页岩气阀门实现自动化关闭的方案

在许多地区，从页岩地层发现和提取的气体和液体,需要快速发展基础设施。阀门及其自动化在处理和输送气体和流体的每个阶段都发挥关键作用-从井口到储存设施和分配系统。这意味着它们必须保证操作人员的安全，对操作的过程控制以及对有价值资产的保护以及在环境事件的情况下的预防或减轻是至关重要的。

由于新技术推动了前所未有的页岩气增长，运营商也会根据地方法规和行业法规，标准和许可要求来处理，其中许多是不断变化的，有些也未明确定义。此外，由于快速基础设施或新工业的发展，作为对公众施加压力的反应，传统上不受限制。公众真正关注这种非常规技术的安全性，以及水的使用/处置以及钻井和生产对环境及社区的影响。

石油和天然气生产者本质上具有安全意识，并且意识到需要避免可能导致对规章影响的不利事件或活动。也知道坏消息和消极的舆论的后果，可能招致任何烦恼。这些生产商通常都在24/7的媒体报道的“十字准线”，可能是不准确，不完整和容易耸人听闻的。他们知道他们的井和辅助设备通常在偏远地区，不能由现场人员方便地或持续地监测。然而，这些位置需要在过程异常，紧急情况或溢出的情况下立即关闭。通常井和过程安全出现故障就会自动紧急停机(ESD)(图1)。

页岩气阀门

本文讨论了现有和拟议的法规对这些问题的适用性以及对陆上油气井和相关活动产生巨大影响的行业监督。该文章还识别和解决了关于阀门自动化解决方案或最终控制元件(其为自动关闭阀)的许多当前设备技术。这些最终控制元件是许多ESD以及在井和流线上使用的过程关闭(PSD)解决方案的组成部分。注意，本文开始在自动化生产或流动阀上进行讨论，并且不打算涉及海上油井设备(API 17D)，海底，井下安全阀和主阀。

快速的互联网搜索揭示了数以百计的页岩气建议或新的法规。它还显示了许多政府机构，组织，地方管辖机构，土地管理局和许多指导/草案/修订规则和计划工程师团队。一些地方目前已经实施了断裂暂停，并且已经提出公众意识，水力压裂液可以免除某些EPA规则，例如2005年的安全饮用水法案(除非该方法在压裂液中使用柴油)。

与此同时，许多公司和组织通过采取独特的行动来应对日益增长的页岩开发关注。越来越多的页岩气联盟和组织共享信息，例如建立“新的或地方的”最佳实践和解决问题，已经诞生了。例如，能源公司和环境组织最近组成了一个联盟-可持续页岩开发中心。该小组的最初重点将是减少空气和水污染，并建立认证过程。

节流

截止阀

处的自动液压ESD ESD，PSD或安全仪表系统是一组部件，逻辑解算器和最终控制元件，其设置用于当预定条件跳闸时将过程带到安全状态。 这些部件通常包括弹簧复位致动器以在发生镦粗的情况下关闭阀。 这种系统在所有流动情况下是重要的，并且是远程的，无人值守的或者外部电源不可用，不可靠或过于昂贵时尤其重要。 可靠性和预防是这些系统的关键因素。阀和它们的自动化通常在延长的时间段内保持在静止位置，但是当需要立即关闭或转向时，它们必须在没有出现错误的情况下执行。 如果这些系统没有这种可靠性，灾害将更可能发生。

所有需要结果，反应或必须锁定到“跳闸信号”(不只是故障就位)的ESD / PSD执行器需要某种类型的电源来将该能量转换成可驱动阀门到其预定的ESD / PSD位置或安全状态。通常，在开始显着的自动化进程之前，必须建立与阀门类型相结合的电源。不是简单地列出三个主??要能量源，以下是对于典型的ESD/PSD执行器使用在页岩场中可以发现的电源或组合电力解决方案构思的总结。这些想法或方法当然不是一定的，但它们代表可能的现成自动化解决方案。

手动动力(人力)：该动力源可用于产生能量，通常为手动液压泵的形式，可压缩弹簧(在弹簧复位执行器中)。

直接压缩机械弹簧的气动或气体供应：这可以采取仪器空气供应(压缩空气)，从阀门中的介质(例如天然气)获得的气体供应，氮气瓶或任何合适的压力容器例如空气故障安全箱。

气动或气体储存供应：该源可用于充分加压的体积，因此通过ESD / PSD功能为执行器供电。这可以是气体马达或其它气体驱动的致动器(例如，油气单元)。

液压或液压动力单元：直接液压动力，通常需要电源为液压泵提供动力，可以压缩弹簧或将液压能储存在储存容器(液压蓄能器)中。

电气(交流，直流，包括太阳能电池板派生)：除了在充电的电池存储组提供备用电源或较小，弹簧复位，四分之一或四分之一部分回合单位。

电混合：电液致动器通常使用电源来产生用于压缩机械弹簧的液压压力。

自动化解决方案可以配置多种方式来响应跳闸和ESD或PSD信号。页岩油田中最常用的方法包括：

通过ESD / PSD信号关闭到电磁阀：系统可以通过电信号远程或本地关闭，通常通过使电磁阀断电。

供应压力损失：这通常是一个先导式控制阀，其功能类似于电磁阀。

高压和/或低压关闭：这通常是一个或两个压力先导阀(高和/或低)。在流动管线上的各点安装有引导件或压力传感器，以在超过预设压力范围(称为过压管道保护系统)的情况下自动触发阀关闭，或者降低到给定值或范围以下。它的版本也可用于测量随时间的压降，允许在预定时间段内的临时压力波动，以避免假的跳闸。

高温关断：这通常是可熔断的插头装置或温度传感装置，通常可以释放动力压力。

无线：更新的技术可用于监控阀门和流量管线，并发送报警或监控信号用于现场位置识别。通常，无线发射器尚未被认为适合于基本过程控制系统功能上的ESD。

自动阀通常用于防止或减轻不希望的事件。除了减少设施人员，资产的风险外，还应考虑以下影响和关注：

保护和保护环境与经营责任;

页岩气阀门使用现场

减少任何溢出或溢出的影响风险，事件成本和生命周期成本降低;

法律行动和产生的法规=降低成本和法规遵从性;

降低运营成本，减少停机时间=通过扩展的健康诊断提高可用性和效率;

罚款，处罚和财产损失索赔=降低风险和降低运营成本;

损失的收入，货物和生产=通过扩展健康诊断的收入效率;

“报警超载”，经验和物理反应时间=事件缓解和预防;

运输，外部业务中断和紧急支持稀释=降低风险，减少事件和降低运营成本;

损害声誉，企业公民，社会经济问题=公司市场价值;

对产品盗窃和更好的库存控制的威慑=产品损失预防和效率提高;

对未来扩张，许可，地点或范围计划的影响=隐藏的经营价值增加，并减少了监管合规成本。

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