В нефтегазовой отрасли оборудование с двигателями внутреннего сгорания часто работает в условиях присутствия природного газа, легковоспламеняющихся паров и других потенциально опасных веществ. Для критически важного оборудования, такого как нефтепромысловые насосы, компрессоры, дизельные генераторы и другое оборудование с двигателями внутреннего сгорания, надежный запуск двигателя имеет решающее значение для обеспечения непрерывной работы и безопасности на объекте.
Поэтому при выборе взрывозащищенного пускового устройства для нефтегазовой отрасли следует учитывать не только мощность запуска. Необходимо принимать во внимание такие факторы, как классификация для взрывоопасных зон, сертификация оборудования, технические характеристики двигателя, условия эксплуатации и надежность пусковой энергии.
В зависимости от области применения, распространенные решения для запуска включают взрывозащищенные электрические пусковые устройства, пневматические пусковые устройства, гидравлические пусковые устройства и механические пружинные пусковые устройства. Каждое решение имеет свои преимущества и ограничения с точки зрения безопасности, энергозависимости, технического обслуживания и надежности.
В данной статье рассматриваются основные типы систем запуска двигателей, используемых в нефтегазовой отрасли, их рабочие характеристики и типичные области применения, а также способы выбора наиболее подходящего решения для запуска в зависимости от реальных условий эксплуатации.
Что такое взрывозащищенный пусковой механизм?
Взрывозащищенный стартер, как правило, представляет собой пусковое устройство или систему запуска двигателя, разработанную для потенциально опасных сред и сконструированную в соответствии с применимыми требованиями безопасности.
На нефтегазовых объектах в некоторых зонах могут содержаться концентрации легковоспламеняющихся газов или паров, способных образовывать взрывоопасную смесь. В соответствии со стандартом IECEx такие среды называются взрывоопасными атмосферами, и оборудование должно использовать соответствующие меры защиты для снижения риска возгорания.
В соответствии с американской системой классификации, опасные зоны на нефтеперерабатывающих предприятиях могут быть отнесены к классу I, подразделению 1/2 или зоне 0/1/2. Стандарты API RP 500 и API RP 505 содержат рекомендации по соответствующим подходам к классификации опасных зон, используемым на нефтеперерабатывающих предприятиях.
Поэтому при выборе пускового устройства для нефтегазовой отрасли недостаточно учитывать только пусковую мощность. Необходимо также оценить требования к взрывоопасным зонам и пригодность всей пусковой системы в целом.
Почему в нефтегазовой отрасли необходимы специализированные пусковые устройства?
Оборудование с двигателями внутреннего сгорания, используемое в нефтегазовой отрасли, часто работает в более сложных условиях, чем оборудование в обычных промышленных условиях.
В условиях потенциально взрывоопасных атмосфер, удаленных мест, ограниченной доступности электроэнергии и необходимости высоконадежного запуска, система запуска должна быть тщательно подобрана и спроектирована с учетом конкретных условий эксплуатации.
1. Потенциально опасные среды
В процессе разведки и разработки нефтепродуктов существует вероятность присутствия легковоспламеняющихся газов, паров или туманов, способных создавать взрывоопасную атмосферу.
Согласно IECEx, к областям применения оборудования, предназначенного для работы во взрывоопасных средах, относятся морские нефтегазовые платформы, нефтеперерабатывающие заводы, предприятия по переработке нефти и газа, плавучие установки для добычи, хранения и отгрузки нефти (FPSO) и сооружения газопроводов.
Следовательно, выбор пусковых устройств в нефтегазовой отрасли не должен основываться только на стандартах, применяемых к обычным промышленным устройствам. Это связано с необходимостью учитывать категорию опасной зоны, требования к сертификации устройства, место установки и правила эксплуатации объекта.
2. Дистанционные операции на нефтяных месторождениях
Многие нефтегазовые установки размещаются в районах, удаленных от городских и промышленных центров; многие из них строятся в сложных условиях. К таким условиям обычно относятся удаленные нефтяные месторождения, места бурения и бурения скважин, трубопроводные станции, морские установки и удаленные производственные объекты.
Подобные установки могут страдать от перебоев в электроснабжении, низких температур, низкого качества батарей или недостаточного технического обслуживания.
По этой причине, помимо традиционных электрических систем запуска, для повышения доступности оборудования и надежности запуска могут быть рассмотрены независимые резервные системы запуска, не зависящие от внешнего источника электроэнергии.
3. Надежность запуска двигателя
Для запуска насоса, компрессора, генератора и другого оборудования, работающего от дизельного двигателя в нефтегазовой отрасли, стартер должен обеспечивать достаточный крутящий момент и мощность, необходимые для данного конкретного двигателя.
При выборе стартера необходимо учитывать определенные параметры, такие как объем двигателя, пусковой момент, пусковая скорость, температура окружающей среды, источник питания и условия установки.
Также следует учитывать, будет ли пусковое устройство использоваться в качестве основного или резервного, поскольку их требования могут отличаться.
4. Аварийный и резервный запуск
Для некоторых критически важных нефтегазовых установок система запуска может потребоваться не только для обычного запуска двигателя, но и для аварийного или резервного запуска.
Если основная электрическая система запуска выходит из строя из-за отказа батареи, перебоев в электропитании или проблем с электрической системой управления, то для запуска двигателя может быть использована независимая механическая, пневматическая или гидравлическая система запуска.
Среди этих вариантов механический пружинный стартер заранее накапливает механическую энергию и высвобождает ее, когда требуется запуск двигателя. Поскольку он не зависит от обычной батареи или внешнего источника сжатого воздуха, он может обеспечить независимый вариант запуска для некоторых промышленных применений.
Типы пусковых устройств, используемых в нефтегазовой отрасли
Не существует единого пускового устройства, подходящего для всех областей применения в нефтегазовой отрасли.
В зависимости от источника энергии и механизма запуска, в нефтегазовой отрасли обычно используются следующие методы запуска:
| Тип стартера | Энергетический ресурс | Типичное применение |
| Взрывозащищенный электрический стартер | Электропитание / батарея | Дизельные двигатели и промышленное оборудование |
| Пневматический стартер | Сжатый воздух | Двигатели большой мощности и промышленное оборудование |
| Гидравлический стартер | Гидравлическая энергия | Тяжелое или специализированное оборудование |
| Механический пружинный стартер | Накопленная механическая энергия | Автономный или резервный запуск двигателя |
Окончательный выбор пускового устройства всегда должен основываться на технических характеристиках двигателя, требованиях к применению, классификации взрывоопасных зон и условиях эксплуатации.
Взрывозащищенные электрические пусковые устройства
Электрические стартеры используют электродвигатель для вращения коленчатого вала двигателя и являются одним из наиболее распространенных способов запуска дизельных двигателей.
В обычных промышленных условиях широко используются электрические системы запуска. Тем не менее, если электропусковое устройство установлено в опасной зоне на нефтегазодобывающем предприятии, оно должно соответствовать соответствующим стандартам безопасности.
Стандарт API RP 500 определяет классификацию опасных зон для электроустановок на нефтеперерабатывающих заводах как класс I, подразделения 1 и 2, а стандарт API RP 505 классифицирует зоны класса I, зоны 0, зоны 1 и зоны 2.
В связи с этим, при выборе взрывозащищенного пускового устройства для электродвигателя следует обращать внимание не только на его название, но и учитывать следующие моменты:
- Применимая классификация опасных зон
- Сертификация или одобрение
- Напряжение и пусковой ток
- Совместимость двигателя
- Требования к установке
- Местные правила
При окончательном выборе необходимо убедиться, что конструкция и сертификация пускового устройства соответствуют фактической зоне установки и требованиям проекта.
Пневматические стартеры
Пневматические стартеры используют сжатый воздух для накопления и высвобождения энергии, а также для привода двигателя в процессе запуска.
Поскольку пневматический пуск не зависит от обычного электродвигателя с батарейным питанием, пневматические пусковые устройства широко используются для некоторых мощных дизельных двигателей и промышленного оборудования.
Для нефтегазового оборудования, уже имеющего надежную систему сжатого воздуха, пневматический пуск может быть эффективным решением.
Однако его эффективность в значительной степени зависит от доступного притока воздуха. Поэтому при выборе следует учитывать следующее:
- Источник сжатого воздуха
- Требуемое давление воздуха
- Емкость хранилища воздуха
- Система трубопроводов и управления
- Требования к запуску двигателя
Иными словами, выбор пневматического стартера — это не просто выбор самого стартера. Вся система сжатого воздуха также должна обеспечивать достаточную пусковую энергию, когда двигатель необходимо запустить.
Гидравлические пусковые устройства
Гидравлические стартеры запускают двигатель с помощью гидравлической энергии и обычно используются в крупных дизельных двигателях, тяжелой технике или в промышленных целях, где для запуска двигателя необходим альтернативный источник энергии.
В гидравлической системе запуска гидравлический аккумулятор используется для предварительного накопления энергии. Когда требуется запуск, накопленная гидравлическая энергия быстро высвобождается, обеспечивая пусковой момент, необходимый для вращения двигателя.
По сравнению с электрическим стартером, гидравлические системы позволяют снизить зависимость от аккумуляторных батарей. Однако они также могут потребовать более сложной конфигурации и монтажа.
При выборе гидравлической системы запуска важными факторами являются:
- Гидравлическое давление
- Емкость гидравлического аккумулятора
- Пусковой момент
- Требования к двигателю
- Конфигурация гидравлической цепи
Для крупного или специализированного промышленного оборудования гидравлический пуск может стать альтернативой традиционному электрическому пуску, особенно когда требуется независимый источник пусковой энергии.
Механические пружинные стартеры
Механический пружинный стартер — это механическое устройство для запуска двигателя, которое механически накапливает энергию и высвобождает её, когда необходимо запустить двигатель.
Стартер использует пружинный механизм для предварительного накопления энергии. Когда требуется запуск двигателя, накопленная механическая энергия высвобождается через систему механической передачи для вращения коленчатого вала двигателя.
Его основной принцип работы можно кратко описать следующим образом:
Накопление энергии → Включение стартера → Высвобождение энергии → Прокрутка двигателя → Запуск двигателя
В отличие от обычного электрического стартера, механический пружинный стартер не использует электродвигатель в качестве основного источника пусковой энергии. Вместо этого он использует ранее накопленную механическую энергию для проворачивания двигателя.
В результате, это может быть полезно в тех областях применения, где важен автономный запуск, резервный запуск или снижение зависимости от батарей.
Механический пружинный стартер может быть особенно полезен для оборудования, где требуется независимость от источника пусковой энергии. Это означает, что в тех случаях, когда основная электрическая система запуска может зависеть от состояния батареи, источника питания или отказа электрической системы, механическая система запуска обеспечит дополнительную резервную систему для запуска двигателя.
Но нельзя забывать об одном:
Механический пружинный пусковой механизм не может автоматически называться взрывозащищенным, если данное оборудование не сертифицировано для этой цели.
Иными словами, механический привод не означает автоматически наличие взрывозащитной сертификации.
Если изделие предназначено для установки в определенной опасной зоне, его пригодность должна быть проверена на основе конструкции изделия, документов о сертификации или утверждении, а также классификации опасной зоны и требований проекта.
Механический пружинный стартер Cqstart
Механический пружинный стартер Cqstart — это чисто механическое устройство для запуска дизельных двигателей. Он использует ручное управление для накопления энергии в дисковой пружине и высвобождает накопленную энергию при необходимости запуска, приводя в движение маховик двигателя для его проворачивания.
Для его работы не требуется аккумулятор, электродвигатель, сжатый воздух или гидравлическая система, что делает его подходящим в качестве автономного или резервного пускового устройства для некоторых типов дизельных двигателей.
Для применения в нефтегазовой отрасли в условиях ATEX пружинный стартер Cqstart может использоваться для запуска дизельных двигателей на нефтяных месторождениях, морских платформах и в других потенциально опасных средах, при условии наличия соответствующей сертификации и соответствия требованиям проекта.
Его чисто механическая, неэлектрическая конструкция запуска снижает зависимость от традиционных электрических систем запуска и может подойти для применений, где важны независимость от внешнего воздействия и надежность запуска.
Компания Cqstart предлагает несколько моделей, предназначенных для установки на дизельные двигатели объемом от менее 2 л до примерно 50 л, со стандартными интерфейсами SAE и возможностью индивидуальной настройки креплений.
Применение взрывозащищенных пусковых устройств в нефтегазовой промышленности
В зависимости от типа двигателя, функциональности оборудования и условий эксплуатации, системы запуска двигателя могут использоваться в широком спектре применений в нефтегазовой отрасли.
Выбор подходящего метода запуска должен осуществляться в зависимости от классификации взрывоопасной зоны, требований к двигателю, доступного источника энергии и технических условий проекта.
Нефтепромысловое оборудование
Пусковые устройства могут использоваться для различного нефтепромыслового оборудования с дизельными двигателями, включая оборудование для полевого обслуживания, силовые установки и вспомогательное оборудование.
При работе на удаленных нефтепромыслах особое внимание следует уделять надежности пусковой энергии, доступности оборудования и простоте технического обслуживания.
Оборудование для обслуживания скважин
Системы запуска могут использоваться для оборудования, используемого в скважинах, которое требует частого или надежного запуска двигателя.
Выбранный стартер должен обеспечивать достаточный пусковой момент и быть совместимым с двигателем и фактическими условиями эксплуатации.
Дизельные генераторы
Системы запуска широко используются в дизель-генераторных установках, обеспечивающих основное или резервное электропитание нефтегазовых объектов.
Для ответственных генераторных установок можно рассмотреть возможность использования независимой или резервной системы запуска для повышения надежности запуска и доступности оборудования.
Насосы
Пусковые устройства могут использоваться для насосов с дизельными двигателями, применяемых в нефтегазопереработке, повышении давления и других вспомогательных областях.
Соответствующую систему запуска следует выбирать в зависимости от требований к запуску двигателя и имеющихся на объекте источников энергии.
Газовые компрессоры
Системы запуска могут использоваться для газовых компрессоров, приводимых в действие дизельными двигателями.
Поскольку компрессорам может потребоваться значительный пусковой момент, такие факторы, как пусковой момент, совместимость с двигателем, пусковая энергия и условия эксплуатации, имеют особое значение в процессе выбора.
Дистанционное производственное оборудование
Системы запуска могут применяться на удаленных производственных объектах, буровых площадках и другом производственном оборудовании, где доступ к электроэнергии может быть ограничен.
В таких приложениях возможность автономного или резервного запуска может принести значительную практическую пользу.
Оффшорное оборудование
Пусковые устройства также могут использоваться для морских платформ, судов и другого оборудования для морской нефтегазовой отрасли.
Поскольку требования к морским объектам в отношении пространства, коррозии, безопасности, сертификации и надежности оборудования выше, первоначальный выбор системы должен основываться на экологических параметрах, классе опасной зоны и критериях сертификации проекта.
Как выбрать взрывозащищенный пусковой механизм для применения в нефтегазовой отрасли?
Для покупателей нефтегазового оборудования выбор подходящего стартера должен включать в себя нечто большее, чем просто изучение названия продукта или мощности двигателя.
Для надлежащей оценки следует учитывать технические характеристики двигателя, пусковой момент, источник энергии, назначение запуска, классификацию взрывоопасной зоны и условия эксплуатации.
Следующие шаги помогут сузить круг поиска и выбрать наиболее подходящую закваску.
1. Подтвердите модель двигателя.
Для начала подтвердите основные технические характеристики двигателя, в том числе:
- Производитель двигателя
- Инженерная модель
- Рабочий объем
- Номинальная мощность
- Существующая система запуска
Тип двигателя является основным фактором, который следует учитывать при выборе стартера, поскольку разные типы двигателей могут иметь разные требования к крутящему моменту, типы крепления и пусковые характеристики.
При запросе предложения или ценового предложения точный тип двигателя может помочь в процессе выбора подходящего стартера.
2. Определите требуемый пусковой момент.
Пусковой момент — один из важнейших параметров при выборе механического пружинного стартера.
Стартер должен обеспечивать достаточную механическую энергию и крутящий момент для преодоления внутреннего сопротивления двигателя в процессе запуска и разгона коленчатого вала до требуемой пусковой скорости.
Следовательно, выбор стартера не следует основывать исключительно на следующих критериях:
- Мощность двигателя
- Вместо этого, на самом деле:
- Требуемый пусковой момент
- Также следует провести оценку.
Это особенно важно для крупных дизельных двигателей и оборудования, работающего в условиях низких температур.
3. Определите доступный источник энергии.
Следующий шаг — определить, какие виды исходной энергии доступны на данном участке, например:
- Электричество
- Аккумулятор
- Сжатый воздух
- Гидравлическая мощность
- Механическая энергия
Если на объекте имеется стабильное электроснабжение и надежные аккумуляторы, то обычный электрический стартер может оказаться удобным решением.
Для оборудования с ограниченной электрической мощностью или в тех случаях, когда необходимо снизить зависимость от одного источника энергии, целесообразно рассмотреть пневматические, гидравлические или механические системы запуска.
4. Определите основной или резервный источник питания.
Перед выбором стартера необходимо ответить на важный вопрос:
Является ли стартер основной или резервной системой запуска?
Если механический пружинный стартер предназначен для использования в качестве основного стартера, необходимо тщательно проверить его пусковые характеристики, режим работы и совместимость с двигателем.
Если механический пружинный стартер будет использоваться в качестве дополнительного стартера, необходимо учитывать и другие аспекты.
Определение роли стартера поможет избежать выбора неправильного варианта из-за неподходящих условий эксплуатации.
5. Подтвердите требования к взрывоопасным зонам.
При реализации нефтегазовых проектов покупатели должны подтвердить классификацию опасной зоны и применимые требования безопасности, в том числе:
- Классификация зон
- Необходимая концепция защиты
- Требования к сертификации
- Местные правила
- Технические характеристики проекта
Как API RP 500, так и API RP 505 можно считать очень хорошими источниками информации в плане классификации опасных зон на нефтеперерабатывающих предприятиях.
Следует отметить, что тот факт, что механический пружинный пусковой механизм работает механически, не означает автоматически, что это устройство является взрывозащищенным.
Соответствие данного продукта требованиям необходимо проверять в соответствии с документацией, классификацией опасных зон и другими критериями, относящимися к проекту.
6. Рассмотрите операционную среду
Наконец, следует оценить фактическую среду установки и эксплуатации, включая:
- Температура окружающей среды
- Влажность
- Агрессивная атмосфера
- Пыли
- Условия в открытом море
- Доступность установки
В случае удаленных нефтяных месторождений, буровых площадок и морских сооружений все это окажет прямое влияние на установку, техническое обслуживание и производительность пускового устройства.
Следовательно, при выборе взрывозащищенного пускового устройства для нефтегазовой отрасли следует учитывать вышеуказанные параметры наряду с техническими характеристиками двигателя, а не только характеристики пускового устройства.
Заключение
Для нефтегазовой отрасли выбор взрывозащищенного пускового устройства — это не просто вопрос поиска устройства с пометкой «взрывозащищенное».
При выборе пускового устройства следует учитывать несколько критериев, среди которых тип двигателя, источник пусковой энергии, классификация взрывоопасной зоны, требования к сертификации, условия эксплуатации и необходимость резервного запуска.
Существует несколько типов заквасок, каждая из которых имеет свои преимущества и области применения.
Подходящим вариантом пускового устройства для автономного запуска оборудования, приводимого в движение дизельными двигателями, может служить механический пружинный пусковой механизм.
Если вам нужен надежный механический пружинный стартер для применения в нефтегазовой отрасли, свяжитесь с компанией Cqstart , чтобы обсудить технические характеристики вашего двигателя и требования к запуску.
