Манифольд - важнейший элемент системы нефтегазовой арматуры. От его работы зависит безопасность скважины и эффективность добычи. Давайте разберемся, что это за устройство, как оно устроено, для чего нужно и как правильно эксплуатировать.
Назначение и основные функции манифольда
Манифольд представляет собой систему трубопроводов, вентилей, задвижек и других элементов нефтегазовой арматуры, объединенных в один блок. Его основные функции:
- Смешивание или перераспределение потоков рабочей среды между различными входами и выходами
- Подключение контрольно-измерительных приборов и автоматики
- Регулирование давления и расхода с помощью дроссельных и запорных устройств
Существуют следующие разновидности манифольдов:
- По месту расположения:
- Наземные Подводные
- По назначению:
- Промысловые
- Магистральные
Применение манифольдов на нефтегазовых объектах
На нефтегазовых месторождениях манифольды применяются повсеместно - на кустах скважин, установках подготовки нефти и газа, компрессорных и насосных станциях.
Конструктивно манифольд представляет собой металлический корпус, в котором смонтированы следующие элементы:
- Трубопроводы
- Задвижки и вентили
- Дроссельные устройства
- Контрольно-измерительные приборы
Принцип работы манифольд что это
Схема манифольд разрабатывается исходя из конкретных условий эксплуатации с учетом рабочих параметров технологического процесса.
Принцип работы манифольда основан на регулировании потоков рабочей среды (нефти, газа, пара и др.) по отдельным линиям. Это достигается за счет открытия/закрытия задвижек, а также изменения степени сужения проходных сечений в дроссельных устройствах.
Линии дросселирования и глушения
Линии дросселирования и глушения манифольд, как правило, оформляются в виде отдельных технологических блоков с возможностью оперативного отключения.
Нормативные документы для расчета
Основой для расчетов служат требования нормативных документов:
- ГОСТ 13862-90 "Оборудование противовыбросовое"
- СНиП 2.05.06-85 "Магистральные трубопроводы"
- ПБ 08-624-03 "Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности"
Манифольд фото примеров
Ниже приведены фотографии различных типов манифольд в реальных условиях эксплуатации.
Рассмотрим несколько примеров типовых конструктивных решений манифольдов, применяемых в нефтегазовой отрасли.
Для фонтанных скважин используются манифольды со следующими основными блоками:
- Блок задвижек для регулирования потока
- Блок манометров для замера давления
- Блок гасителей пульсаций
Особенностью является возможность оперативной изоляции отдельных участков или всего манифольда с помощью запорной арматуры.
Манифольд для нагнетательных скважин
Манифольды нагнетательных скважин включают:
- Блок задвижек и обратных клапанов
- Блок манометров и термометров
- Блок дроссельных шайб для регулирования расхода
Конструкция рассчитана на подачу в скважину воды, пара, газа или специальных реагентов.
Манифольд для систем сбора нефти и газа
На промысловых трубопроводах систем сбора применяются манифольды с функциями:
- Распределения потока по технологическим маршрутам
- Дросселирования и регулирования давления
- Отбора проб и замера параметров потока
Особенности подводных манифольдов
Подводные манифольды имеют ряд конструктивных особенностей:
- Герметичное исполнение всех узлов
- Усиленная изоляция и антикоррозионная защита
- Возможность установки и обслуживания под водой
Их применяют преимущественно на морских нефтегазодобывающих платформах.
Требования к материалам манифольдов
Для изготовления манифольдов применяются следующие материалы:
- Низколегированные и нержавеющие стали
- Высокопрочные сплавы
- Полимеры и композиты
Основные требования к материалам:
- Предел текучести не менее 350 МПа
- Работоспособность в диапазоне температур от -60 до +120°С
- Стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением
- Технологичность обработки и сварки
Стали для манифольдов
Наиболее распространены стали 09Г2С, 17Г1С, 20ЮЧ, 15Х5М, 12Х18Н10Т, имеющие оптимальное сочетание прочностных и коррозионных свойств.
Сплавы на основе никеля (типа ХН65МВУ) обеспечивают длительную эксплуатацию при температуре свыше 300°С и высоком давлении.
Армированные полимеры и стеклопластики применяются для неметаллических манифольдов благодаря коррозионной стойкости и герметичности.
Методы расчета прочности манифольдов
Прочность манифольдов рассчитывают на основе:
- Метода конечных элементов
- Аналитических методов сопротивления материалов
При моделировании методом конечных элементов весь объект разбивается на отдельные элементы, для каждого из которых составляются уравнения прочности с учетом воздействующих нагрузок, напряжений, деформаций.
Этот метод позволяет точно учесть геометрию деталей, свойства материалов, особенности сборки конструкции.
Аналитические расчеты
Аналитические методы основаны на применении общих уравнений сопротивления материалов с введением упрощающих допущений о форме деталей и характере нагружения.
Несмотря на неточность, аналитические расчеты часто используют на начальных этапах проектирования для приближенной оценки прочности и подбора сечений элементов.
Анализ прочности манифольда методом конечных элементов
Рассмотрим пример расчета манифольда в программном комплексе ANSYS Workbench.
Создадим 3D модель, зададим граничные условия, свойства материалов, приложим нагрузки по внутреннему давлению и изгибающий момент от веса конструкции.
После автоматического разбиения объема на конечные элементы и решения задачи получим картину напряженно-деформированного состояния и распределение запасов прочности по деталям.
На основании результатов расчета можно выполнить оптимизацию конструкции:
- Изменить толщины стенок деталей
- Добавить ребра жесткости в зонах повышенных напряжений
- Скорректировать форму отдельных элементов
