile laterale ale prevenitorului 1 si flansei duble 3;

- teul de evacuare a fluidului de foraj 5; - instalatia de actionare 6, ce asigura manevrarea de la distanta a

prevenitoarelor de eruptie si a robinetelor manifoldului, cu ajutorul energiei hidraulice produse, inmagazinate si distribuite de la un grup de presiune (acumulator hidropneumatic), plasat la o anumita distanta de gura sondei;

Suplimentar, comanda prevenitoarelor si a dispozitivelor aferente se poate realiza de la un pupitru de comanda 7, plasat pe podul sondei la indemina sondorului-sef.

Actionarea hidraulica este dublata de o actionare manuala, ce poate fi efectuata cu ajutorul bratelor de manevra 8. La sondele in exploatare, de regula, se monteaza doar prevenitoare, fara manifold si fara instalatie de actionare. Instalatiile de prevenire a eruptiilor se pot clasifica dupa destinatie (pentru foraj, extractie sau alte scopuri), dupa numarul si tipul prevenitoarelor, dupa energia utilizata pentru actionare (manuale, mecanice, hidraulice) si dupa presiunea si dimensiunea nominala.

Instalatiile de prevenire se caracterizeaza printr-o serie de parametri constructivi si functionali:

Diametrul sectiunii de trecere, indicat in inch/mm, permite sa se cunoasca diametrul maxim al sculelor ce pot trece prin instalatie (sape, burlane, scule, etc)

Dimensiunea nominala, indicata in inch – caracteristica ce impreuna cu presiunea nominala indicata in daN/cm2 (bar) defineste flansa de racordare a prevenitorului.

Presiunea nominala, indicata in daN/cm2, este presiunea maxima la care poate fi supusa instalatia de prevenire a eruptiilor in cursul exploatarii. Se fabrica in gama de presiuni nominale stabilite pentru utilaj petrolier (70, 140, 210, 350, 700 si 1050 daN/cm2.)

Toate subansamblele componente, care in timpul utilizarii intra in contact direct cu presiunea fluidului din put (prevenitoarele, mosoarele, flansa dubla, robinetele, duzele reglabile etc.) trebuie sa fie construite pentru o presiune de lucru egala sau mai mare decit presiunea nominala a instalatiei.

Presiunea de proba, indicata in daN/cm2, este presiunea la care sunt incercate elementele componente, pentru a se constata eventualele defecte de material sau executie. Aceasta proba se executa doar de intreprinderile constructoare sau reparatoare. Valoarea presiunii de proba, pentru toate elementele supuse la presiuni interioare pina la 35 Mpa (350 daN/ cm2) si dimensiuni pina la 355,6mm (14in) este egala cu dublul presiunii nominale. La presiuni si dimensiuni nominale mai mari, presiunea de proba este o data si jumatate presiunea nominala.

Tipul si numarul prevenitoarelor de eruptie componente indica posibilitatile de utilizare a instalatiei.

5

Gama de bacuri, indicata in inch, precizeaza diametrele nominale ale materialului tubular(tevi, prajini, burlane) pe care se pot inchide prevenitoarele. In gama de bacuri este inclusa si dimensiunea “0”- bacul pentru inchiderea totala a gurii sondei. Prevenitoarele orizontale necesita pentru fiecare dimensiune de material tubular o dimensiune corespunzatoare de bacuri. Prevenitoarele verticale hidraulice au un singur bac inelar, ce asigura inchiderea pe orice forma si dimensiune (in anumite limite) Fig. 1.2.

Figura 1.2 Dimensiunea nominala a flansei duble, indicata in daN/cm2, precizeaza

posibilitatea de montare a instalatiei de prevenire pe coloane tubate, de diferite dimensiuni. Flansa superioara are dimensiunile prevenitorului inferior, iar flansa inferioara, o dimensiune egala sau mai mare.

Dimensiunile nominale ale manifoldului de eruptie precizeaza dimensiunea si presiunea nominala a flanselor de asamblare cu racordul de scurgere prin duze reglabile si cu racordul pentru circulatie inversa.

Presiunea de actionare hidraulica a bacurilor – indicata prin intervalul dintre presiunea maxima (peste care se deterioreaza cilindrii de actionare) si presiunea minima (ce asigura inchiderea eficace a bacurilor, cind prevenitorul e supus in interior la presiunea nominala.

Volumul nominal al acumulatorului hidropneumatic si volumul disponibil de actionare. Volumul nominal exprimat in litri reprezinta capacitatea instalatiei de a inmagazina energie hidraulica, in diferite regimuri de functionare. Acest volum e umplut partial cu azot si partial cu ulei. Odata cu refularea lichidului din interior, presiunea scade si volumul nominal nu poate fi folosit integral. Cantitatea de lichid sub presiune care poate fi refulata intre presiunea

capac

garnitura

corp

piston

6

minima de regim si presiunea minima de actionare a prevenitoarelor reprezinta volumul disponibil.

Volumul de fluid necesar pentru inchiderea si deschiderea unei perechi de bacuri, indicat in litri, determina numarul de inchideri –deschideri ce poate fi efectuat cu ajutorul volumului disponibil de actionare.

Dimensiunile de gabarit, indicate in milimetri, sunt necesare pentru amplasarea subansamblurilor instalatiei de prevenire a eruptiilor in cadrul instalatiei de foraj. In tara noastra se fabrica mai multe tipuri de instalatii de prevenire(IP1, IP2, HDF, HT). Instalatiile se noteaza indicand simbolul instalatiei, diametrul sectiunii de trecere exprimat in inch si marimea presiunii maxime de lucru, in daN/cm2 (IP1-8in x210; IP2-12in x210; HDF-9in x700)

1.2 Prevenitoare de eruptie

Sint dispozitive complexe, robuste, servind la inchiderea etansa a gurii sondei, in caz ca sonda da semne de manifestare, pentru a preveni eruptiile libere.

Prevenitoarele de eruptie sunt principalele subansambluri componente ale unei instalatii de prevenire. Destinatia lor este sa asigure:

- inchiderea spatiului inelar dintre coloana de burlane si materialul tubular introdus la put;

- manevrarea etansa a garniturii introdusa la put; - inchiderea totala a gurii sondei, cand este libera;

- posibilitatea de racordare a unor dispozitive auxiliare pentru reglarea presiunii din sonda;

- asigurarea unui sens unic de circulatie a fluidului prin interorul materialului tubular aflat la put ;

- inchiderea spatiului inelar la gura sondei in cursul rotirii prajinilor sau a manevrarii lor sub presiune;

- obturarea completa a orificiului interior al garniturii de prajini sau de tevi (canaua pentru prajina patrata);

Realizarea constructiva a unui prevenitor, care sa asigure integral toate functiunile de mai sus nu e rationala si uneori nu este posibila. De aceea, s-au realizat prevenitoare specializate, ce executa doar partial aceste operatii. Prevenitoarele se pot clasifica dupa mai multe criterii : dupa destinatie(foraj, extractie); dupa directia de deplasare a bacurilor (orizontale, verticale); dupa numarul dispozitivelor de inchidere (simple, duble, triple); dupa forma bacurilor (plate, cilindrice, cu sectiune ovala, inelare, tubulare); dupa modul de actionare a bacurilor (manuala, mecanica, hidraulica, combinata).

7

a. Prevenitorul de eruptie, tip reprezentativ In Figura 1.3 este reprezentata schema unui prevenitor de eruptie orizontal,

considerat ca tip reprezentativ. Elementele sale componente, modificate din punct de vedere constructiv, se intilnesc si la celelalte tipuri de prevenitoare.

b a Figura 1.3

Corpul 1-confectionat din otel aliat turnat/forjat, prevazut cu ghidaje interioare, solidarizate printr-o manta. Are un orificiu interior vertical pentru trecerea sapei, a burlanelor sau sculelor. La partea superioara si inferioara, corpul e prevazut cu flanse pentru racordarea manifoldului de eruptie, a racordului de scurgere etc. Lateral are ferestre inchise cu capace etanse, care permit accesul la bacuri. Suprafetele interioare ale corpului sunt inclinate spre interior pentru a permite scurgerea fluidului de circulatie si evitarea depunerilor.

Organele de obturare 2(bacuri) pot inchide spatiul inelar (intre peretii interiori ai orificiului vertical al prevenitorului si materialul tubular care trece prin el), sau obturarea completa a acestui orificiu. Bacul (fig.1.3, b) este format din garnituri de cauciuc incastrate in armatura metalica si o tija de actionare. Constructia bacului asigura:

- un efect de “autoalimentare”, in sensul ca fortele ce actioneaza asupra carcasei bacului, in vederea inchiderii, refuleaza garnitura de cauciuc, in directia suprafetelor de etansare pina la obturarea interstitiilor libere;

- autoetansarea, in sensul ca presiunea din interiorul sondei creeaza o forta suplimentara de apasare pe bacuri in directia inchiderii prevenitorului;

- posibilitatea de inlocuire comoda si rapida; - centrarea materialului tubular fata de orificiul de trecere al

prevenitorului;

8

Dispozitivele de actionare a bacurilor 3 pot fi manevrate mecanic sau hidraulic. La prevenitoarele moderne, de obicei, sunt servomotoare hidraulice cu piston, numite verine, dublate de mecanisme cu surub, ce permit atat actionarea hidraulica cat si manuala a bacurilor.

b. Prevenitoare de eruptie orizontale

Prevenitoarele de eruptie orizontale au bacuri ce executa o miscare de translatie orizontala in cursul manevrelor de inchidere-deschidere. Aceste prevenitoare sunt foarte raspandite si sunt realizate intr-o gama foarte larga de tipodimensiuni. Exista prevenitoare simple, duble si triple; cu bacuri avind forma plata, cilindrica cu sectiune rotunda sau ovala. Actionarea bacurilor, la tipurile mai vechi, se face manual sau mecanic cu ajutorul unor mecanisme cu surub, iar tipurile modern, atit manual, cit si hidraulic, cu ajutorul unor verine. Prevenitorul orizontal simplu cu actionare mecanica tip B1, se utilizeaza la extractie sau, numai perechi, la foraj. Are dezavantajul unei greutati si inaltimi mari.

Prevenitorul orizontal dublu, cu bacuri plate, cu actionare mecanica, tip B2 (Fig. 1.4) se foloseste mai mult la extractie.

Dispozitivul de inchidere, montat in corpul turnat 1 e format din doua perechi de bacuri 2care se pot deplasa in sensul inchiderii si deschiderii, prin rotirea tijelor filetate dreapta-stinga 3.

Una din tijele 3 este prelungita cu o axa cardanica de manevra 4 ce permite actionarea manuala sau mecanica de la distanta.

Manevrarea simultana a unor perechi de bacuri este asigurata prin transmisia cu lant 5, ce cupleaza cele doua tije. Garnitura bacurilor pentru prajini este prevazuta cu o suprafata plana orizontala A, ce asigura etansarea intre corp si bac, cu o suprafata plana verticala B, ce asigura etansarea intre bacuri si cu o suprafata cilindrica verticala C, ce asigura etansarea intre bac si prajini. La garnitura bacurilor “totale”, etansarea se face numai pe suprafetele A si B.

Figura 1.4

9

Centrarea prajinilor de foraj, in cursul inchiderii bacurilor, este asigurata prin camele triunghiulare de ghidaj D. Schimbarea bacurilor se executa prin fereastra frontala a corpului, dupa demontarea capacului 6. Tijele sint etansate cu presgarnituri la trecerea prin capac. Prevenitorul orizontal dublu cu actionare hidraulica, reprezinta tipul cel mai raspindit la foraj. Bacurile sint formate dintr-o garnitura de cauciuc avind partea frontala in forma de U sau dublu T, incastrata intr-o carcasa metalica. Au constructie similara cu bacurile prevenitoare mecanice. Bacurile sunt actionate fiecare de catre un verin(Fig.1.5), destinat actionarii hidraulice a bacurilor, format dintr-un piston 1, ce se deplaseaza intr-un cilindru 2, sub actiunea presiunii fluidului de actionare, de obicei de deschidere A sau B.

Figura 1.5 Etansarea pistonului 1 fata de cilindrul 2 este realizata prin garnituri de

cauciuc 3 in forma de L, V, U, O iar a pistonului 1 fata de tija 4 precum si a cilindrului 2, in raport cu capacele 5 si corpul 6 prin garnituri in forma de O, montate frontal sau cilindric. Aceste garnituri sint supuse doar la presiunea fluidului de actionare.

Pachetul de garnituri 7, montat intre corpul 6 si tija 4 a pistonului, trebuie sa asigure o etansare in dublu sens, impiedicind atit patrunderea fluidului de actionare din camera de deschidere in interiorul prevenitorului cit si trecerea fluidului de foraj in camera de deschidere. Actionarea hidraulica a bacurilor este de obicei dublata printr-un dispozitiv de inchidere manuala cu surub, antrenat prin rotirea unei tije 8, ce se poate deplasa axial. La unele constructii, tija 8 nu se deplaseaza axial cind este rotita. Deschiderea prevenitorului se face numai hidraulic.

Schimbarea bacurilor se executa prin deschideri laterale ale corpului, obturate prin capace simple in suruburi, sau la tipurile moderne, prin capace rabatabile cu bacul si verinul de actionare al acestuia. In tara noastra se realizeaza si prevenitoare orizontale, cu deschidere laterala, cu actionare hidraulica, simple (OSH) sau duble (ODH).

10

Figura 1.6

Prevenitoarele cu deschidere frontala tip DF, au ferestre cu capace pe partea frontala. Capacele se pot rabate in jurul unor balamale, impreuna cu bacurile si verinele aferente. Reprezinta o solutie constructiva moderna(Fig.1.6).

Bacurile sunt actionate fiecare de catre un servomotor hidraulic (Fig.1.7). deschiderea prevenitorului se face numai hidraulic, iar daca inchiderea s-a executat manual, cu tija 6, aceasta trebuie deblocata in prealabil.

Figura 1.7

Prevenitorul DF are o rezistenta mare la presiuni interioare, o greutate

redusa si un sistem de distributie si alimentare hidraulica a verinelor format din relee, conducte si colectare.

Garnitura bac

tija

bac

capac bac corp circuit hidraulic

11

Prevenitoarele triple tip T au trei dispozitive de inchidere(tip DF), montate intr-un corp comun. Dispozitivul din mijloc are bacuri pentru inchidere totala. Este un prevenitor de conceptie originala romaneasca. Prevenitoarele pentru tevi de extractie sunt de tip SE(similar cu tipul B1) cu bacuri cilindrice sau plate, actionate individual in mod manual, sau de top ODM(orizontal, dublu, cu bacuri ovale si cu actionare manuala). Prevenitoarele pentru prajini de pompare tip SM(Fig. 1.8), se monteaza pe capul de pompare al sondelor in pompaj, cu caracter semieruptiv, in scopul controlului presiunilor din interiorul tevilor de extractie, in timpul operatiilor de interventie.

Figura 1.8

c. Montarea, intretinerea si repararea

Probe. Instalatiile de prevenire a eruptiilor se supun unui complex de probe, care sa garanteze functionarea lor sigura, in cele mai grele conditii de lucru. In general se pot face urmatoarele probe, in atelierele de reparatii:

- verificari dimensionale si de calitate a suprafetelor la piesele componente care prezinta o importanta deosebita(suprafete de etansare, canale si inele de etansare, filete, garnituri);

- verificarea calitatii materialelor, la piesele importante; - probe hidraulice de etanseitate(la sonde), la presiunea normala; - probe functionale(manevre de inchidere-deschidere); La sonda, dupa punerea in functiune, se fac probe care se repeta apoi periodic

conform regulamentelor de prevenire a eruptiilor. Montarea. Toate componentele instalatiei de prevenire sunt supuse la probe

de receptie, in atelierul mecanic, inainte de a le aduce la sonda. Elementele componente se transporta neambalate, demontate in subansambluri.

Ansamblul format din prevenitoare si flansa dubla se monteaza pe flansa simpla a coloanei tubate, observand: - inelele de etansare si canalele aferente sa fie perfect curate si sa nu prezinte urme de deformatii; - strangerea piulitelor si prezoanelor sa se faca corect;

12

- prevenitoarele se ancoreaza de fundatii prin tiranti; - prevenitoarele trebuie echipate corect cu bacuri, tije, etc.; - rotile de manevra se reazema pe suporturi si se scot in afara substructurii. Pe fiecare roata se pun etichete cu numarul de rotatii necesar inchiderii complete. - montajul manifoldului de eruptie conform cererii; - grupul de presiune se instaleaza la circa 20m de axa sondei; - pupitrul de comanda se monteaza pe podul sondei; Dupa montaj se face punerea in functiune conform normelor in vigoare. Intretinerea. Operatiile de intretinere curenta sunt simple dar trebuie bine cunoscute si respectate cu strictete:

- proba de actionare manuala si hidraulica a bacurilor de inchidere de la pupitrul de comanda si de la grupul de presiune. Se verifica timpul de inchidere a bacurilor si de oprire a pompei dupa refacerea presiunii din acumulator.

- verificarea nivelului de ulei din rezervorul grupului de presiune si la pompa duplex a grupului de presiune;

- verificarea scurgerilor din conducte; - verificarea presiunii azotului din acumulator; - verificarea pozitiei bacurilor si calitatii garniturilor; - efectuarea probei de etanseitate a inchiderii bacurilor; - gresarea robinetelor de la manifoldul de eruptie; - schimbarea uleiului de ungere si a fluidului de actionare(o data la 6 luni); - schimbarea setului de garnituri de cauciuc al bacurilor si a organelor de obturare de la duzele reglabile; - remedierea oricaror deranjamente provenite din uzura, greseli sau alte cauze; Repararea. In general, reparatiile la elementele instalatiilor de prevenire constau in inlocuirea unor piese uzate, cu piese noi livrate de intreprinderea constructoare. Deoarece majoritatea reperelor sunt confectionate din otel aliat turnat, tratate termic, nu se pot repara reperele uzate folosind sudura.

La sonda se pot efectua numai inlocuiri de piese(garnituri de cauciuc, bacuri, prezoane, suruburi, piulite, inele metalice de etansare) sau subansambluri: aparate hidraulice complet asamblate (distribuitoare, ventile, supape de siguranta si retinere, manometre), robinete si duze reglabile, pompe, acumulatoare si prevenitoare complete.

La atelierele mecanice, se poate face in plus inlocuirea unor repere si subansambluri care necesita operatii de demontare-montare mai pretentioase (piese ale aparatelor hidraulice, verine si mecanisme de actionare, ansambluri la pompele hidraulice de actionare).

La atelierele sau firmele de reparatii se executa suplimentar reparatii asupra corpurilor, capacelor, robinetelor, executind rectificarea suprafetelor cilindrice sau plane de etansare, repararea ghidajelor de translatie a bacurilor, repararea gaurilor filetate etc.

13

1.3 Masuri de protectie a muncii

Pentru asigurarea securitatii muncii, se vor respecta regulile din Instructiunile Proprii de Protectia Muncii, specifice lucrarilor de reparatii si testare utilaj petrolier in atelierele mecanice. Personalul care repara si testeaza aceste echipamente trebuie sa cunoasca si sa respecte cu strictete “Cartea Tehnica” a instalatiei de prevenire a eruptiilor. Nu se pot monta la gura sondei instalatii care prezinta defectiuni, care sunt incomplete sau care nu au fost verificate si probate, in prealabil, intr-un atelier amenajat corespunzator in acest scop. Nici un subansamblu al instalatiei nu va fi probat, in santier, la o presiune mai mare decat presiunea nominala, nici dupa reparatie, nici dupa montare. Nu este permisa imbinarea sau repararea prin sudare a elementelor manifoldului de eruptie, a pieselor turnate din instalatie sau a acumulatorului de ulei. Grupul de presiune se monteaza la circa 20m de gura putului. Sania grupului de presiune si baraca sa metalica se vor lega la priza de pamant. Racordarea instalatiei electrice a grupului de presiune la reteaua electrica se face printr-un intrerupator automat. Acumulatorul de ulei va fi incarcat numai cu azot. Orice interventie(demontarea unor repere, transport) se va face numai dupa descarcarea presiunii din interiorul acumulatorului de ulei, prin robinet special de scurgere. Demontarea racordurilor intre conductele comenzii hidraulice, grupul de presiune, pupitrul de comanda si prevenitoarele de eruptie este permisa numai dupa scoaterea circuitelor hidraulice de sub presiune. La punerea in functiune, inainte de introducerea presiunii in circuitele hidraulice, se vrifica daca gura putului este libera. Rotile bratelor de manevra pentru inchiderea manuala a prevenitoarelor de eruptie si duzele reglabile se vor monta in exteriorul substructurii, la o inaltime accesibila, astfel incat sa fie posibila o manevra usoara. Intre rotile de manevra si gura putului se vor monta paravane de protectie, pe care se va scrie vizibil, pentru fiecare roata in parte, sensul de rotatie si numarul de rotatii necesare inchiderii.

14

2. Echipament pentru exploatarea sondelor 2.1 Exploatarea sondelor - notiuni introductive Extragerea titeiului si gazelor de zacamant se face prin sonde si prin minerit(doar titeiul). Mineritul se aplica in cazul zacamintelor situate la mica adincime, care nu mai au presiune, curgerea titeiului fiind gravitationala. In mod obisnuit se foloseste ca metoda secundara de exploatare. Mineritul este aplicat la noi la Monteoru in jud Prahova si la Derna-Tatarus in Bihor. Titeiul, drenat prin peretii galeriilor, este colectat pe canale si jgheaburi intr-un bazin central, de unde este pompat la suprafata. Un alt procedeu in minerit consta in aducerea la suprafata a nisipului imbibat cu titei si apoi reuperarea lui prin diverse metode (tratare termica sau solventare). Marea majoritate a productiei de titei si gaze se obtine prin sonde, care se impart in doua categorii: - sonde de titei prin care se extrage in principal titei. Concomitent sunt extrase si gazele care exista in zacamant impreuna cu titeiul, dizolvate in acesta sau libere. - sonde de gaze prin care se extrag doar gaze provenite din zacamintele de gaze naturale sau din capul de gaze al zacamintelor de titei. Prin sondele de gaze se pot obtine uneori unele cantitati de hidrocarburi lichide numite condensat, ca efect al fenomentului de condensare retrograda. Cu titeiul si gazele se extrag si cantitati mai mari sau mai mici de apa, provenita prin avansarea limitei apa-titei sau apa-gaze, sau chiar din zacamant unde exista impreuna cu acestea.

2.2 Sisteme de exploatare a sondelor Pentru ridicarea la suprafata a fluidelor patrunse in gaura de sonda este necesara o energie care sa invinga forta gravitationala. Pentru o tona de titei, aceasta energie este exprimata prin relatia: En=10000 H

En=energia necesara (J) H=inaltimea de ridicare de la media perforaturilor la suprafata, in m.

Cata vreme energia continuta de fluidele intrate in gaura de sonda este superioara energiei ce se consuma in realitate pentru ascensiunea titeiului, sonda va produce singura. Suntem in perioada in care sonda este exploatata eruptiv. De cele mai multe ori, energia totala continuta de fluide in prima parte a perioadei eruptive este mult mai mare decit energia ce se consuma pentru ascensiune, asa ca fluidele sosite la suprafata, in special gazele, contin inca o mare cantitate de energie.

15

In momentul in care Et < Econs pentru aducerea titeiului la suprafata este necesara o energie suplimentara. In functie de modul in care este furnizata aceasta energie suplimentara, extractia titeiului se clasifica in: - extractia prin eruptie artificiala(gaz-lift) atunci cand sunt injectate in sonda gaze sub presiune, a caror energie de expansiune ajuta la ascensiunea titeiului; - extractia prin metode mecanice(pompaj, pistonat, lacarit), din care principala metoda este pompajul de adancime, atunci cand se introduc in sonda diverse dispozitive care sunt actionate de la suprafata. In concluzie, sistemele de exploatare a sondelor sunt: - eruptia naturala; - eruptia artificiala; - pompajul de adancime; - alte sisteme sau sisteme auxiliare;

2.3 Echiparea sondelor pentru extractie

Utilajul cu care sondele se echipeaza pentru extractie se alege in functie de metoda de extractie care urmeaza a se aplica(eruptie naturala, eruptie artificiala, pompaj etc), precum si de conditiile in care se va face extractia (debite, presiune, adincime, etc). Utilajul de fund al sondelor cuprinde in primul rind, tevile de extractie la care se adauga, in functie de metoda de extractie si de necesitati, diverse elemente si dispozitive, ca pachere de productie, supape de lucru (la sondele in eruptie), pompe de adincime si prajini de pompare (la sondele in pompaj)etc. Utilajul de suprafata al sondelor cuprinde in principal: -instalatia de la gura sondei(cap de eruptie, cap de pompare etc.) -instalatia de pompare in cazul sondelor in pompaj.

2.4 Echipament pentru exploatarea sondelor La sondele in eruptie naturala titeiul ajunge la suprafata datorita energiei proprii din zacamint. Cand energia proprie scade, se injecteaza in sonda gaze comprimate care creeaza presiunea si conditiile necesare ridicarii titeiului la supratafata, prin eruptie artificiala. Orice sonda eruptiva sau in eruptie artificiala va fi prevazuta cu o instalatie de captare, montata pe gura putului, care sa corespunda conditiilor de rezistenta, siguranta si manevra, cerute de presiunea sondei respective, pentru a se evita eruptiile libere si a controla presiunea sondei. Instalatiile de captare se compun din: capul de coloana, capul de eruptie/pompare si dispozitivul de suspendare a tevilor de extractie. Toate componentele se construiesc pentru mai multe presiuni de lucru cuprinse intr-o gama standardizata pe plan mondial, de 70, 140, 210, 350, 700 si 1050 bar.

16

Instalatia de captare este destinata sa asigure : - etansarea spatiului inelar dintre tevile de extractie si coloana de exploatare si posibilitatea inchiderii interiorului tevilor de extractie; - reglarea debitului si a presiunii sondei pentru a asigura un regim optim de exploatare si pentru dirijarea productiei ajunse la suprafata; - posibilitatea crearii unei contrapresiuni pe strat sau a omorarii sondei; - masurarea presiunii din coloana si din tevile de extractie;

2.5 Capul de coloana

Reprezinta un ansamblu de flanse de constructie speciala, suprapuse si asamblate intre ele cu suruburi. Destinatia : - sa asigure etanseitatea spatiului inelar dintre coloanele tubate; - sa sustina coloanele tubate suspendate in pene sau in filet; - sa permita montarea prevenitorului\capului de eruptie(sau capului de pompare); Dimensiunile lor nominale corespund dimensiunilor burlanelor tubate.

Figura 2.1

2

3

4

6

8

12

7

1

7

11

10

9

17

Capul de coloana (fig. 2.1) se compune din flanse de diferite tipuri 1, 2, 3 si 4 asamblate etans cu garnituri 6, 8 si 12 si avind pene 7 in locasuri conice pentru sustinerea coloanelor tubate 11. Etansarea dintre doua flanse suprapuse se face cu inele metalice(ringuri) de etansare(fig. 2.2) cu sectiune ovala sau octogonala. Aceste inele sunt construite din otel moale (OL34 sau OLC10) si se pot mula in canalele cu sectiune trapezoidala ale flanselor strinse cu suruburi.

Figura 2.2 Flansele duble pot avea la flansa inferioara fie un singur canal, pentru presiunea nominala a flansei, fie inca un canal concentric, cu diametru redus, care face posibila racordarea si utilizarea flansei la presiuni mai mari de lucru. Corpul flanselor este supus presiunii exercitate de fluidul din coloana si presiunii produse de greutatea coloanei de burlane suspendate in penele sprijinite pe portiunea tronconica din interiorul corpului. Toate tipurile de flanse ale capului de coloana se fabrica din otel turnat sau forjat cu caracteristici mecanice superioare, prevazute in documentatia de executie, in functie de presiunea nominala a flansei.

2.6 Dispozitivul pentru suspendarea tevilor de extractie Dispozitivul pentru suspendarea tevilor de extractie este format dintr-o flansa

dubla prevazuta in interior cu accesorii pentru suspendarea sigura si etansa a tevilor de extractie.

Este destinat sondelor de titei si gaze in eruptie naturala sau artificiala, pentru etansarea spatiului inelar, sustinerea suspendata a tevilor de extractie si asigurarea posibilitatii montarii prevenitorului de eruptie(la manevrarea tevilor de extractie).

Dispozitivul se monteaza deasupra ultimei flanse a capului de coloana si deasupra lui se monteaza capul de eruptie.

Exista mai multe tipuri, din care unele vechi. In prezent se construiesc urmatoarele tipuri:

-tipul I, pentru presiunile de 70, 140, 201 bar (fig 2.6) -tipul II, pentru presiunile de 210, 350, 700 si 1050 bar (fig 2.7).

Sectiune ovala Sectiune octogonala

18

Ambele tipuri se construiesc cu locas pentru supapa de contrapresiune.

Figura 2.3

Dispozitivul tip I (fig 2.3) este montat la sondele vechi. Se compune dintr-o

flansa dubla 1, avind la interior o portiune filetata, pentru montarea piulitei de blocare si o portiune tronconica in care se sprijina mufa tronconica de sustinere.

Mufa are filet in care este insurubata garnitura de tevi de extractie ; la exterior are prevazute garnituri de cupru sau de cauciuc care inchid etans interiorul flansei duble. La partea superioara are filet in care se insurubeaza o teava de extractie de manevra, necesara cind se extrag\introduc tevile de extractie in sonda. In interior, pe portiunea din mijloc, mufa are un filet trapezoidal, in care se poate insuruba (in timp ce sonda este sub presiune), o supapa de contrapresiune, cu ajutorul careia se poate inchide etans interiorul tevilor de extractie(de exemplu pentru reparatii la capul de eruptie). Pentru introducerea si extragerea supapei, se foloseste un dispozitiv special. Mufa este blocata in locasul ei cu o piulita, pentru ca presiunea din coloana sa nu ridice garnitura 3 de tevi de extractie.

Deasupra flansei duble 1 se afla o flansa simpla redusa 2 numita boneta, asamblata cu flansa dubla prin suruburi si inel metalic de etansare. Partea superioara a bonetei este prevazuta cu canal pentru inel de etansare si cu suruburi prizoniere. Pe ea se monteaza capul de eruptie.

Dispozitivul tip II (fig. 2.3) se construieste pentru presiuni mari folosind oteluri corespunzatoare. Se compune din flansa dubla 1 peste care se monteaza boneta 2. In boneta se insurubeaza mufa cilindrica, pentru sustinerea garniturii de tevi de extractie 3 avind in interior locas pentru supapa de contrapresiune si filet-mufa la partea superioara pentru teava de manevra. Pentru etansarea la exterior a tevilor de extractie, se monteaza in jurul lor elementul de etansare exterioara, format din doua mufe de otel intre care se afla o garnitura de cauciuc. Elementul se sprijina la partea inferioara pe un prag conic, iar la partea superioara este strins si blocat cu axul de blocare.

1

2

3

19

La partea inferioara a flansei duble este prevazut un locas cilindric in care se monteaza garnitura secundara pentru etansarea coloanei de exploatare.

Ambele tipuri de dispozitive au in corpul flansei duble doua orificii laterale, diametral opuse, in care se monteaza racorduri cu robinete de inchidere.

2.7 Capul de eruptie

Este un ansamblu de robinete si fitinguri(flanse simple, teuri, cruci,

dispozitive pentru reglarea debitului, etc.), care se monteaza la sondele in eruptie, deasupra dispozitivului pentru suspendarea tevilor de extractie. El se compune dintr-o serie de elemente asamblate in flanse pe verticala axei sondei, ce constituie linia principalaa capului de eruptie si din elementele asamblate in flanse pe orizontala care constituie bratele.

Capul de eruptie are destinatia sa asigure controlul presiunii din sonda, dand posibilitatea de a se efectua diferite operatii necesare in cursul exploatarii sondelor, inchiderea completa a sondei, reglarea presiunii si a debitului, masurarea presiunilor din coloana si din tevile de extractie, introducerea in sonda a gazelor sau a lichidelor(noroi, apa, titei) necesare pornirii sau omoririi sondei etc.

Constructia capetelor de eruptie standardizate este foarte variata, dar pot fi grupate in doua tipuri CEA si CEM.

Capetele de eruptie tip CEA (fig 2.4) - capete de eruptie asamblate pentru presiuni de 140, 210, 350, 700 si 1050 bar sunt folosite la sonde de titei si gaze. Sunt de doua forme: cu un singur brat(CEA-1) pentru sonde cu amestec eruptiv curat si cu doua brate(CEA-2) pentru sonde cu presiuni de 210 si 350 bar si cu amestec eruptiv agresiv, unde este necesar sa se schimbe duza des. Capetele de eruptie pentru presiuni mari, de 700 si 1050 bar se executa doar cu doua brate, cu robinete de 64,1 mm (29/16 in) pe verticala si 42, 75 mm (111/16 in) pe brate.

Constructia normala a lor este fara legatura intre tevile de extractie si colana (baston). De regula, in santier, exista cate un baston pentru mai multe sonde, la care se monteaza numai cand e nevoie.

Pentru marirea sigurantei in exploatare, robinetul de pe linia verticala (robinetul principal) si cele de pe brate sint dublate.

Capetele de eruptie au elementele imbinate in flanse standardizate. Prin combinarea diferitelor elemente componente ca numar, dimensiune si

presiune, se pot realiza numeroase variante constructive in functie de caracteristicile sondei.

Cele mai raspindite capete de eruptie sunt constructiile simple, cu un brat sau cu doua brate, pentru presiuni de 140 si 210 bar.

Capul de eruptie se compune din linia principala formata din: robinetul principal montat pe boneta, teul sau crucea cu robinetul si racordul deasupra. La teu(sau la cruce) sunt montate pe orizontala: robinetul, dispozitivul de reglare a debitului si robinetul pentru manometru, cu manometrul pentru masurat

20

Robinet principal

presiunea in tevile de extractie. Dispozitivele de reglare a debitului sunt prevazute cu robinete pentru scurgerea presiunii.

Figura 2.4

Figura 2.5

Separator

21

Capul de eruptie poate fi echipat, la iesirea din dispozitivul de reglare a debitului, cu un colector de joasa presiune, prevazut cu manta de incalzire(calorifer), dispozitiv pentru lansarea razuitorului de parafina, diferite robinete si o flansa simpla pentru legatura la conducta de amestec, spre separator(Fig. 2.5).

Capetele de eruptie tip CEM sunt construite numai cu un singur brat. Ele au robinete principale, teul si primul robinet de pe brat, grupate intr-o singura piesa numita blocul de robinete. Ansamblul are un gabarit si o greutate reduse, ceea ce constituie un avantaj la montaj. De asemenea, are un numar redus de imbinari intre piesele componente. Si la acest tip de cap de eruptie, la iesirea din duza, se monteaza ansamblul de joasa presiune, la fel ca la capul de eruptie tip CEA. Capul de injectie are o constructie simpla, similara cu cea a capetelor de eruptie. Are destinatia de a permite injectarea in strat a agentului de lucru(apa sau gaze) la presiunea necesara si de a controla procesul de injectie.

2.8 Dispozitive pentru reglarea debitului de titei si gaze Un astfel de dispozitiv are constructia similara cu a unui robinet si este

prevazut in interior cu o piesa(duza), avind un orificiu de trecere calibrat. Dispozitivul este destinat sa permita reglarea debitului de fluid(debitul amestecului de titei si gaze la sondele eruptive, debitul de lichid la sondele de injectie, debitul de gaze comprimate la sondele in eruptie artificiala).

Figura 2.6 Figura 2.7

22

Se executa doua tipuri de dispozitive: - DR, cu duza reglabila, unde sectiunea orificiului calibrat poate fi variata; - DF, cu duza fixa, la care orificiul calibrat are sectiune constanta; Dispozitivul DR (fig. 2.6) este format din corpul, prevazut cu doua orificii cu

flanse, unul pentru intrarea fluidului si celalalt pentru iesirea in conducta de amestec. La orificiul de iesire al corpului, in interior, este insurubat suportul duzei unde se fixeaza duza. Varful conic al tijei, montata in suport si etansata cu presgarnitura, poate obtura orificiul duzei mai mult sau mai putin, cand tija e rotita cu roata de manevra. La partea superioara a tijei se afla o bucsa gradata ce arata variatia orificiului duzei. Suportul se sprijina pe o portiune tronconica a corpului, fiind strins cu piulita speciala, inchide etans corpul cu ajutorul garniturii 0 din cauciuc. Orificiul din corp opus celui de intrare este astupat cu un dop filetat la care este montat un robinet de scurgere. Acest robinet permite descarcarea presiunii din corp, cind se controleaza duza.

Dispozitivul DF(fig. 2.7) este asemanator cu tipul DR, cu deosebirea ca duza este blocata cu piulita si in partea opusa duzei, corpul e astupat cu un dop conic etansat cu garnitura din cauciuc si strans etans cu o piulita speciala.

Duzele propriu-zise sunt piese de forma tronconica cu conicitatea 1:6, avind diametrul orificiului de trecere intre 2-20 mm, corespunzator debitului dorit.

Duzele se executa din otel aliat, cu rezistenta mare la uzura si coroziune, tratat termic la o duritate minima HRC 60 sau din material ceramic.

2.9 Capul de pompare

Capul de pompare(Fig. 2.8) este ansamblul de robinete si fitinguri care se monteaza la gura sondelor in pompare. El asigura etansarea spatiului inelar si a prajinii lustruite, captarea amestecului extras pe tevi si a gazelor din coloana. Permite suspendarea tevilor de extractie in sonda si dirijarea(impingerea) fluidelor spre separatoare sau statii de titei si gaze, inchiderea etansa a sondei, omorarea sondei in caz de manifestari eruptive si diferite operatii speciale. Constructia capetelor de pompare trebuie sa fie robusta ca sa reziste la presiunea din sonda si la actiunea distructiva(abraziune si coroziune) a amestecului extras. Capetele de pompare pentru sonde in pompa cu prajini sunt standardizate in doua tipuri: - tip I pentru sonde care nu au caracter eruptiv - tip II pentru sonde care au caracter eruptiv

Capul de pompare tip I (fig 2.14) este folosit la sonde care pot avea presiuni pina la 2,5 Mpa(25 daN/cm2). Amestecul de titei – gaze iese prin bratul cu robinet in conducta spre separator. Capul teului se insurubeaza in mufa tevilor de extractie care se sprijina etans cu garnitura pe talerul, asezat etans cu garnitura pe corpul cilindric, prevazut cu flansa pentru fixarea pe capul coloanei de exploatare. Corpul are doua iesiri laterale, una pentru masurarea presiunii din

23

coloana, prevazuta cu robinetul si manometrul si alta prevazuta cu robinet, pentru captarea gazelor din coloana.

Figura 2.8

Presgarnitura pentru prajina lustruita se compune din corpul in interiorul caruia se afla garniturile masive si garniturile cu insertie de panza, montate intre inelele de presare si strinse cu piulita. Garniturile etansaza prajina lustruita. Corpul se insurubeaza in teul prevazut cu o ramificatie de 50,8 mm(2 in) pentru iesirea amestecului de titei si gaze si o ramificatie de 12,7 mm(1/2 in) pentru manometru. Cepul inferior al teului se insurubeaza in mufa tevii de extractie. Capetele de pompare tip II se executa in doua variante: varianta A-pentru presiunile de 2,5; 7 si 14 Mpa(25, 70 si 140 daN/cm2) si varianta B-pentru presiunile de 2,5 si 7,0 Mpa (25 si 70 daN/cm2). Capul de pompare tip II, varianta A este alcatuit din presgarnitura pentru prajina lustruita, flansa speciala(boneta) si flansa dubla. Ramificatia teului presgarniturii este prevazuta cu un robinet, cu un mosor si cu un dispozitiv pentru reglarea debitului la variantele pentru 7 si 14 Mpa. La varianta pentru 2,5 Mpa, dupa mosor urmeaza un teu special. Ramificatia flansei duble este prevazuta cu un robinet de retinere si cu un teu cu teava care face legatura cu ramificatia teului presgarniturii. In boneta se suspenda, prin insurubare, tevile de extractie. La varianta A pentru 14 Mpa, intre presgarnitura si flansa dubla se mai intercaleaza un robinet cu sertar 63,5mm (2 1/2in) x 140 daN/cm2(14 Mpa) Capul de pompare tip II, varianta B este un tip modernizat si se compune din presgarnitura pentru prajina lustruita care se monteaza direct la tevile de

Presgarnitura

Boneta

Teu

Robinet Duza reglabila

Robinet retinere

Robinet cu sertar

Separator

Manifold masura

Manifold masura

24

extractie. Acestea trec prin corp si se suspenda in penele din interiorul corpului. Pentru etansare sunt prevazute garniturile din cauciuc, stranse cu capacul de la partea superioara a corpului. Flansa de la partea inferioara a corpului e prevazuta cu locas pentru elementul de etansare secundara care face etansarea pe capul coloanei de exploatare. Ramificatia superioara, prevazuta cu robinetul si teul este legata cu ramificatia inferioara prin tevi culisante, deoarece fixarea in pene a tevilor de extractie nu asigura pastrarea aceleiasi distante intre cele doua ramificatii. In locul teului se poate monta un dispozitiv pentru reglarea debitului de titei si gaze. Ramificatia inferioara este la fel cu cea de la varianta A. La aceasta varianta, legaturile intre piesele componente ale celor doua ramificatii nu se fac cu flanse prinse cu suruburi, ci cu ajutorul unor bratari formate din doua jumatati strinse cu doua suruburi. Acest sistem de legatura are avantajul unei constructii simple care se monteaza si se demonteaza rapid. Presgarniturile se pot realiza in diverse variante constructive(Fig. 2.9), cele mai moderne avand incorporate dispozitive care sesizeaza neetanseitatile sau uzura tijei polizate.

Figura 2.9 Pentru alte sisteme de pompare (pompe centrifuge electrice submersibile, pompe hidraulice) se construiesc capete de pompare speciale. Montarea, intretinerea si repararea capetelor de pompare se fac similar ca la capetele de eruptie.

25

2.10 Montare, intretinere, reparatii Montarea echipamentelor de exploatare/captare la gura sondei se face

partial\total din elementele componente. Flansa cu mufa, a capului de coloana, se monteaza pe prima coloana tubata a sondei, fie prin insurubare, fie prin sudare. Toate elementele trebuie aduse cat mai aproape de gura sondei. Nu se admit trantirea sau tararea.

Elementele instalatiei se monteaza prin stringerea cu suruburi a flanselor suprapuse, asigurindu-se etanseitatea cu inele metalice. La montare se folosesc doar inele metalice noi.

Inainte de montare trebuie controlata cu atentie starea suprafetei canalului in care se asaza inelul metalic si starea inelului. Canalele flanselor si inelele trebuie spalate si sterse pana la uscare. Se controleaza si se ung cu unsoare anticoroziva. Suprafetele lor nu trebuie sa prezinte urme de lovituri, imprimari sau alte defecte ce ar impiedica realizarea unei bune etansari. Suruburile nu trebuie sa aiba defecte care le-ar slabi rezistenta.

Toate piesele trebuie sa fie executate din materialele si cu dimensiunile prevazute in documentatia de executie.

Strangerea suruburilor la imbinarea a doua flanse trebuie facuta progresiv, doua cate doua, diametral opuse, pentru a se evita inclinarea flanselor. Operatia de strangere se repeta de doua-trei ori in aceeasi ordine, pina la strangerea lor definitiva.

Muncitorii care strang suruburile trebuie sa stea comod si sigur pe podete amenajate special in acest scop. (Nu se admite sa stea pe elementele instalatiei, pe ventile, brate etc).

Beciul sondei trebuie acoperit cu un pod de scanduri, pentru a se evita alunecarea muncitorilor.

Pentru strangerea corecta(cu momentul de stringere prescris) si pentru strangerea uniforma a suruburilor este indicat sa se foloseasca chei dinamometrice. Dupa introducerea garniturii de tevi de extractie in sonda si sprijinirea ei prin intermediul mufei tronconice in dispozitivul pentru suspendarea tevilor, se asigura etanseitatea si blocarea mufei tronconice in flansa dubla, strangind bine piulita de blocare, respectiv bolturile speciale. Aceste bolturi se strang ca si suruburile, doua cite doua, diametral opuse.

Penele in care se suspenda coloana de burlane trebuie sa aiba dintii curati si in perfecta stare.

Garniturile de cauciuc nu trebuie sa prezinte defecte (crapaturi, stirbituri, bavuri, etc.). Muchiile capului burlanului trebuie sa fie rotunjite si curatate prin pilire. Introducerea garniturilor pe capul burlanului trebuie sa se faca cu grija pentru a nu le deteriora. Pentru asigurarea unei etansari perfecte a garniturilor, dupa montarea lor in lacasul corespunzator si dupa strangerea suruburilor flanselor, trebuie presata pasta de etansare prin orificiile din talerele flanselor.

La montarea instalatiei de captare trebuie acordata o deosebita atentie la toate lucrarile-transport, control, ungere, asezare corecta a garniturilor, strangerea

26

imbinarilor cu flanse etc, deoarece cea mai mica scapare de titei sau gaze poate produce avarii foarte grave.

In timpul demontarii turlei sau a altor lucrari la sonde, capul de eruptie/pompare trebuie protejat montand deasupra lui un pod (metalic sau din busteni).

Intretinerea instalatiei de captare consta in verificari periodice, strangerea suruburilor, controlul etanseitatii garniturilor principale si secundare, strangerea piulitei la presgarniturile bolturilor cu scapari(sau se inlocuieste garnitura), presarea pastei de etansare prin orificiile din talerul flanselor, etc.

O operatie frecventa este controlul si inlocuirea duzei. La capetele de eruptie cu un brat, operatia se face prin oprirea sondei si scurgerea presiunii de pe brat. La capetele de eruptie cu doua brate, productia e dirijata pe bratul de rezerva si controlul duzei se face fara oprirea sondei.

Se inchid robinetele dinainte si dupa duza, se scurge presiunea din corpul portduzei si se desface capacul. In timpul controlului duzei, personalul operator nu trebuie sa stea in fata duzei(ca sa nu-l poata lovi o eventuala scurgere de presiune).

Duza fixa se introduce in locasul sau cu ajutorul unui dorn special si se fixeaza cu ajutorul piulitei de siguranta. Aceasta trebuie insurubata complet cu ajutorul unor chei speciale.

Inchiderea\deschiderea robinetelor trebuie facuta lin, de catre un singur om, cu ajutorul unor pirghii cu gheare. Rotile de manevra trebuie asigurate cu piulite; nu se admite folosirea rotilor de manevra pe patrate de tije cu dimensiuni diferite. Se va respecta regula ca robinetul sa fie inchis sau deschis; nu este permisa reglarea debitelor cu ajutorul robinetelor.

Robinetul principal al capului de eruptie trebuie prevazut cu tija de 8…10m cu articulatie cardanica, pentru a putea fi actionat de la distanta.

Reparatiile la elementele instalatiei de captare constau in inlocuiri de piese uzate si rareori mici rectificari ale unor suprafete de etansare(canalul inelului metalic, locasul garniturilor principale si secundare, robinete etc). Partea cea mai expusa este capul de eruptie care se uzeaza datorita nisipului si agentilor corozivi aflati in fluidul produs de sonda.

Reviziile cuprind lucrari ce se pot executa la fata locului fara a fi necesara omorirea sondei. Se pot face: inlocuiri de suruburi uzate (unul cite unul, inlocuirea rotilor de manevra, a manometrelor defecte, duzelor, garniturilor de la presgarniturile robinetelor care pot fi scoase de sub presiune etc.

Reparatiile mijlocii si capitale se efectueaza la atelierele mecanice, prin demontarea si controlul tuturor pieselor, in special al robinetelor cu sertar. Cele mai frecvente uzuri se constata la suprafetele de etansare ale locasurilor corpului si sertarului robinetului. Daca uzura este mica, suprafetele de etansare se refac prin razuire si rodaj cu pasta. Daca locasul sau sertarul prezinta rizuri sau coroziuni puternice, locurile uzate se incarca cu sudura si piesele se prelucreaza mecanic(strunjire, pilire, razuire, rodaj).

Elementele reparate se supun probelor hidraulice de rezistenta.

27

Instalatia de captare are un rol foarte important la sondele in eruptie sau in pompaj. Personalul de intretinere si reparatie a acestui echipament trebuie sa cunoasca foarte bine constructia, caracteristicile tehnice, destinatia, modul de utilizata, reparatia etc. De nivelul lor de pregatire profesionala, precum si de constiinciozitatea lor in munca depinde in cea mai mare masura asigurarea unui regim tehnologic corect de exploatare, care sa elimine eventualele accidente tehnice cu consecinte foarte grave(omorirea sondei, eruptii libere etc).

2.11 Masuri de protectie a muncii

Se vor respecta toate masurile prevazute in “Regulamentul pentru prevenirea eruptiilor” si Instructiunile Proprii de Sanatate si Securitate specifice.

Inainte de punerea in functiune, capetele de eruptie vor fi supuse la proba de presiune hidraulica conform normelor tehnice. La probare se vor folosi pompe cu debit mic pentru a se evita trepidatii sau suprapresiuni.

Capul de eruptie/pompare va fi prevazut cu manometre de presiune corespunzatoare care vor fi montate astfel incat sa ofere o buna vizibilitate.

Se va verifica functionarea sigura a tuturor robinetelor principale si laterale, controland si numarul de ture pentru inchiderea\ deschiderea completa; se va fixa cite o tablita cu numarul de ture la fiecare roata de manevra.

In cazul cind reparatia capului de eruptie nu e posibila cu sonda inchisa din robinetul principal sau prin montarea supapei de contrapresiune, se va proceda la omorirea sondei prin circulatie.

Accesul la toate partile componente ale capului de eruptie/pompare trebuie sa fie usor si iluminatul asigurat.

Este interzisa folosirea de flacari deschise pe o raza de 50m in jurul sondei. Manometrele vor fi montate la capul de eruptie/pompare prin robinete sau

canale cu trei cai pentru evacuarea presiunii. La montarea si demontarea manometrului se va sta lateral.

28

3. Echipament pentru transportul si depozitarea titeiului si gazelor 3.1 Conducte de titei, gaze, apa In santierele petroliere se gasesc conducte de otel intr-o gama foarte variata ca diametre, grosimi de perete, calitate de otel etc., pentru transportul diferitelor fluide(titei, gaze, apa, fluid de foraj, gazolina, derivate petroliere, abur, etc). Conductele care aduc titeiul impreuna cu gazele de la sonde pina la parcurile de separatoare se numesc conducte de amestec. Lungimea obisnuita a acestora este de cateva sute de metri. Sunt cazuri cand lungimea poate depasi 1km. Diametrul acestor conducte este de obicei 101,6 (4 in mm) si mai rar 50,8-76,2 mm (2 in si 3 in) la sonde cu titei neparafinos. Curgerea amestecului de fluide are loc datorita presiunii de la gura sondei. Conductele de amestec trebuie sa fie cu diametrul uniform, sa nu prezinte strangulari locale sau schimbari bruste de directie, pentru a se evita atat amestecarea violenta, care provoaca emulsionarea suplimentara a titeiului insotit de apa de zacamint si de gaze libere, cat si blocarea curatitorului de parafina introdus prin dispozitivele de la capete. Titeiul, separat in parcuri si colectat in rezervoarele parcului este pompat prin conducte de titei la depozitul central al schelei. Prin aceste conducte, cu diametrul de 101,6-203,2 mm (4…8 in) in functie de productia schelei, titeiul curge sub presiunea pompelor din parcuri, sau prin cadere libera (unde permite terenul). Calitatile diferite de titei murdar se pompeaza pe conducte separate la depozitul central, unde se colecteaza de asemenea, separat, se curata separat si tot astfel sunt pompate spre rafinarie. Pentru a se evita congelarea titeiului parafinos pe conducte, este necesara o preincalzire a acestuia la intrare in conducta. Incalzirea, la 40-500 C, se face cu incalzitoare tubulare cu abur, instalate in statiile de pompare. Dupa separarea lor de titei, gazele asociate sunt colectate in mai multe retele de conducte cu presiuni diferite dupa sursa si dupa necesitatile de consum ale schelei. Gazele colectate din separatoarele de joasa presiune sunt gaze bogate. Ele se transporta sub presiunea din separator, la statiile de degazolinare prin conducte de gaz bogat. Hidrocarburile usoare, ramase dupa degazolinare, numite gaze sarace, sint formate in cea mai mare parte din metan si putin etan. Acestea sint comprimate si transportate prin conducte de gaz sarac la destinatie. 3.2 Montarea conductelor Aceasta lucrare cuprinde operatiile pregatitoare, imbinarea tevilor, probarea si izolarea conductelor, precum si coborarea acestora in sant.

29

Operatiile pregatitoare constau din executarea curbelor, fie prin indoirea tevilor, fie prin montarea fitingurilor gata confectionate, executarea coturilor prin indoire sau sudare si montarea prin sudare a flanselor la capetele fitingurilor sau tevilor. Imbinarea tevilor de conducte se poate face prin insurubare, prin flanse sau prin sudare. Imbinarea prin insurubare este folosita la montarea liniilor de importanta mai mica. Inainte de insurubare, tevile se sabloneaza la interior, iar filetele se curata si se spala. Cepurile se ung cu unsoare de etansare. Imbinarea prin flanse are un domeniu limitat: la legatura cu racordurile pompelor sau compresoarelor, pentru intercalarea armaturilor, a aparatelor de masurat si uneori la imbinarea portiunilor aeriene sau din canale ale conductei. Imbinarea prin sudare electrica cap la cap se face dupa sanfrenarea (tesirea) capetelor tevilor la un unghi de 350, astfel ca golul dintre ele sa fie umplut de catre cordonul de sudura. Pentru a se suda usor, otelul carbon din care sunt confectionate tevile trebuie sa aiba compozitia chimica cuprinsa in anumite limite si anume:

- continut de carbon sub 0.3%; - continut de mangan sub 1%; - continut de siliciu sub 0.5%; - continutul de sulf si fosfor sub 0.04%, respectiv 0.06%; Cu cat continutul de carbon creste, sudabilitatea otelului scade, acesta avand

tendinta sa formeze crapaturi in sudura. Dupa executarea sudurilor se controleaza calitatea operatiei. Defectele

descoperite la suprafata cusaturilor trebuie sa fie imediat inlaturate si se sudeaza din nou. Pe portiunile unde traseul prezinta schimbari pronuntate de directie se executa indoirea la rece a conductei cu ajutorul unui tractor sau cu masini speciale de indoit tevi. Pentru a face posibila izolarea unor portiuni de conducta, in caz de accident sau pentru reparatie, de-a lungul traseului se monteaza, cu flansa sau prin sudare, robinete de sectionare. In acelasi mod se asambleaza la conducta armaturi speciale contra avariilor, aparatele de masura si control, oalele de condensare. Armaturile si instrumentele de linie se plaseaza in camine de beton cu capacele de vizitare bine inchise.

Adancimea de ingropare a conductelor trebuie sa fie mai mare decat adancimea de inghet din zona geografica respectiva. In tara noastra, adancimea de ingropare este de 1.1m.

Coborirea conductei in sant este una din operatiile cele mai importante din intregul ciclu de lucrari de constructie a conductelor principale; daca nu se asaza corect si la timp conducta in sant, se pot ivi multe dificultati in timpul exploatarii.

30

O conducta acoperita cu izolatie nu trebuie sa ramina mult timp la suprafata, deoarece din cauza variatiilor de temperatura se produc dilatari sau comprimari ale tevilor putindu-se deteriora invelisul izolator. In timpul verii coborirea conductei in sant si acoperirea ei cu pamint se va executa in perioada cea mai racoroasa a zilei. Inainte de coborirea definitiva a conductei, fundul santului trebuie pregatit astfel incit tevile sa se astearna perfect pe toata lungimea(Fig. 3.1)

Figura 3.1 Pentru a se evita deteriorarea invelisului izolator al conductei, aceasta trebuie coborita in sant foarte lin, tevile fiind sustinute cu chingi. Manevrarea tevilor la coborirea in sant se face mecanizat, cu ajutorul agregatelor de montare cu macarale laterale, instalate pe tractoare cu senile sau, in lipsa acestora, cu ajutorul trepiedelor metalice cu macara. In santierele noastre se utilizeaza agregatul de montat conducte TL. Pentru coborirea in sant a conductelor izolate si asmblate in sectiuni sunt necesare cel putin doua agregate asezate la distanta de 1…1,5m la marginea santului. Ordinea lucrarilor este urmatoarea(Fig. 3.2): -prima macara(la locul coboririi) sustine conducta direct deasupra santului, a doua, situata la o anumita distanta, ridica conducta de pe traversele de lemn si o translateaza pe axa santului -prima macara coboara incet conducta in sant -se scoate cu grija chinga de sub conducta coborita in sant si prima macara trece inainte, reluindu-si ciclul Distanta dintre macarale se stabileste astfel ca greutatea portiunii respective de conducta sa nu depaseasca capacitatea acestora si rezistenta tevilor la incovoiere.

31

Figura 3.2

Dupa sudarea sectiunilor si montarea curbelor si a armaturilor se face

proba de presiune a conductei asezate in sant cu tevile neacoperite sau acoperite partial cu pamint in portiunile dintre cusaturile sudate. Incercarea consta din ridicarea presiunii interioare la 1,5 ori presiunea de regim a pomparii si mentinerea acesteia timp de 2h. Pentru conductele de apa si titei se foloseste exclusiv proba hidraulica (cu apa, titei), iar pentru conductele de gaze, proba pneumatica, cu aer, recurgindu-se la proba hidraulica cu apa numai pe portiuni scurte, destinate functionarii in conditii grele de lucru(de exemplu, la traversarea raurilor). Defectiunile cele mai des intilnite la incercarea la presiune a conductelor sunt:

- ruperea\craparea cusaturilor datorita sudarii defectuoase sau coboririi incorecte a conductei. Repararea consta din taierea capetelor tevii pe o portiune de 200-300mm si sudarii in locul respectiv a unei bucati noi de teava:

- iesirea prin porii sudurii a fluidului cu care se face incercarea ca rezultat al porozitatii cusaturii. In cazul unor scurgeri mici prin pori, acestea se repara prin stemuire si se incarca cu sudura. Daca scurgerile au loc prin orificii mai mari se taie cusatura si se sudeaza din nou.

Traversarea terenurilor accidentate (vaile, rapele inguste, riurile mici)se face de obicei aerian. Rapele si raurile inguste cu maluri abrupte si inalte se traverseaza cu conducta nesustinuta. La traversarea rapelor si raurilor mai largi, fara viituri, se construiesc reazeme usoare metalice, de beton armat sau piatra. La aceste traversari trebuie asigurata posibilitatea de dilatare si de contractie a conductei, prin montarea unui compensator. In cazul raurilor de ses cu curs linistit, conducta se asaza pe fundul albiei si se lesteaza cu blocuri de beton sau se acopera complet cu beton. In cazul raurilor de munte cu curent repede si viituri violente, conducta se ingroapa adanc (2-3 m) in pamant. Traversarea raurilor cu albie foarte larga se realizeaza cu poduri special amenajate, de constructie usoara.

1 4

3 2

5

32

Traversarea cailor de comunicatie(sosele, cai ferate), se face perpendicular pe dedesubtul terasamentului, conductele fiind montate intr-o carcasa de protectie din tuburi de otel cu diametrul mai mare cu 75-100mm decit cel al tevilor.

La capetele tuburilor de protectie care se prelungesc de o parte si de alta a caii de comunicatie, se monteaza, in camine speciale, robinetele de sectionare. Toate conductele folosite la transportul fluidelor sint introduse in sant, dupa izolarea acestora, prin diferite tehnologii.

Grosimea peretelui conductei se determina cu formula:

cPD

ga

e +=σ2

in care: g este grosimea conductei in cm; p este presiunea de regim, in kgf/cm2

De este diametrul exterior al conductei, in cm σa este rezistenta admisibila a materialului, in kgf/cm2 c este coeficientul de coroziune Presiunea P de regim a conductei, sau a unei portiuni de conducta, este

insumarea presiunii realizate de sistemul generator de presiuni in conducta respectiva si presiunea hidrostatica locala(datorata diferentei de nivel dintre cota sistemului generator de presiune si cota portiunii de conducta considerata, tinandu-se seama de greutatea specifica a lichidului vehiculat).

Valoarea rezistentei admisibile este data de relatia: σa = 0.6 σc

in care σc este limita de curgere a materialului conductei. Pentru traversarea centrelor populate si a zonelor in care reparatiile sunt

greu de executat se ia: σa = 0.5 σc

Valoarea coeficientului de coroziune c(care este un adaus la grosimea conductei) se ia, in functie de conditiile locale, intre 0.5 si 1mm. 3.3 Intretinerea si controlul conductelor Pentru asigurarea conditiilor normale de pompare este necesara urmarirea continua a aparatelor de masurat si control montate pe conducta. Ridicarea presiunii peste valoarea de regim indica obturarea conductei, fie datorita depunerilor de parafina in cazul conductelor de titei, fie inghetarii in cazul conductelor de apa sau gaze. Scaderea brusca a presiunii la manometru in timpul pomparii indica o spargere a conductei. In vederea controlului starii fluidului din conducte pentru a depista un eventual inceput de inghetare, pe conductele principale de titei si gaze se

33

racordeaza, la distante de citiva kilometri, prize sudate cu racorduri ce ajung la suprafata. In afara de aceasta, pe traseul conductelor de gaze, in dreptul localitatilor, sunt prevazute drenaje de pietris cu tevi de rasuflare, prin care eventualele scapari sunt depistate datorita odorizarii gazelor. Pentru deparafinarea conductelor se utilizeaza razuitorul de parafina (godevil) a carui manevrare se face din garile de godevilare. Acestea sunt claviaturi speciale instalate la capetele conductelor, in statiile de pompare. Claviaturile sunt instalate in camine de beton prevazute cu canale pentru captarea scurgerilor. In cazul conductelor de gaze se poate produce, in timpul iernii, obturarea partiala sau totala, prin depunerea hidratilor de gaze, datorita vaporilor de apa continuti de fluidul de transportat. Formarea hidratilor poate fi prevenita prin deshidratarea gazelor, prin incalzire si prin adaos de anticongelanti. In cazul cind s-a produs totusi obturarea conductei se reduce presiunea in amonte, pina la valoarea presiunii atmosferice, mentinadu-se pina la descompunerea hidratilor.

Intretinerea conductelor trebuie realizata intr-un mod sistematic, in baza datelor de exploatare si starii tehnice ale acestora.

Aceste date sunt disponibile in urma completarii cartogramelor, in care se inscriu, in ordine cronologica, toate avariile de conducte, cu indicarea locului accidentelor(Fig. 3.3). Cartograma permite intocmirea corecta a programului anual de lucrari de reconditionare. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 190 200m

Figura 3.3

Controlul starii mecanice a conductei consta in inspectia periodica a traseului. La conductele de gaze se cerceteaza prin miros tevile de rasuflare sau se asculta zgomotul produs de curentul de fluid scapat prin neetanseitate, cu ajutorul bastoanelor metalice prevazute cu casca de ascultare (mijloc folosit si la conductele de titei).

2008

20

11

2009

20

10

Avarie

Coroziune Portiune reparata

34

Etanseitatea conductei se poate verifica si prin probe periodice de presiune. Gradul de coroziune a conductelor se verifica la 1-2 ani prin dezgroparea placilor de control sau prin saparea de gropi la citiva kilometri una de alta si verificarea directa a tevilor si izolatiei anticorozive.

In cazul conductelor godevilabile, se folosesc dispozitive de curatire sau/si inspectie(Fig. 3.4) care pot detecta si localiza cu precizie toate defectele aparute pe traseul conductelor, indiferent de tipul acestora: reducerea grosimii de perete sau perforari datorate coroziunii, fisuri la suduri sau in corpul tevilor, deformari.

Figura 3.4 Dispozitivele de curatire sau/si inspectie sunt introduse in conducte prin

lansatoare de godevil si recuperate prin primitoare de godevil(Fig. 3.5).

Figura 3.5

3.4 Repararea conductelor

Avariile de conducte cele mai obisnuite sunt: - perforarea peretelui conductei datorita coroziunii; - ruperea unei imbinari sudate; - defectarea garniturilor la armaturile de linie; - spargerea longitudinala a unei tevi de conducta; Metoda de reparatie depinde de caracterul avariei si de posibilitatile

imediate ale formatiei de mentenanta. Dupa caz, se va proceda fie la reparatie provizorie, care sa permita repunerea imediata in functie a conductei, fie la o reparatie permanenta, care cere timp mai indelungat datorita necesitatii golirii, spalarii si izolarii conductei.

35

Daca avaria consta dintr-o perforare datorita coroziunii, se monteaza o sarniera(Fig. 3.4 ), sau, mai rar, un manson.

Figura 3.4

Daca s-a produs o rupere transversala la o sudura, aplicarea unui manson va permite repunerea conductei in functiune.

Curgerea prin porii unei imbinari sudate poate fi oprita prin aplicarea unei sarniere.

Pentru etansare, atat la sarniere cat si la mansoane, se folosesc garnituri din cauciuc rezistent la actiunea produselor petroliere(NBR).

Montarea unei sarniere sau a unui manson este o operatie usoara, care se poate executa cu conducta plina si in timp ce lichidul continua sa curga din teava avariata. Aceste reparatii au insa un caracter provizoriu si reparatia va trebui remediata definitiv, cat mai curand posibil, prin sudura sau alta metoda(cu materiale compozite – Fig. 3.5), eventual la o oprire a conductei pentru mai multe reparatii, ocazie cu care sarnierele si mansoanele se recupereaza pentru a fi reutilizate.

Figura 3.5

36

Daca s-a produs o spargere longitudinala a conductei, trebuie inlocuita

teava defecta sau un cupon mai scurt. In orice caz, daca se decide reparatia prin sudare – cum ar fi inlocuirea

unui cupon de conducta, aplicarea unui petec sau manson exterior sudat, etc. – trebuie luate masuri speciale, care sa permita executarea fara pericol a operatiilor necesare. In primul rand se va evacua produsul din conducta. In acest scop se va introduce un dop de apa de la una din statiile invecinate de pompare, sau se va proceda la scurgerea conductei in statia de pompare sau intr-un loc de scurgere special amenajat.

Daca nu inceteaza curgerea produsului in punctul avariei, se va ridica conducta din sant, pe o distanta oarecare, cu ajutorul macaralelor. Daca nici in acest fel nu inceteaza curgerea lichidului, se va perfora conducta la o distanta sigura din punct de vedere a pericolului de incendiu si se va goli cu pompe de mana sau alte pompe cu actionare mecanica sau electrica, special construite pentru tipul de fluid si mediul de lucru(EX). Perforarea conductei va fi realizata cu dispozitive mecanice special destinate, fara utilizarea focului.

O alta varianta pentru izolarea locului avariei este perforarea conductei in avalul si amontele defectului cu dispozitive speciale si plasarea in conducta a unor obturatoare, care permit atat izolarea si evacuarea scaparilor de fluid, cat si introducerea azotului in vederea inertizarii portiunii de conducta izolata, pentru efectuarea in siguranta a lucrarilor de taiere si sudare. Datorita faptului ca, in general, conductele de titei prezinta depuneri care nu permit o buna etansare a dispozitivelor de obturare(baloane din cauciuc), metoda este folosita mai mult la conductele de gaze(Fig. 3.6).

Dispozitive perforare Obturatoare(baloane) Dispozitiv introducere baloane

Figura 3.6

37

Indata ce produsul nu mai curge la locul avariei, se stabileste lungimea necesar a fi inlocuita prin masurarea grosimii conductei cu dispozitivul de masurat grosimi cu ultrasunete, astfel incat sa fie inlocuita intreaga zona afectata de coroziune, se taie cu cutitul cu role cuponul de inlocuit, se indeparteaza portiunea defecta si se pregatesc capetele conductei si bucata de teava noua pentru sudare, prin taiere la dimensiunea corespunzatoare si sanfrenare. Inaintea efectuarii oricarei lucrari cu foc, se verifica daca au fost luate toate masurile de securitate necesare: izolarea si etichetarea conductei pentru a preveni pomparile accidentale, indepartarea scurgerilor de fluid, curatirea si amenajarea gropilor de pozitie, masurarea concentratiei de gaze(masurarea concentratiei de gaze se va face permanent, pe toata durata operatiilor de sudare), asigurarea mijloacelor de interventie in caz de incendiu sau a prezentei brigazii de pompieri.

In unele cazuri, in loc de intregirea conductei printr-un cupon nou, se prefera aplicarea unui manson sudat(Fig. 3.7).

In acest caz se vor aplica doua suduri longitudinale si doua suduri de pozitie pe circurmferinta.

Sudura se va executa electric. Pentru acest gen de lucrari se vor folosi numai sudori cu experienta, autorizati.

Dupa executarea reparatiei, conducta se aseaza in sant in pozitia anterioara, se inchid cu dopuri eventualele perforari pentru golire si se poate relua pomparea. Ulterior se reface izolatia anticorosiva a conductei si se astupa santul si gropile de pozitie.

Figura 3.7

Socul hidraulic sau lovitura de berbec este una din cauzele care produc avarii serioase conductelor, armaturilor de pe linie sau pompelor.

Socul hidraulic se formeaza in conducta la oprirea brusca a lichidului in curgere. Astfel, inchiderea bruscs a unei vane de pe traseul conductei va opri, in primul rand, lichidul de langa pana vanei inchise. Masele urmatoare de lichid se vor opri succesiv, presand volumul de lichid in fata. Drept rezultat are loc o crestere brusca de presiune, denumita soc hidraulic sau lovitura de berbec.

Efectul acestui fenomen este atenuat de elasticitatea metalului conductei si de compresibilitatea fluidului pompat.

Manson pentru reparare conducta Manson pentru reparare sudura

38

Cresterea presiunii in conducta depinde de viteza lichidului in pompare, de densitatea si compresibilitatea lichidului, de diametrul, grosimea si elasticitatea conductei si de rapiditatea inchiderii vanei.

O inchidere instantanee va produce socul maxim, in timp ce la o inchidere mai lenta, socul va fi mult atenuat.

In afara de inchiderea brusca a unei vane de pe traseul conductei mai sunt si alte cazuri in care se pot produce socuri hidraulice. Cele mai importante sunt:

- operarea in paralel a doua sau mai multe pompe cu piston pe aceeasi conducta;

- metode gresite de punere in functiune a unei pompe cu piston in conducta sub sarcina;

- dimensionarea necorespunzatoare a conductei de aspiratie a pompei cu piston; Din cazurile citate, rezulta ca pompele cu piston sunt cele care dau nastere

socurilor hidraulice. Intr-adevar, introducerea lichidului in conducta, la functionarea pompei cu

piston, prezinta importante variatii de debit fata de pompele centrifuge, care livreaza lichidul in mod continuu.

Masurile care se pot lua pentru evitarea efectelor daunatoate ale socurilor hidraulice asupra conductei, a armaturilor si a utilajului de pompare pot fi de ordin constructiv sau de ordin operativ si au ca scop fie evitarea socurilor, fie slabirea puterii lor. Astfel:

- pompele cu piston vor fi prevazute cu amortizoare de pulsatii; - se folosesc pompe cu mai multe pistoane(3-9 pistoane), care uniformizeaza

intr-o mare masura intrarea lichidului in conducta; - la operarea in paralel a mai multor pompe cu piston, se folosesc pistoane

cu diametru mic(4-5”), intrucat socurile sunt cu atat mai mari cu cat diametrul pistoanelor este mai mare;

- pornirea pompei cu piston pentru operarea in paralel pe aceeasi conducta se face cu vana de pe conducta de transfer(by-pass) complet deschisa. Aceasta va fi apoi inchisa in mod treptat, cu deosebita atentie.

- vanele de linie se prevad cu mecanisme de inchidere lenta, astfel incat eventuala inchidere gresita a unei vane va produce un soc hidraulic mult atenuat;

- tot pentru atenuarea socurilor se monteaza pe conducta supape de siguranta sau alte dispozitive de amortizare(amortizoare elastice, amorizoare cu aer, etc.);

3.5 Armaturi

Atat la constructia conductelor cat si a echipamentelor de captare a productiei sondelor si echipamentelor tehnologice se folosesc si diferite armaturi, printre care cele mai importante sunt: robinetele, clapetele de retinere, supapele de siguranta, regulatoarele de presiune, odorizatoarele, compensatoarele de dilatatie si fitingurile.

39

Robinetele servesc ca organ de sectionare sau de inchidere a conductelor. Constructia si materialele de fabricatie difera dupa scop si destinatie. Robinetele cu sertar(vanele), cu sertar pana sau cu sertar paralel se folosesc la capetele de eruptie, pompare, conductele de titei, produse petroliere si gaze. Ele se construiesc cu corp de fonta sau de otel, in functie de presiunea de lucru(fig. 3.8).

Figura 3.8 Robinetele cu corp de otel se monteaza si la presiuni reduse daca

conductele sunt supuse la eforturi de tractiune sau de flexiune, din cauza montajului sau variatiilor de temperatura.

Robinetele cu corp de otel se mai folosesc si in punctele importante, in care ruperea sau spargerea robinetului poate produce un accident grav, cum este, de exemplu, cazul robinetelor de pe conductele de tragere si scurgere de la rezervoarele de titei sau produse petroliere. De asemenea, aceste robinete se folosesc si atunci cand se prevad vibratii sau trepidatii. Robinetele cu ventil servesc ca organe de sectionare, in special pentru conductele de abur si apa(fig. 3.9).

Figura 3.9

Etansare

Asamblare

Scaun

40

Ele au corpul din bronz pentru presiuni mai mici de 1,6 Mpa, din fonta pentru presiuni intre 1,6 si 2,5 Mpa si din otel turnat pentru presiuni intre 2,5 si 25 Mpa. Robinetele cu cep(numite si cana) sunt folosite pentru presiuni de gaze mai mici de 100 kPa(Fig.3.10). Tipurile cele mai folosite la instalatiile de gaze sunt: robinetele cu cep de inchidere pentru presiune joasa (pina la 10 kPa) si robinetele cu cep de manevra pentru presiune redusa (10-100 kPa).

Figura 3.10

Pe langa tipurile reprezentative de robinete mentionate, in industria petroliera se folosesc: robinete fluture(Fig. 3.11),

Figura 3.11

robinete cu sfera(Fig. 3.12)

Figura 3.12

41

robinete coltar(Fig. 3.13), etc.

Figura 3.13 Toate tipurile de robinete prezentate pot actionate manual, direct sau prin intermediul unor reductoare care au rolul de a amplifica forta de actionare, insa pot fi prevazute cu dispozitive automate de actionare, numite actuatoare, electrice sau pneumatice

Clapetele de retinere(Fig. 3.14) au rolul de a permite trecerea fluidelor intr-o singura directie, oprind intoarcerea lor in sens invers.

Figura 3.14

Compensatoarele de dilatatie(Fig. 3.15) servesc la reducerea tensiunilor ce iau nastere in conducte in timpul exploatarii. Variatiile de temperatura creaza tensiuni longitudinale(de intindere sau compresiune) foarte periculoase ce pot provoca ruperea conductei.

Pentru reducerea acestor tensiuni se folosesc diverse tipuri de compensatoare, printre care: mansoane de dilatatie, compensatoare cu cutie de etansare, compensatoare ondulate, etc.

Figura 3.15

42

Supapele de siguranta(Fig. 3.16) montate pe conducte au in principiu scopul de a evita suprapresiunile care ar putea sparge conducta sau deteriora echipamentul de pompare. Din punct de vedere constructiv, supapele de siguranta sunt cu arc elicoidal sau cu contragreutate, iar din punctul de vedere al modului de evacuare a fluidului sint inchise, la care fluidele sunt dirijate integral intr-o conducta, si deschise, la care evacuarea gazelor se face direct in atmosfera. Supapa cu arc elicoidal de tip deschis este cea mai folosita.

Figura 3.16

Fitingurile( Fig. 3.17) sunt folosite pentru realizarea diverselor imbinari ale tevilor in instalatii. Fitingurile normale utilizate la retelele de distributie a gazelor se confectioneaza din fonta maleabila pentru presiuni de lucru pina la 2,5 Mpa, iar pentru presiuni cuprinse intre 2,5 si 10 Mpa, din otel forjat\turnat.

Figura 3.17

Fitinguri filetate Fitinguri pentru sudare

43

Pentru imbinare, fitingurile sunt prevazute la interior sau exterior cu filet (filetul interior cilindric si cel exterior conic). Cele din fonta au la exterior nervuri de intarire. Etanseitatea cu teava se realizeaza infasurind pe filetul cep un fuior de cinepa peste care se da cu un miniu de plumb sau banda de teflon, procedindu-se apoi la infiletare. Controlul etanseitatii se face cu apa si sapun. Dimensiunea nominala a fitingurilor este diametrul conductei la care se racordeaza. Aceste dimensiuni sunt standardizate fiind cuprinse intre 6,35 si 101, 6 mm (1/4 si 4 in). Mai utilizate sint cele cu dimensiuni mici, pina la 25,4 mm (1in). Pentru imbinari la presiuni mari se folosesc atat fitinguri filetate cat si cu imbinare prin sudare. Regulatoarele de presiune(Fig. 3.18) au capacitatea de a primi la intrare gaze la o presiune ce poate varia continuu intr-un anumit interval si de a o reduce si stabiliza in limite foarte strinse la iesire, indiferent de debitul de gaze ce trece prin acestea.

Figura 3.18

In principiu, un regulator de presiune se compune din: - organ sensibil numit sesizor (o membrana, un arc, un plutitor, un manometru, o clapeta etc) - un servoelement actionat de sesizor - un organ de reglare care executa comenzile sib actiunea servoelementului.

3.6 Rezervoare

Sunt vase inchise care servesc pentru depozitarea lichidelor. Cea mai larga utilizare in santierele petroliere o au rezervoarele cilindrice verticale(sudate, nituite sau imbinate prin suruburi). Un rezervor metalic cilindric(Fig. 3.19) este alcatuit dintr-o manta 1, formata din mai multe tronsoane de tabla numite virole, dintr-un fund 2 si un capac 3. Rezervoarele sunt echipate cu o scara exterioara verticala. Pe capac se afla o gura de vizitare(pentru masurat si luat probe), prevazuta cu o platforma cu balustrada. La partea superioara a mantalei se racordeaza conducta pentru introducerea in rezervor a spumei pentru stins incendii. Pe manta este prevazuta o gura de vizitare pe virola inferioara(pentru curatirea si reparatia in interior). Pe

44

rezervor sunt sudate o serie de racorduri: de incarcare, impingere (pentru omogenizarea continutului), de tragere, aerisire, scurgere etc.

Figura 3.19

Reparatiile rezervoarelor se executa cu golirea prealabila a rezervorului,

urmata de spalare cu apa, aburire, aerisire, pana la degazeificare totala, respectandu-se regulile de securitate si prevenire a incendiilor.

Pentru reparatii minore cum sunt gauri cauzate de coroziune, cu dimensiuni pana la 5 cm, se pot folosi metode alternative de reparare la rece, care nu impun efectuarea tuturor acestor operatii ci doar golirea rezervorului pana sub nivelul defectului. Acesta este remediat prin aplicarea unui petec metalic, lipit cu un material bicomponent, care asigura sudura moleculara a peticului pe rezervor.

3.7 Masuri de protectie a muncii La repararea si intretinerea conductelor de produse petroliere se vor respecta Instructiunile Proprii de Securitate si Sanatate in Munca specifice acestui tip de lucrari. Vizitarea unui camin se face dupa cel putin 5 min de la deschiderea capacului. Muncitorul coborat in camin va fi echipat cu masca izolanta cu cartus filtrant. Echipele de interventie vor avea cel putin trei oameni dintre care numai unul va lucra in camin maximum 10 min, schimbandu-se pe rind;

45

La operatia de curatire si reparare a rezervoarelor se vor respecta toate operatiile prevazute in norme: golire, aburire, aerisire, folosirea echipamentului de protectie etc.

3.8 Coroziunea si mijloace de combatere a acesteia

Industria extractiva de petrol si gaze se caracterizeaza prin vehicularea unor mari cantitati de fluide, titei si gaze insotite de apa sarata, care sunt extrase din stratele productive prin sonde, apoi sunt separate si depozitate in instalatiile de suprafata, iar in final sunt transportate la rafinarii sau la consumatori. In acest scop sunt folosite diferite utilaje si material tubular cu amplasare dispersata, pe suprafete intinse, in aer liber sau in sol, la mica adincime sau la adancimi de mii de metri.

Mediul inconjurator exercita asupra metalelor si aliajelor o actiune de distrugere, care incepe de la suprafata si se continua spre interior. Actiunea chimica\electrochimica de distrugere a metalelor, exercitata la suprafata acestora de catre aer, umezeala, sol sau de catre unele substante chimice se numeste coroziune. Coroziunea cuprinde toate procesele de distrugere a metalelor provocate de reactiile chimice si electrochimice cu mediul. Distrugerea metalelor prin aceste reactii se produce, insa, in practica, simultan cu o serie de actiuni hidrodinamice, ca: eroziune, abraziune, frecare, etc. Metalul din care sunt confectionate utilajele si materialul tubular este supus coroziunii interioare, provocat de fluidele vehiculate si celei exterioare, provocat de agentii atmosferici sau de cei din sol. Adesea aceste procese au loc cu mare intensitate si conduc la dificultati importante, cum sunt: - uzura prematura si scoaterea din functiune a echipamentului inainte de epuizarea ciclului normal de utilizare; - intreruperi neasteptate ale proceselor tehnologice care cauzeaza pierderi de productie sau pot duce la accidente tehnice, necesitand cheltuieli suplimentare pentru remedieri; - spargeri ale conductelor care au ca urmare pierderi de petrol si gaze in cazul transporturilor acestora; in cazul vehicularii apei de zacamint astfel de pierderi provoaca degradari ale unor terenuri agricole si poluarea apelor din zona; Dificultatile mentionate devin atat de pronuntate la unele zacaminte, incat fac imposibila exploatarea fara aplicarea unor procedee adecvate de combatere a coroziunii. Pierderile provocate prin coroziune duc la cresterea costului tonei de titei extras. De aceea, este necesara aplicarea masurilor de micsorare a distrugerilor provocate prin coroziune.

46

Procesul de coroziune se poate manifesta sub aspecte diferite: uniform repartizat pe suprafata metalului, localizat sub forma de ciupituri (pitting)selectiv in cazul aliajelor etc. Viteza de coroziune a metalelor depinde de natura chimica a mediilor cu care vin in contact. Hidrocarburile gazoase sau lichide nu sint corozive decit in prezenta apei, actiunea lor fiind accelerata de prezenta unor saruri si gaze dizolvate.

Clorurile alcatuiesc proportia cea mai mare de saruri din apele de zacamint. Din clorurile existente intr-o astfel de apa, clorura de sodiu (NaCl) constituie cantitatea cea mai mare. Agresivitatea apei creste cu concentratia de NaCl pina la un continut de cca 50g NaCl/ dm3 apa; peste aceasta concentratie, agresivitatea ramine constanta. Observatii din santier au aratat ca apele de zacamint foarte sarace pot fi mai putin corozive decit cele cu continut de saruri mai scazut, deoarece aceste ape contin pe linga cloruri, si alte saruri, cum sint cele de calciu. Sarurile de calciu se gasesc de obicei sub forma de bicarbonat de calciu care, prin eliminare de CO2, trece in carbonat de calciu insolubil, cu formare de cruste pe suprafetele metalice, protejindu-le astfel de agresivitatea apelor.

Bioxidul de carbon – gaz agresiv in prezenta apei in care se dizolva formind acidul carbonic, care reactioneaza apoi cu fierul. Actiunea bioxidului de carbon se manifesta si mai intens asupra utilajului de adincime. Efectul corosiv mai puternic in conditii de adincime se datoreaza pe de o parte influentei presiunii ce mareste cantitatea de CO2 dizolvat in apa si pe de alta parte, temperaturii ridicate. In aceste conditii, actiunea agresiva asupra otelului are un aspect localizat, specific, de ciupituri si de adincituri (caverne).

Oxigenul constituie cel mai obisnuit agent de intensificare a coroziunii in medii neutre. Efectul lui este mai pronuntat in prezenta apelor sarate decit a celor dulci. Apele de zacamint sint lipside de oxigen la iesirea din zacamint, insa in timpul operatiilor de separare, depozitate si transport dizolva din oxigenul din atmosfera. De aceea trebuie evitate orice operatii care pot usura dizolvarea oxigenului (scurgerea apelor de la inaltime in rezervoare sau batale, filtrarea in contact cu atmosfera etc).

Oxigenul continut in ape participa la reactiile electrochimice de coroziune si in final produce oxizi de fier (rugina).

Solubilitatea oxigenului in apa scade pe masura cresterii concentratiei in saruri.

Hidrogenul sulfurat constituie cel mai coroziv component ce se poate intilni in apele de zacamint. H2S este coroziv doar in contact cu apa; agresivitatea lui este intensificata in prezenta bioxidului de carbon si oxigenului.

Hidrogenul sulfurat prezent in apele sarate provine din activitatea bacteriilor sulfat-reducatoare sau din fluidele de zacamint.

Apele cu continut de H2S produc o coroziune localizata specifica, sub forma unor pete negre formate din sulfura de fier, alternate cu adincituri in masa metalului, avind aspectul unor lovituri de ciocan.

47

Depunerile de FeS pe suprafata fierului pot favoriza si dezvoltarea coloniilor de bacterii sulfat anaerobe, ce produc, de asemenea, H2S accentuind coroziunea localizata sub forma de ciupituri.

Dupa felul procesului fizico-chimic care are loc, se deosebesc patru tipuri de coroziune: chimica, galvanica, electrolitica si microbiologica.

In cazul conductelor ingropate, de exemplu, coroziunea este de cele mai multe ori de natura electrochimica.

Coroziunea chimica este produsa de actiunea gazelor uscate, la temperaturi inalte si a mediilor rau conducatoare de electricitate. In comparatie cu coroziunea electrochimica, coroziunea chimica se intalneste rar si nu prezinta importanta pentru conductele ingropate.

Coroziunea galvanica se produce prin actiunea electrolitilor asupra metalelor. Ceea ce caracterizeaza acest fel de coroziune este ca, odata cu distrugerea metalului, se constata si prezenta unui curent electric.

Se numesc electroliti substantele ale caror solutii sunt bune conducatoare de electricitate. Solul in care este ingropata conducta constituie electrolitul, iar punctele metalice vecine – electrozii. Structura cristalina neomogena a suprafetei metalului, ca si impuritatile prezente in metal dau nastere electrozilor.

Coroziunea conductelor se datoreaza deci diverselor substante chimice aflate in stare de solutii apoase, adica electroliti, in pamantul de ingropare a conductei. Coroziunea are loc numai in regiunile unde curentul electric paraseste conducta(anodice) si ramane neatacata in zonele primitoare de curent(catodice). Metalul se deplaseaza din zonele anodice in cele catodice, in urma sa ramanand caverne care pot ajunge sa strapunga conducta. Circuitul se inchide prin metalul conductei, de la catod spre anod(Fig. 3.20).

Figura 3.20 Coroziunea electrolitica se produce cand in apropierea conductelor

ingropate se gasesc retele de tractiune electrica, alimentate cu curent continuu, datorita curentilor vagabonzi din sol. Coroziunea datorata acestor curenti se

48

numeste electrolitica datorita asemanarii fenomenului cu cel care are loc in baile de electroliza. Datorita circuitului electric are loc o coroziune intensa in zona in care curentul paraseste conducta.

Caracteristica principala a curentilor vagabonzi este faptul ca produc perforarea conductelor, adesea in timp foarte scurt, din care cauza acest fel de coroziune este cel mai periculos.

Coroziunea microbiologica este consecinta proceselor fiziologice legate de viata unor organisme anaerobe, care se dezvolta in terenuri impermeabile, de exemplu in argile. Astfel, s-a constatat ca unele microorganisme se dezvolta in terenuri total lipsite de aer, prin consumarea oxigenului din sulfati si reducerea acestora la sulfuri.

Aceste schimbari in compozitia solului dau nastere la elemente galvanice, care produc coroziunea metalului.

Efectele coroziunii echipamentului de suprafata se amplifica pe masura cresterii procentului de apa sarata in titeiul extras. Se adauga faptul ca procesul tehnologic pentru separarea titeiului de apa necesita ridicarea temperaturii uneori pina la 60-800 C. De asemenea, titeiul impreuna cu apa sint vehiculate si transvazate in mai multe etape, prilej cu care intra in contact cu atmosfera, astfel ca in masa apei se dizolva oxigenul. Prezenta oxigenului, mai ales daca fluidele contin si H2S sau CO2, face ca agresivitatea lor sa se accentueze.

Conductele de amestec ale sondelor sint supuse unei coroziuni electrochimice exterioare si unei coroziuni interioare. La sondele care produc cu procente reduse de apa (15-20% apa), coroziunea interioara nu constituie un factor periculos. Ea apare ca o problema deosebita la sondele la care procentul de impuritati este mare (40-90%) si la cele la care fluidele extrase au temperaturi mai mari decit 600C.

Parcurile de separatoare constituie prima etapa de colectare-separare a fluidelor produse de sonde si de depozitare a titeiului si a apei sarate. Coroziunea se manifesta mai putin in claviatura de iesire din separatoare si in colectoarele de aaspiratie ale sondelor, unde, din cauza presiunii joase, apar fenomenele de soc si cavitatie.

In parc, apele de zacamint intr in contact cu aerul si se oxideaza, accentuindu-si caracterul agresiv.

Daca in parcul respectiv sint si sonde care contin care contin in fluidul produs H2S sau CO2, pentru limitarea efectului puternic coroziv al acestora, se recomanda depozitarea si vehicularea productiei acestora separat de a celorlalte sonde.

Rezervoarele se corodeaza in special in partea inferioara, pe inaltimea care vine in contact cu apa sarata, zona de la limita apa-titei in sus fiind mai putin afectata. Fundul rezervorului este supus si unei coroziuni electrochimice a solului. Rezervoarele de depozitare si vehiculare a apei sarate sint supuse unei coroziuni mai intense care cuprinde toata constructia. Viteza de coroziune este de ordinul 0,2-0,5 mm/an, iar daca apa contine H2S poate ajunge la 1,5mm/ an.

49

Instalatiile din sistemul de injectie a apei sarate (formate din conducte, rezervoare, filtre, decantoare si pompe) sint corodate mai intens decit celelalte instalatii, datorita faptului ca sint permanent in contact cu apa sarata. Combaterea coroziunii se poate realiza prin masuri pasive sau active: - proiectarea corecta a instalatiilor si aplicarea celor mai adecvate tehnologii de lucru (alegerea corecta si corespunzatoare a echipamentului) - utilizarea inhibitorilor de coroziune la extractie - folosirea aliajelor anticorozive - folosirea acoperirilor organice pentru asigurarea unui strat continuu de protectie - folosirea protectiei catodice cu anozi activi sau cu sursa exterioara de curent(Fig. 3.21); Aceste metode de protectie anticoroziva constau in aducerea conductei la un potential negativ permanent(catod permanent) prin conectarea acesteia la un anod de sacrificiu, realizat dintr-un material cu potential electrochimic mai mare decat otelul(zinc sau magneziu) sau conectarea la polul negativ al unei surse exterioare de curent continuu. Astfel se realizeaza o circulatie de curenti galvanici de la anodul de sacrificiu sau de la anodul sursei exterioare catre conducta, proces care reduce fenomenul de coroziune.

Coroziunea peretilor interiori ai conductelor sau rezervoarelor de produse petroliere se datoreste impuritatilor continute de aceste fluide, in special apei.

Protectie catodica cu anod sacrificiu Protectie catodica cu sursa exterioara Figura 3.21

Daca, pe langa apa sarata, titeiul mai contine si hidrogen sulfurat, coroziunea interioara se manifesta si mai puternic.

Combaterea coroziunii interioare la conducte se poate face prin: - inlocuirea conductelor din otel cu conducte din aliaje neferoase din

material plastic sau fibra de sticla;

(catod)

50

- acoperirea interiorului conductei cu un strat protector de email sau rasinna;

- dezaerarea produsului transportat; - folosirea inhibitorilor de coroziune; - aplicarea protectiei catodice cu anozi de sacrificiu sau cu injectie de

curent dintr-o sursa exterioara; Coroziunea rezervoarelor si separatoarelor se poate combate astfel:

- protectia cu anozi protectori de zinc\ magneziu, montati in interiorul acestora(pentru vase la care faza continuta conduce curentul electric) - acoperiri metalice cu zinc, acoperiri cu materiale plastice, emailuri, vopsele si protectia prin inhibitori(pentru vase la care faza continuta nu conduce curentul electric).

51

4. Echipamente tehnologice in extractia titeiului si gazelor

4.1 Recipiente sub presiune. Clasificare. Constructie. Rol

Dupa destinatia lor, exista o mare diversitate de recipiente sub presiune (butelii, cazane, vase, separatoare, filtre, schimbatoare de caldura, etc.).

Buteliile servesc la depozitatea sub forma lichida a unor fluide care la presiunea atmosferica se prezinta sub forma gazoasa: propan, butan, clor, amoniac, oxigen, acetilena, azot, etc.

Vasele servesc la transportul diferitelor produse petroliere la o presiune superioara presiunii atmosferice, cu scopul de a se evita pierderea fractiunilor volatile, sau in procesul tehnologic de productie: vase tampon, rezervoare, schimbatoare de caldura, etc.

Fiecare recipient sub presiune este prevazut cu o placa de timbru, care este o placa metalica pe care se inscriu parametrii tehnici ce trebuie respectati printr-o exploatare a recipientului in conditii de siguranta, precum si datele necesare identificarii intreprinderii constructore sau a celui care face intretinerea si repararea.

Constructiv, buteliile sunt recipiente de forma cilindric formate dintr-o manta de material tubular fara sudura. Ele sunt prevazute cu funduri si capace de forma sferica montate prin sudura.

Rezervoarele sub presiune sunt vase de forma cilindrica formate dintr-o manta sudata elicoidal sau nituita si prevazuta cu funduri de forma sferica, conica, bombata sau plana. Se construiesc si rezervoare sferice. Fundurile se pot fixa pe manta in diferite moduri: nituite, sudate, prin suruburi.

In constructia recipientelor este totdeauna necesara executarea unor orificii pentru examinarea interioara a acestora: guri de vizitare, guri de curatire, orificii pentru fixarea tevilor si a racordurilor, orificii pentru fixarea armaturilor si aparatelor de masurat si control.

Este necesara protectia anticorosiva a recipientelor, protectie care se poate realiza fie executand recipientul dintr-un material metalic rezistent la coroziune, fie acoperind recipientul, executat din metale obisnuite(otel, fonta), cu un material metalic sau nemetalic rezistent la coroziune.

Toate recipientele sub presiune trebuie echipate cu armaturi si dispozitive de control si siguranta. Prin armaturi se inteleg dispozitivele montate pe cazane, recipiente, conducte si pe alte instalatii care contin un fluid sub presiune, dispozitive cu ajutorul carora se comanda:

-alimentarea instalatiei -distribuirea fluidului din instalatie -stabilirea sau intreruperea legaturii intre recipient si conducta, precum si

intre diferitele parti ale conductei -reglarea debitului, presiunii, nivelului si temperaturii -descarcarea instalatiei.

52

Conventional, sunt considerate armaturi si aparatele, dispozitivele de control si siguranta ce asigura o functionare rationala si in conditii de siguranta a instalatiei (manometre, aparate indicatoare de nivel, supape de siguranta). In industria petroliera se folosesc in mod curent recipiente si instalatii care lucreaza sub presiune, fie pentru manipularea productiei de titei si gaze (separatoare, conducte, vase tampon etc), fie pentru producerea si utilizarea unor fluide sub presiune.

4.2 Separatoare

Fluidul extras din sondele de titei este un amestec compus din titei, apa sarata, gaze asociate si suspensii solide (urme de marna, nisip, cristale de sare, etc). Pentru a putea utiliza si valorifica titeiul si gazele, ele trebuie separate si epurate cat mai bine. In acest scop, amestecul produs trece printr-o serie de instalatii unde e supus unor procese tehnologice, ca: separarea fazelor(gaze, titei, apa, impuritati solide) si masurarea debitelor de fluide separate, curatirea fluidelor separate(deshidratarea titeiului, epurarea apei sarate de urme de titei si de particule solide pentru a fi introdusa in zacamant; uscarea, epurarea si degazolinarea gazelor). Lichidele sunt colectate in rezervoare. Transportul fluidelor se face pe conducte separate. Apa sarata e pompata in strat prin sonde de injectie. Titeiul se prelucreaza la rafinarii, iar gazele in combinate petrochimice sau merg la consum. Separarea fazelor se face in separatoare individuale sau colective(pentru mai multe sonde), montate izolat sau in grupuri(parcuri de separatoare). Separatoarele individuale se monteaza la sondele de exploatare izolate, pentru efectuarea probelor de productie, pentru etalonarea sondelor etc. Exista si separatoare care se monteaza pe conductele de gaze, pentru colectarea impuritatilor lichide sau solide. Dupa numarul de faze separate se disting : separatoare bifazice (lichide si gaze) si separatoare trifazice (titei, gaze si apa). Dupa forma constructiva exista: separatoare verticale, orizontale, sferice si combinate. Dupa presiunea de lucru, separatoarele de gaze si titei se construiesc pentru 8, 16, 40, 70 daN/ cm2. Exista separatoare cu functii multiple, de exemplu separator-masurator care are in constructia sa dispozitive de masurare a fluidelor, separator integral, cu posibilitate de tratare a emulsiei etc. Capacitatea de separare a unui separator este data de cantitatea de gaze separata din amestec in unitatea de timp. Depinde de sectiunea de trecere prin separator, diametrul interior si inaltimea, la cele verticale; diametrul interior si lungimea, la cele orizontale. Alti factori care influenteaza capacitatea de separare sunt: presiunea de lucru, viteza curentului de gaze, greutatea specifica a fluidelor separate, temperatura, natura spumei de titei, inaltimea coloanei de lichid din separator, detaliile constructive ale separatorului etc.

53

4.2.1 Separatoare verticale

Cele mai raspandite sunt separatoarele verticale, standardizate. Ele se executa conform cu prevederile prescriptiilor tehnice ISCIR in vigoare. Sunt separatoare bifazice SG (gaze-lichide), de tip vertical, cu intrare tangentiala sau radiala a amestecului venit de la sonde. Separarea se produce sub actiunea fortei gravitatiei, a fortei centrifuge, a schimbarii bruste a directiei de curgere, a reducerii vitezei (marirea sectiunii), a expansiunii gazelor din solutie si a adeziunii pe unele suprafete.

Separatorul SG-8(fig.4.1) sau SG-16 este un vas cilindric vertical inchis etans, cu capace bombate sudate la capete si prevazut cu diferite armaturi. Este alcatuit din corpul 1 care are sudate la exterior racordurile: 2(in treimea superioara a mantalei) pentru intrarea amestecului, 3(la capacul superior) pentru iesirea gazelor, prevazut cu supapa de siguranta 18, 4(in treimea inferioara a mantalei) pentru iesirea titeiului si racordul 5(in capacul inferior) pentru scurgerea impuritatilor. Toate racordurile sunt prevazute cu flanse sudate, pentru presiunea corespunzatoare. In capacul gurii de vizitare 13 sunt sudate doua racorduri 6, pentru intrarea si iesirea aburului la caloriferul 14, din interior, construit in forma de serpentina. Lateral, pe manta, sunt sudate racordurile: 13 pentru gura de vizitare, prevazuta cu capac in suruburi si 17 pentru

regulatorul de nivel 16, actionat de plutitorul 15. Mai sunt prevazute doua racorduri pentru indicatorul de nivel 7 si racordul pentru robinetul cu trei cai si manometrul 8. Toate racordurile sunt prevazute cu flanse sudate, de presiune corespunzatoare. Separatorul are o manta cilindrica interioara, prevazuta la partea laterala superioara cu o deschidere pentru intrarea amestecului, iar la partea inferioara cu ferestre longitudinale numite sicane, pentru reducerea vitezei de circulatie a gazelor degajate din titei. La nivelul intrarii tangentiale a amestecului, mantaua formeaza un culoar circular. Capatul inferior al mantalei interioare este situat sub nivelul minim al titeiului din separator (corespunzator pozitiei inferioare a plutitorului 15). In timpul functionarii, nivelul titeiului in separator trebuie astfel reglat incat marginea de jos a mantalei interioare sa fie cu 50 pina la 300 mm sub nivelul titeiului.

Figura 4.1

54

Tot in interior, de capacul superior, este sudat filtrul de gaze 10. Filtrul este format din 3 pereti concentrici, prevazuti cu ferestre laterale si perforaturi dispuse diferit unele fata de celelalte. Filtrul este de forma cilindrica la partea superioara si tronconica la partea inferioara. Picaturile de titei colectate din gaze se scurg prin teava interioara 12, pana in camera de acumulare a titeiului. Separatorul se sprijina pe un suport cilindric 19, cu placa de baza, sudat de corp. Amestecul intra tangential in separator. Datorita fortelor centrifuge, particulele de titei, avind o masa mai mare, sunt proiectate pe mantaua separatorului, elibereaza gazele si se scurg printre cele doua mantale. Gazele se ridica spre partea superioara a separatorului. Ele parasesc spatiul inelar trecand prin orificiile mantalei interioare. Aici se mai depun picaturi de titei antrenate de gaze. Titeiul se scurge in jos. In partea inferioara titeiul, apa si impuritatile solide se separa pe baza diferentei de greutate specifica. Apa si impuritatile mecanice se elimina prin scurgeri intermitente prin conducta 5. Titeiul separat curge continuu prin conducta 4. Debitul titeiului este reglat prin mentinerea unui nivel aproximativ constant cu ajutorul regulatorului de nivel. Dispozitivul 16 de reglare automata a nivelului consta din plutitorul 15 care, antrenat de variatia nivelului de titei din separator, actioneaza asupra unui robinet montat pe conducta 4 de evacuare a titeiului fie printr-un sistem de pirghii(actionare mecanica), fie prin servocomanda cu gaze sau aer comprimat(actionare pneumatica). Gazele ajunse in partea superioara trec prin orificiile filtrului, isi schimba directia de mai multe ori , se curata de ultimele picaturi fine de titei si ies prin conducta 3. Capacitatea de separare pentru gaze variaza de la 11000 Nm3/ zi(la presiunea de lucru de 2 daN/ cm2) la 20000 Nm3/ zi(la presiunea de lucru de 5 daN/ cm2 , capacitatea de separare pentru lichide variaza de la 41 m3/ zi(pentru timpul de stationare de 30 min) la 520 m3 / zi(pentru 2,5 min). Aceasta capacitate este suficienta atat pentru o sonda individuala, cat si pentru grupuri de sonde care produc la un loc. Separatorul SG-8 are corpul construit din tabla de otel (OL 38) cu grosimea de 8mm. Are diametrul exterior de 1200 mm si inaltimea corpului de 3600 mm. Separatorul SG-16 are o constructie similara, insa din tabla mai groasa si diametrul exterior de 1000 mm. Racordurile sunt prevazute cu flanse pentru 25 bar. Separatoarele SG-40 si SG-70 au constructie putin diferita. Au capac bombat sudat si fund forjat (eventual turnat), demontabil. Corpul este realizat in constructie sudata din tabla de 24 mm. In interior au aceleasi amenajari ca si separatoarele de joasa presiune. Sunt prevazute cu supapa de siguranta dubla cu contragreutate sau cu arc. Conducta de abur intra si iese prin fundul separatorului. Toate separatoarele verticale in functiune sunt echipate cu armaturi si aparate de masurat si control, ce asigura functionarea normala, controlul parametrilor de functionare si mentinerea automata a nivelului de

55

lichid. Cind e cazul, pentru elementele de automatizare se foloseste ca agent de lucru pentru actionari pneumatice chiar gazele captate din separator. Caloriferul se monteaza doar cind separatorul deserveste sonde cu titei parafinos.

Supapa de siguranta asigura separatorul contra suprapresiunii. Supapa e prevazuta cu ventil care se deschide automat, cind presiunea creste peste presiunea de regim fixata, pentru care a fost reglata pozitia contragreutatilor G sau tensiunea in arc si se inchide automat cind presiunea scade. Pozitia si marimea greutatilor sau tensionarea arcului se stabilesc astfel incit supapa sa se deschida la o presiune cu 0,2…0,5 bar mai mare decit presiunea de lucru indicata pentru pozitia respectiva(Fig. 4.2).

Indicatorul de nivel se compune dintr-un tub de sticla rezistent la presiune, sau dintr-un tub metalic cu o fereastra de sticla groasa. Capetele tubului sunt fixate la doua racorduri sudate pe mantaua separatorului, la distante aproximativ egale deasupra si dedesubtul nivelului normal al titeiului. In cazul titeiurilor parafinoase se monteaza in interiorul tubului de sticla o teava pentru abur de incalzire. Din punctul de vedere al numarului de faze de fluide separate, separatoarele verticale se construiesc in ambele variante: bifazice(gaze si lichide) si trifazice(gaze, titei si apa sarata) – Figura 4.3

Figura 4.3

Figura 4.2

56

4.2.2 Separatoare orizontale

Pot fi cu corp simplu (monotubular) si cu corp dublu (bitubular). Sunt standardizate doua tipuri (Fig. 4.4): separator orizontal bifazic de titei si gaze (SOB) si separator orizontal trifazic de titei si gaze (SOT).

Figura 4.4

SOB separa gazele si lichidul din amestecul produs de sonde. Se foloseste ca separator de total.

SOT separa gazele, apa si titeiul din amestecul produs de sonde si se foloseste ca separator de total. Ambele tipuri sunt construite prin sudare din tabla de otel carbon sau slab aliat si sunt prevazute cu racordurile necesare pentru legaturile tehnologice si pentru montarea armaturilor si a aparatelor de masura si control, cu gura de vizitare si cu suporturi de sustinere. Totul e montat pe o sanie si constituie un ansamblu transportabil(Fig.4.5). Capacitatea de separare

Figura 4.5

57

nominala se estimeaza la presiunea maxima de lucru si in conditii standard de functionare(un separator bifazic, la 8 bar, separa 340000 Nm3/zi gaze si 800 m3 lichid). Separatoarele orizontale prezinta urmatoarele avantajele principale fata de separatoarele verticale: capacitate de separare mai mare (la aceleasi dimensiuni si conditii de lucru), montare si supraveghere mai usoare, fiind cu inaltime mica, mai ieftine, au o suprafata mai mare de separare intre spatiul de gaze si spatiul de lichid, ceea ce usureaza separarea gazelor etc. Dezavantaje: necesita mentinerea constanta a nivelului, curatirea de impuritati (nisip, apa, etc) mai dificila si ocupa o suprafata de teren mai mare.

4.2.3 Alte tipuri de separatoare

La sondele de gaze se monteaza separatoare speciale cu destinatia sa separe lichidele si impuritatile solide din gaze. Ele pot functiona datorita efectului fortelor gravitationale, al fortelor centrifuge, al adeziunii etc.

Eficacitatea separarii depinde de tipul, dimensiunile, constructia separatorului, viteza curentului de gaze, caracteristicile gazelor, regimul tehnologic de separare (presiune, temperatura).

In industria de gaz metan din tara noastra se folosesc separatoare gravitationale, cu acumulator de apa sau de condensat, separatoare cu ciclon, separatoare orizontale cu teava spirala, etc.

Separatorul vertical gravitational (fig. 4.6) este construit dintr-o manta cilindrica, avind racorduri pentru intrarea gazelor, pentru iesirea gazelor, pentru scurgerea impuritatilor si pentru montarea supapei de siguranta.

Prin schimbarea directiei de curgere a gazelor, particulele in suspensie, avind greutatea specifica mai mare decit a gazelor, parasesc curentul de gaze si se depun in partea inferioara a separatorului.

Separatoarele de lichide pentru conducte de gaze au destinatia sa elimine impuritatile (apa, condensat, impuritati solide) din gaze pe baza diferentei de greutate specifica. Ele pot fi de constructie verticala sau orizontala.

Separatoarele de lichide pentru conducte de gaze, de constructie verticala, sint standardizate in doua tipuri, iar dupa presiunea de lucru sint 6 tipuri: SI 16, SL 25, SL 40 (fig. 4.7a) si tipurile SL 64, SL 14, SL 210 (fig. 4.7, b).

Figura 4.6

58

Un SL 16 se compune dintr-o manta cilindrica 1, confectionata din tabla, prin sudare, sau dintr-un burlan de tubaj la care se sudeaza capacul 2 si fundul 3, bombate spre exterior. In treimea superioara sint sudate racordurile 4 si 5 pentru intrarea si iesirea gazelor. Spre baza mantalei este sudat lateral racordul 6, inchis cu flansa oarba 7 (pentru vizitare si curatire) si racordul 8 pentru scurgerea impuritatilor lichide si solide. Acest racord e prevazut cu dop filetat. In interior se afla teava-sifon 9 si peretele despartitor 10 cu sicane, sudat de teava si de peretii separatorului. La partea superioara a sifonului se monteaza un robinet.

Figura 4.7

Gazele intra prin racordul 4, isi reduc viteza datorita diametrului mare al separatorului si isi schimba directia, fiind obligate sa treaca pe sub peretele despartitor si prin cotul racordului 5. Astfel, o parte din lichidele si impuritatile pe care le contin gazele se separa si se depun la partea inferioara. Prin deschiderea robinetului inferior se poate elimina lichidul depus, sub actiunea presiunii din separator. La scoaterea din functiune a separatorului, scurgerea lichidului (condensat care se recupereaza) se poate face si prin racordul 8, dar numai dupa scoaterea din functiune a separatorului si eliminarea presiunii din interior. Figura 4.8

59

In acelasi scop se mai utilizeaza separatorul de apa si impuritati de constructie orizontala(Fig. 4.8). Separatorul 1 se monteaza in prelungirea liniei de transport 11, dupa robinetul de izolare 2. Separatorul este legat prin tevile 3 de recipientul 4, din care impuritatile sunt evacuate prin teava 5. separarea apei si impuritatilor se realizeaza ca efect al schimbarii curentului de gaze din conducta. Apa si impuritatile, cu greutate specifica mai mare, trec in linie dreapta in separator si apoi in recipientul de acumulare, de unde sunt evacuate sub actiunea presiunii din separator.

4.2.4 Montare, intretinere, reparatii, masuri de protectie a muncii

Separatoarele de titei si gaze trebuie sa corespunda in ceea ce priveste constructia si modul de functionare, normelor tehnice prevazute in regulamentul pentru functionarea recipientilor sub presiune. Fiecare separator va avea un carte de recipient sub presiune(carte ISCIR), verificata oficial, in care se inregistreaza probele si reparatiile efectuate.

Separatorul este un utilaj robust, dar cu gabarit mare. El se transporta neambalat, fara armaturi si cu orificiile racordurilor protejate prin discuri sau dopuri de lemn. Incarcarea\ descarcarea se fac cu ajutorul planului inclinat sau cu macaraua, cu multa atentie, pentru a se evita deformarile. Se poate aduce aproape de fundatie, tras pe role cu un troliu.

Separatoarele se ridica in pozitie verticala cu ajutorul automacaralelor sau al unui troliu de mina si cu doi popi metalici, bine ancorati si prevazuti cu role. Cablul de ridicare trebuie legat la circa 1/3 din inaltimea separatorului; ridicarea se face cu viteza redusa si fara smucituri, cu tot personalul indepartat pe o raza egala cu inaltimea separatorului. Centrarea si fixarea se fac in momentul lasarii in jos pe fundatii. Montarea\ demontarea armaturilor, legaturilor, dispozitivelor, etc. se face ridicindu-se cu un pop sau trepied, de catre muncitori care poarta centuri de siguranta(legata de stutul supapei de siguranta) si care se urca pe o scara bine fixata si mai lunga decit separatorul cu 1/2m sau pe schele metalice.

La alegerea amplasamentului trebuie evitate conductele de inalta presiune, retelele electrice de inalta tensiune etc.

Fiecare separator izolat sau grup de separatoare trebuie prevazut cu un cos situat la 40m si inalt de minim 5m pentru evacuarea gazelor.

Aparatele de masurat si control se monteaza in baraci de tabla sau zid, prevazute cu doua usi, cu incalzire, lumina si aparate de stingere a incendiului.

La intrarea in functiune, separatorul se probeaza hidraulic, la o presiune de 1,5 ori presiunea maxima admisibila. Nu trebuie sa existe scapari de lichid.

Separatoarele vor trebui sa aiba in tot timpul functionarii, armaturile de siguranta montate si in buna stare: supape de siguranta, sticle de nivel prevazute cu conducte de scurgere la bazinul separatorului si cana cu 3 cai, manometru cu indicarea pe cadran, cu vopsea rosie, a presiunii maxime de lucru admise.

Se controleaza zilnic(iarna, in fiecare schimb) functionarea corecta a supapei de siguranta, pentru a verifica daca supapa nu s-a intepenit pe scaunul sau.

60

Cind sticla de nivel se infunda sau este murdara, se verifica alimentarea cu abur a tevii interioare, se manevreaza canalele de izolare si scurgere (eventual se introduce o sirma prin canaua de scurgere) si se spala exteriorul sticlei cu benzina.

Se verifica functionarea manometrului si a regulatorului de nivel. Nivelul trebuie mentinut in limitele prescrise; daca nivelul se ridica prea mult, se antreneaza titei in conducta de gaze, ceea ce poate produce deranjamente grave pe conductele de gaze sau la dezbenzinare. Se controleaza toate articulatiile si se ung, eventual se scurteaza bratul contragreutatii plutitoare. Interventia la separatoare se face numai dupa evacuarea presiunii.

Repararea separatoarelor se face prin demontare si aducerea la un atelier mecanic autorizat pentru executarea reparatiilor la vase sub presiune.

Reparatii la fata locului se fac doar la armaturi si la serpentina de abur. Cind sunt necesare lucrari de sudura, trebuie luate masuri speciale pentru evitarea incendiului. Separatorul se izoleaza, se scurge presiunea, se spala bine cu apa, se demonteaza conductele de la racorduri si se monteaza flanse oarbe. Dupa ce se verifica ca nu exista in apropiere scapari de gaze, se poate incepe sudarea. Nu se executa lucrari de sudura pe corpul separatorului fara un proiect de reparare sau modificare.

Montarea separatoarelor de lichide pentru sonde de gaze se face de obicei individual, in apropierea sondelor, pe fundatii de beton. Pentru a preveni inghetarea conductelor de gaze, ele sint prevazute cu calorifere cu apa calda.

Separatoarele de lichide vor fi prevazute, in afara de robinetul de manevra, si cu al doilea robinet de siguranta montat spre separator si mentinut normal deschis.

4.3 Echipamente pentru transfer termic 4.3.1 Aspecte generale

Echipamentele pentru transfer termic sunt utilaje care realizeaza transferul unei cantitati de caldura între doua sau mai multe fluide.

Dupa natura contactului între agentii termici se pot mentiona doua categorii mari de aparate de transfer termic:

- Prima categorie este cea a aparatelor de transfer termic cu contact direct sau cu amestec între agentii termici. Aceste aparate sunt simple din punct de vedere constructiv si realizeaza o utilizare mai completa a fluxurilor termice. Sunt limitate însa numai la procesele tehnologice care permit amestecarea mediilor(Ex: turnuri racire).

- A doua categorie, este cea a aparatelor de tranfer termic fara contact direct între agentii termici sau de suprafata,este caracterizata prin faptul ca transferul termic are loc prin pereti de separatie între agentii termici. Din punct de vedere constructiv sunt mai complexe decât precedentele.

61

Pentru a avea un transfer termic eficient coeficientul de conductivitate termica al peretilor de separatie trebuie sa atinga valori ridicate.

Dupa continuitatea transferului termic între agenti sunt cunoscute doua mari categorii de aparate de transfer termic. Cele cu actiune continua realizeaza un transfer recuperativ iar cele cu actiune discontinua unul cu acumulare sau regenerativ. Dupa modul în care se realizeaza transmiterea caldurii se deosebesc doua categorii de aparate pentru transfer termic. Prima categorie cuprinde aparatele de transfer termic fara modificarea starii de agregare a agentilor. Acestea sunt schimbatoarele de caldura propriuzise care pot functiona ca racitoare sau ca încalzitoare. A doua categorie cuprinde aparatele de transfer termic cu modificarea starii de agregare a agentilor. În aceasta categorie se pot enumera evaporatoarele(cazanele de aburr) si condensatoarele, care de regula sunt constructii mult mai complexe decât schimbatoarele de caldura propriuzise si care sunt specifice unor procese tip din industriile de proces. Sub aspectul circulatiei fluidelor se deosebesc urmatoarele tipuri de aparate de transfer termic: cu circulatie în echicurent, în contracurent, în curent mixt sau în curent încrucisat.

4.3.2 Schimbatoare de caldura - tipuri principale

A. Schimbatoare de caldura tubulare fara manta(Fig. 4.9) Schimbatoarele de caldura cu serpentina(Fig. 4.9a) spirala, cilindrica sau tronconica sunt printre cele mai vechi tipuri de schimbatoare de caldura. Acestea se monteaza, în interiorul unor incinte fiind total imersate în fluidul tehnologic. aceste aparate sunt simple, usor de fabricat, ieftine si rezistente la presiuni foarte mari, dar au o eficienta termica modesta si nu sunt recomandate pentru lichide care formeaza cruste interioare, greu de curatat.

a. cu serpentina cilindrica b. teava in teava

Figura 4.9

Schimbatoarele de caldura cu tevi coaxiale(tip teava în teava)(Fig. 4.9b)reprezinta alta solutie simpla de transfer termic. Datorita vitezei relativ

62

mare de circulatie a fluidelor, de regula în contracurent, depunerile solide de cruste pe peretii tevilor sunt reduse. Utilizate independent au o eficienta termica redusa, de aceea se realizeaza montaje înseriate de astfel de elemente(Fig. 4.10) Montajele înseriate de elemente de tip teva în teava (în baterie) asigura consumuri reduse de agenti termici la un randament termic acceptabil. Dezavantajul major al acestui tip de schimbator este gabaritul si în consecinta un consum mare de metal la 1 m2 suprafata de transfer termic. Figura 4.10 .

B. Schimbatoare de caldura tubulare cu manta Schimbatoarele de caldura tubulare, sunt cunoscute în general si sub denumirea de aparate tubulare pentru transfer termic. Indiferent de varianta constructiva si de destinatia tehnologica aceste aparate au o structura de baza relativ comuna compusa din: corpul aparatului, placa tubulara si fasciculul de tevi, capace, camere de distributie, racorduri, compensatoare de dilatatie(la unele variante) suporti. Clasificarea si dimensiunile principale ale schimbatoarelor de caldura tubulare cu manta sunt reglementate prin normative de ramura sau de producator. Schimbatoarele de caldura rigide cu o trecere sunt unele dintre cele mai utilizate schimbatoare de caldura. În principiu, acest tip de schimbator este format dintr-un numar de tevi fixate ermetic în placile tubulare care sunt si ele sudate rigid de corpul aparatului. Capacele de la extremitati, asamblate nedemontabil sau demontabil, formeaza camerele de capat si sunt fixe. Desi sunt relativ simple constructiv si ieftine au dezavantajul unei arii de transfer termic relativ mica raportata la unitatea de volum a aparatului.

Pentru a mari viteza si turbulenta agentului termic în spatiul intertubular, între tevi se monteaza un numar de sicane. Schimbatoarele de caldura în constructie rigida nu permit deplasarea tevilor fata de corpul aparatului, fapt care determina dezvoltarea unor tensiuni termice importante. Din aceasta cauza acest tip de aparat se recomanda a fi utilizat doar pentru diferente de temperatura între tevi si manta de maximum ∆T = 500C. Dezavantajul major al acestui tip de aparat de transfer termic cu o singura trecere, se poate ameliora prin compartimentarea cu pereti despartitori-diafragme a camerelor de capat, care devin camere de distributie. Rezulta astfel o constructie cu mai multe treceri pentru agentul din spatiul intratubular(Fig. 4.11). De obicei, se alege un numar par de treceri, ceea ce determina ca racordurile de intrare si de iesire ale agentului, din spatiul intratubular, sa fie dispuse la acelasi capat al aparatului.

63

Figura 4.11

În cazul racirii cu apa nededurizata temperatura acesteia la iesire nu va depasi 45…500C pentru a se evita depunerea de crusta pe tevi

Una dintre variantele constructive utilizate frecvent este aceea a schimbatorului de caldura cu cap liber de tip închis(Fig. 4.12).

Figura 4.12 Datorita capatului liber cele doua sisteme, corpul aparatului si respectiv

fasciculul tubular, se pot dilata independent, astfel încât nu se mai creeaza în aparat tensiuni termice suplimentare.

În mod curent acest tip de aparat tubular se utilizeaza atât la presiuni mici cât si la presiuni ridicate de ordinul a 16 MPa. Realizarea capatului mobil prin intermediul unei cutii de etansare complica constructia si scade presiunea de functionare, fapt pentru care acest sistem nu se recomanda la constructiile cu diametre relativ mari pentru corpul aparatului.

Figura 4.13

64

O alta solutie constructiva, folosita pentru evitarea tensiunilor termice suplimentare, este schimbatorul de caldura cu fascicul tubular în forma de U (Fig. 4.13). Acest tip de schimbator prezinta avantajul unei constructii simple cu montare-demontare usoara. Ca dezavantaj principal, pe lânga cele legate de aria de transfer termic, se poate mentiona dificultatea de curatire a spatiului intratubular de depunerile solide.

C. Schimbatoare de caldura netubulare

Aceste aparate de transfer termic sunt rezultatul preocuparilor relativ recente a ultimelor decenii, pentru îmbunatatirea conditiilor de transfer termic si a celor de exploatare si întretinere. Sunt constructii compacte cu un consum mic de metal pe unitatea de volum si se pot utiliza pentru transferul termic propriuzis sau pentru recuperarea caldurii chiar la diferente de doar câteva grade între agentii termici. Printre tipurile cele mai cunoscute, de astfel de aparate, se pot enumera: schimbatoare de caldura cu placi nervurate (fig. 4.14), schimbatoare de caldura spirale, schimbatoare de caldura lamelare sau cu placi ondulate.

Figura 4.14

Utilizate initial în industria alimentara, aceste aparate s-au impus ulterior si în industria chimica si petrochimica, datorita avantajelor pe care le ofera.

Din punctul de vedere al procesului de transfer termic sunt de mentionat: coeficientii totali de transfer termic mari 3500…5500 W/m2⋅⋅⋅⋅grd si aria de transfer termic pe unitatea de volum de pâna la 200m2/m3 . Domeniul uzual de functionare este larg: presiuni de pâna la 2,5 MPa si temperaturi de pâna la 2000C. Transferul termic este caracterizat de o circulatie a agentilor termici în contracurent si paralela cu peretii plani de separare. Aceste aparate pot functiona la diferente mici de temperatura între agenti, ∆∆∆∆T ≅≅≅≅ 50C.

Placa capat

65

Din punct de vedere constructiv aceste aparate sunt alcatuite dintr-un pachet de placi nervurate separate între ele prin garnituri de etansare care au si rolul de a dirija circulatia fluidelor. Tot acest ansamblu este strâns prin placi de capat groase, fixate pe ghidaje. Placile nervurate, de regula cu nervuri orizontale sau în V care confera rigiditate placii si maresc aria de transfer si turbulenta fluidelor, se construiesc din otel, titan, alama, etc. Prin posibilitatea de a introduce sau a scoate placi din pachet se poate mari sau micsora suprafata de transfer, deci aceste aparate prezinta o mare flexibilitate. Schimbatoarele de caldura cu placi sunt usor de întretinut deoarece demontarea si curatirea placilor este usoara.

In industria petroliera se folosesc toate variantele de schimbatoare de caldura prezentate, in scopuri diferite cum sunt incalzirea unor fluide cum este titeiul sau racirea altora cum sunt gazele comprimate sau in procesul de uscare al acestora sau lichidul de racire(in general apa dedurizata) al diferitelor echipamente dinamice.

Incalzirea titeiului se poate realiza direct, cu incalzitoare cu flacara(Fig. 4.15) sau indirect, in scchimbatoare de caldura teava in teava sau tubulare, caz in care agentul de incalzire poate fi aburul sau apa calda, produse de generatoare care utilizeaza drept combustibil gazele naturale(cazane).

Figura 4.15 Caloriferele pentru gaze(Fig. 4.16), folosite la incalzirea gazelor pentru

a impiedica formarea si depunerea lichidelor pe conducta sint alcatuite din: vas umplut cu apa, de dimensiuni corespunzatoare (corpul cazanului) in care sint montate : un sistem de tevi 7 prin care trec gazele de ardere de la un focar la un cos si un sistem de tevi 3 prin care trec gazele ce urmeaza a fi incalzite, deci apa este agentul intermediar principal care transfera caldura de ardere la gaze. Datorita acestei constructii, caloriferele pot fi executate si pentru trecerea gazelor cu presiuni inalte(pina la 140 bar si chiar mai mari).

66

Figura 4.16 In cazul racitoarelor, agentul de racire poate fi apa, recirculata prin

turnuri de racire sau aerul produs de ventilatoare(Fig. 4.17).

Figura 4.17

67

4.3.3 Cazane de abur

Sunt instalatii in care, sub actiunea caldurii, apa se transforma in abur de presiune mai mare decit cea atmosferica. Caldura folosita este produsa prin arderea combustibililor, in general gaze naturale.

Din punct de vedere energetic, cazanul de abur este un transformator de energie, in care se produc atat fenomene de transformare chimica(producerea de energie calorica prin arderea combustibilului), cit si fizica(transformarea energiei calorice astfel obtinute in energie potentiala a vaporilor de apa).

Parametrii de baza: - presiunea nominala - presiunea de lucru maxima admisibila - presiunea de regim - presiunea aburului in cazan in timpul exploatarii - presiunea de utilizare - presiunea aburului masurata la robinetul de iesire al supraincalzitorului - temperatura nominala - temperatura aburului masurata la iesirea din cazan - debitul nominal - debitul maxim de abur pe care cazanul trebuie sa-l asigure in timpul exploatarii permanente - debitul specific - raportul dintre debitul nominal de abur si suprafata de incalzire a cazanului - suprafata de incalzire - suprafata masurata pe partea focului, a peretilor cazanului atinsi pe o parte de gazele de ardere, iar pe cealalta, de apa - cifra de vaporizare - raportul dintre cantitatea de abur produsa si cantitatea de combustibil consumata - solicitarea termica a focarului - raportul dintre cantitatea de caldura a combustibilului utilizat si volumul focarului - randamentul cazanului - raportul dintre caldura inmagazinata la debitul nominal si cantitatea de caldura continuta in combustibilului consumat.

Spatiul interior al cazanului este impartit in doua: partea inferioara, unde se gaseste apa si spatiul de abur.

Oglinda apei formeaza in fiecare moment suprafata de vaporizare a carei marime, in raport cu productia de abur, determina umiditatea aburului.

Partile principale ale unui cazan cu abur(Fig. 4.18) sunt: focarul, corpul cazanului, armaturile, domul, cosul, zidaria cazanului, racordurile si bolta cazanului.

Focarul cuprinde spatiul in care se produce arderea combustibilului. Dupa asezarea lui fata de corpul cazanului, focarul poate fi exterior sau interior. Corpul cazanului este partea ocupata de spatiile de abur si apa. El este format dintr-un vas cilindric inchis si din fasciculele de tevi fierbatoare(sau de fum). Armatura cazanului cuprinde aparatele si dispozitivele de verificare, de siguranta si comanda a exploatarii.

Accesoriile principale ale cazanului sunt: supraancalzitorul de abur si preancalzitorul apei de alimentare sau economizorul. Supraancalzirea aburului saturat se face pentru a obtine abur uscat si cu temperatura inalta la presiune

68

constanta. Gazele de ardere din focar trec prin canalele de fum si sunt evacuate in aer prin cos.

Figura 4.18

Instalatiile anexe sunt: instalatia de alimentare si tratare a apei, instalatiile de control si supraveghere a arderii, a gazelor de ardere, a consumului de apa, a consumului de combustibil etc.

Orice cazan de abur este dotat cu armaturile : - supape de siguranta; - manometre; - aparate indicatoare a nivelului de apa; - robinete de inchidere pe conducta de alimentare; - robinete de inchidere cu ventil sau cu sertar pe conducta de abur; - robinete cu ventil sau sertar pentru golirea cazanului; Obligatoriu, pe conducta de alimentare se monteaza supape de retinere.

Acestea sunt armaturi ce permit circulatia fluidului intr-un singur sens impiedicand automat circulatia in sens invers celui prescris.

In plafonul focarului se monteaza dopuri fuzibile cu scopul de a impiedica arderea cazanului in cazul coboririi nivelului apei sub cel admis. In dop este practicat un orificiu astupat cu aliaj de plumb-staniu; acesta se topeste si prin gaura formata aburul iese si stinge focul din focar.

Dupa sensul de circulatie a apei, se deosebesc: cazane cu contracurent, in care sensul miscarii apei in corpul cazanului este contrar sensului de circulatie a gazelor de ardere si cazane cu echicurent la care apa si gazele au acelasi sens de circulatie.

69

Dupa presiunea nominala, se deosebesc: cazane de joasa presiune (70-700 kPa), de medie presiune (0,5-3 Mpa) si de inalta presiune (>3 Mpa).

In industria extractiva de petrol si gaze se folosesc atat cazane stabile si semistabile cit si mobile, de joasa, medie si inalta presiune. Bateriile de cazane care deservesc statiile de degazolinare, statiile de pompare etc. sunt formate din cazane stabile. In Petrom se afla in functiune diverse tipuri de cazane, de la cele foarte vechi(50-60 ani), de tip locomobil(Fig. 4.19), pana la cazane moderne, complet automatizate(Fig 4.20).

Figura 4.19 cazanul tip locomotiv cu cutie de foc prismatica 1 – focarul; 2 – cazanul cilindric; 3 – domul; 4 – tevi de fum; 5 – cutia de fum;

6 – cosul de fum; 7 – mantaua; 8 – focarul; 9 – bolta focarului; 10 – usa cazanului; 11 – placa tubulara fata; 12 – plafonul cazanului; 13 – manta interioara;

14 – placa portala; 15 – tabla de legatura; 16 – placa tubulara spate; 17 – gura vizitare; 18 – capace de vizitare; 19 – ventil de scurgere; 20 – dopuri fuzibile;

21 – indicatoare de nivel; 22 – manometru; 23 – supapa de siguranta; 24 – ventil inchidere abur; 25 – ventil alimentare; 26 – ventil de retinere; 27 – teava de alimentare

In general, cazanele din santierele de petrol sunt orizontale, cu focar interior si cu circulatia apei in contracurent.

Generatoarele de vapori moderne, instalate in Petrom, sunt dotate de o serie de accesorii, care pot fi impartite in: - Accesorii de siguranta : valve de siguranta, instrumente nivel de siguranta, presostat de bloc; - Accesorii indicatoare : indicator de nivel, manometru, vizor flacara; - Accesorii de reglare : instrument de nivel, prepostati; - Accesorii pentru alimentare : pompa centrifuga, sau pompa alternativa pe vapori (P > 16 bar) - Accesorii pentru manevre : valve de interceptare; valva de descarcare.

70

Cazanele de abur utilizate in santierele de petrol produc abur care e folosit ca agent purtator de caldura(la instalatiile ce necesita incalzire) si in scopuri tehnologice(dezbenzinare).

Figura 4.20

In transportul sau pe conducta principala de la bateria de cazane la locul de utilizare, aburul pierde o parte din caldura condensandu-se partial. Inainte de a ajunge la punctele importante de consum, aburul este trecut prin oale de condensare, unde este eliminata umiditatea. 4.3.4 Exploatarea, intretinerea si repararea cazanelor de abur Defectele cazanelor de abur se datoreaza coroziunii, fisurilor, crapaturilor si deformarilor; ele sint greu de observat si pot avea consecinte grave. Coroziunea este foarte frecventa si se produce atat pe peretii exteriori, cit si pe peretii interiori, datorita gazelor, umiditatii si temperaturii. Cele mai frecvente si mai periculoase coroziuni se produc la neetanseitatile imbinarilor. In timpul exploatarii se produc deformari din cauza diferentelor de dilatare a diverselor piese ale cazanului datorita supraancalzirii materialului. Dintre cauzele care pot produce defecte si accidente, cele mai frecvente sunt deformarile cauzate de lipsa de apa, ca urmare a scaderii nivelului acesteia sub nivelul minim al cazanului. Depunerea de piatra, namol, ulei pe peretii interiori ai cazanului poate provoca supraincalzirea materialului, rezistenta la rupere a acestuia scazand foarte mult. Pentru ca randamentul termic sa fie maxim este necesar ca suprafetele de incalzire ale cazanului sa fie curate.

71

Producerea apei calde si aburului in conditii economice si de siguranta se poate obtine doar prin utilizarea de combustibil corespunzator cu tipul focarului, prin tratarea apei de alimentare conform cu prevederile din proiect, printr-o exploatare tehnica si intretinere corespunzatoare si prin efectuarea periodic planificata de lucrari de reparatii. Intreruperile accidentale ale bateriilor de cazane sunt nedorite; ele pot cauza pierderi de productie si deteriorari de materiale, explozii de cazane, pot produce avarii grave si pierderi de vieti omenesti. Revizia tehnica sau inspectia se executa cu cazanul oprit, este scurta si cuprinde lucrari pentru: -eliminarea neetanseitatilor la armaturi, reparatii la rosturi de dilatare, compensatoare, ventilatoare, pompe etc. -refacerea partiala a zidariei sau a izolatiei termice; -curatirea de zgura, cenusa si funingine a suprafetelor de schimb de caldura; Reparatia curenta mai cuprinde:

-inlocuiri partiale de tevi, ecrane, supraincalzitoare si economizoare; -inlocuiri partiale ale zidariei arzatoarelor; -repararea armaturilor si inlocuirea celor deteriorate;

Reparatia curenta extinsa se executa la un multiplu de revizii tehnice si reparatii curente, cuprinzand: -inlocuirea integrala a armaturilor; -inlocuirea ecranelor; -inlocuiri de serpentine la supraincalzitor si economizor; Reparatia capitala cuprinde: -lucrari de schimbari tevi de fum, capace si funduri; -schimbari de supraincalzitoare; -inlocuiri de conducte de abur, degradate ca urmare a fenomenului de fulaj sau eroziunilor; -se pot aduce imbunatatiri si modernizari ale cazanului;

Echipele de reparatii trebuie instruite inaintea opririi cazanului asupra tehnologiilor si metodelor de lucru ce le vor aplica. Oprirea cazanului pentru reparatii se efectueaza conform prescriptiilor tehnice ISCIR si a instructiunilor interne de exploatare.

La oprire: -se sufla suprafetele de incalzire pentru curatirea de cenusa si funingine; -se reduce treptat arderea, micsorindu-se alimentarea cu combustibil si tirajul, pina cind focul se stinge, se inchid usile focarului si deschiderile de pe canalele de gaze pentru ca racirea cazanului sa se faca lent; Timpul de racire pentru fiecare instalatie in parte este prevazut prin instructiuni(racirea fortata are acelasi efect defavorabil ca si dilatarea fortata a peretilor la pornirea cazanului). -se consuma treptat aburul dupa care se inchide robinetul principal;

72

-se opreste alimentarea cu apa numai dupa stingerea completa a focului, urmarind ca nivelul apei in timpul racirii sa fie vizibil in sticla de nivel;

-cand presiunea cazanului a scazut la circa 200 kPa, se face purjarea tuturor locurilor prevazute in acest scop;

-cand temperatura apei in cazan a scazut sub 700 , iar presiunea in cazan a ajuns la zero se goleste cazanul de apa;

-inainte de a incepe golirea apei se deschide supapa de siguranta; -dupa golire se izoleaza cazanul de celelalte cazane in functiune; -se deschid capacele, gurile de vizitare etc pentru racirea completa; -se demonteaza toate robinetele de iesire din cazan si in locul lor se

monteaza flanse oarbe; Lucrarile de reparatii pot incepe doar dupa ce cazanul a fost bine verificat

si temperatura interioara a ajuns sub 350 C. 4.4 Echipamente pentru tratarea apei de alimentare a instalatiilor

tehnologice

Calitatea apei de alimentare influenteaza direct siguranta exploatarii, timpul de functionare si randamentul instalatiilor tehnologice care o folosesc. Folosirea apei netratata provoaca blocarea cu crusta si namol a instalatiilor.

Duritatea este caracteristica apelor ce contin saruri de calciu si magneziu; apele dure sunt improprii intrebuintarilor industriale si pentru baut, ele formand depozite aderente(in cazanele de abur sau circuitelor de racire ale diverselor echipamente cum sunt compresoarele de gaze sau schimbatoarele de caldura).

Duritatea apei datorita clorurilor si sulfatilor alcalini nu dispare prin fierbere si se numeste duritate permanenta; cea datorata bicarbonatilor dispare prin fierbere si se numeste duritate temporara.

Densitatea caracterizeaza continutul in saruri al apei (apa alcalina) si se determina cu areometrul; unitatea de masura este gradul Baumé (0Bé).

Prin definitie, apa care contine 100 N clorura de sodiu la 1m3 are o densitate de 10Bé.

Prepararea apei de alimentare a instalatiilor tehnologice folosite in extractie poate fi efectuata inainte de introducerea in instalatie si consta in operatii de decantare, filtrare, degazare, dedurizare(reducerea duritatii pe cale chimica, termochimica sau mecanica) sau in interiorul instalatiei si consta din dezincrustare si purjare.

Epurarea chimica a apei se efectueaza prin tratarea acesteia cu reactivi (fosfati, permutit, var, soda, etc) care transforma sarurile solubile in saruri insolubile care precipita.

Cazanele de abur din santierele petroliere, fiind alimentate cu ape de compozitii variate nu sunt echipate cu epuratoare, care sa purifice apa inainte de a intra in cazan. De aceea, in cazul cazanelor de abur se obisnuieste tratarea apei in interior. In scopul acesta se folosesc dezincrustanti (solutii de soda calcinata

73

sau soda caustica), care se introduc in cazan pentru a impiedica formarea depunerilor de piatra sau a indeparta crusta depusa.

Apele de alimentare care se trateaza cu dezincrustante sint apele cu duritatea de peste 40Bé; ele formeaza cantitati mari de namol si necesita purjari dese si regulate.

La cazanele de tip locomobil folosite in activitatea de extractie, solutia de soda se introduce cu ajutorul unor vase similare cu lubricatoarele montate deasupra rezervoarelor de fiecare grad a cazanelor. Dupa stabilirea dozajului (cite 19 cN de soda pentru alimentare de duritate permanenta la 1m3 apa), se picura cantitatea prescrisa de solutie in apa de alimentare. Tratarea apei trebuie facuta corect si continuu.

La cazanele moderne dar si la instalatiile de racire ale statiilor de comprimare a gazelor, prepararea apei tehnologice se realizeaza cu ajutorul statiilor de dedurizare a apei, in diferite variante constructive, mai vechi sau mai moderne, bazate pe principiul chimic al schimbului ionic.

In procesul de dedurizare, apa dura trece printr-un pat de rasina(sub forma unor granule fine), care retin mineralele, respectiv ionii de calciu si magneziu. Procesul se desfasoara in patru etape:

1) Partea principala a unei instalatii de dedurizare este un rezervor in care se afla granule de rasina. Granulele sunt acoperite cu ioni de sodiu. La trecerea apei dure printre granule, acestea actioneaza ca un magnet, atragand ionii de calciu, magneziu, fier si mangan(care confera duritate apei), in schimbul ionilor de sodiu(sau potasiu). Schimbul de ioni depinde de tipul sarii de regenerare sau inlocuitorul acesteia, aflata in rezervorul de saramura. In unele cazuri se adauga catalizatori pentru a reduce degradarea rasinii de catre ionii de fier.

2) In cele din urma, granulele de rasina sunt saturate cu ioni minerali si trebuie “reancarcare”. Acest proces se numeste regenerare si este condus de vana de control. Aceasta poate fi manuala, semiautomata sau automata. Vanele de control automate comanda regenerarea in functie de timp sau in functie de volumul de apa dedurizat.

74

3) Pentru regenerare, prin masa de rasina este trecuta o solutie de saramura spaland granulele cu un curent de ioni de sodiu care inlocuiesc ionii duri depusi anterior. Fierul precipitat este, de asemenea, spalat si dizolvat de catre aditivii din saramura. 4) Saramura care contine ionii minerali este evacuata si inlocuita cu apa curata. Rasina regenerata poate fi utlizata din nou. Apa rezultata in procesul de regenerare si spalare este dirijata in sistemul de canalizare.

In general, aceste sisteme de dedurizare pot functiona chiar si 10 ani inainte ca rasina sau intregul sistem sa fie inlocuite. Sarea continuta in rezervorul de saramura trebuie completata periodic. Dedurizarea nu poate avea loc daca ionii de sodiu au fost epuizati. Frecventa de regenerare a granulelor de rasina depinde de duritatea apei, de cantitatea de apa care trebuie dedurizata si de capacitatea instalatiei de dedurizare.

De obicei, pentru ca procesul sa aiba continuitate, sunt folosite instalatii de regenerare cu schimb de ioni cu doua filtre ionice, care functioneaza alternativ. In timp ce unul realizeaza filtrarea ionica, celalalt este regenerat, procesul de schimbare intre cele doua avand loc automat(Fig. 4.21).

Figura 4.21

75

4.5 Masuri de tehnica a securitatii si protectie a muncii pentru exploatarea si mentenanta vaselor sub presiune.

Vasele sub presiune pot prezenta pericole atat pentru personalul de deservire cat si pentru cei aflati in apropiere, daca nu se respecta masurile de protectie a muncii. Cauzele accidentelor: -nerespectarea regimului tehnologic de lucru, in special depasirile de presiune si temperatura peste valorile admise; -starea defectuoasa a armaturilor; -pregatirea insuficienta sau neatentia personalului de deservire sau mentenanta;

Cele mai grave accidente ale vaselor sub presiune sunt exploziile. Ele se produc acolo unde se realizeaza amestecuri explozive in contact cu surse de foc. Amestecuri explozive se pot produce, de exemplu, la recipientele de aer, cind nu se indeparteaza uleiul scapat din compresor; amestec de metan si aer in anumite proportii, etc. Se controleaza intotdeauna ca supapele de siguranta ale vaselor sub presiune sa nu fie ruginite sau intepenite. Ele trebuie sa functioneze la presiunea prescrisa. Vasele sub presiune vor fi prevazute intotdeauna cu aparatura de siguranta si control corespunzatoare. Fiecare recipient sub presiune trebuie sa aiba fixata pe corpul sau placa de timbru. Se interzice lucrul cu recipiente sub presiune fara aparatura de siguranta, masura si control. Pentru prevenirea exploziilor chimice se va evita formarea amestecurilor explozive prin asigurarea unei etanseitati perfecte la instalatii si masini. In plus vor fi inlaturate toate sursele de caldura care pot aprinde un eventual amestec exploziv.