Манифольд — что это такое?

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:

1. По месту расположения:
   Наземные Подводные
2. 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