Geavanceerde techniek voor API6D-kogelkraanontwerp

Ontwerp- en gietmethodologie zijn van groot belang voor de kwaliteit en levensduur van de klep. Bij de ontwikkeling en productie van kleppen die in de olie- en gasindustrie worden gebruikt, zoals API6D-kogelkranen, hebben deze methodologieën een positieve invloed op het ontwikkelingsproces van toepassingen, waaronder statische, stromings- en gietanalyses, terwijl de validatie en betrouwbaarheid van de producten wordt gewaarborgd.

Afsluiters worden in verschillende industrieën gebruikt, waaronder de olie-, aardgas-, chemische, maritieme en andere industrieën, om een ​​veilige stroomregeling te garanderen. Er zijn verschillende soorten kleppen ontwikkeld op basis van de pijpleidingen waarin ze worden gebruikt, de eigenschappen van de vloeistoffen en de omgevingsomstandigheden.

Het produceren en valideren van deze kleppen in overeenstemming met internationale normen en regelgeving is van cruciaal belang om te voldoen aan zowel productie- als milieueisen, en om de veiligheid van de gebruiker te garanderen. De API6D-standaard, opgesteld door het American Petroleum Institute, specificeert de eisen aan pijpleidingen en de daarin gebruikte kleppen. Kleppen die in olie- en aardgaspijpleidingen worden gebruikt, moeten worden vervaardigd om aan alle eisen te voldoen, waarbij zowel de chemische eigenschappen van de vloeistoffen als hun economische waarden in aanmerking worden genomen.

Dit artikel heeft tot doel het geavanceerde technische werk te beschrijven dat betrokken is bij de ontwerp- en productieontwikkelingsfasen van API6D-compatibele kogelkranen, die binnen ons bedrijf worden ontworpen, geproduceerd en getest. Het legt ook de gietfouten uit die zich tijdens de productiefase hebben voorgedaan en de verbeteringen die zijn aangebracht in de gietmethodologie.

Ontwerpproces van kleppen

Afsluiters kunnen, afhankelijk van de sector waarin ze worden gebruikt, worden blootgesteld aan omstandigheden zoals hoge druk, corrosieve omgevingen, hoge temperaturen en meer. Daarom moeten kleppen worden ontworpen en vervaardigd met inachtneming van deze omstandigheden. Vanwege de uitdagende bedrijfsomstandigheden en complexe geometrieën worden sommige kleppen geproduceerd met behulp van gietmethoden. Tijdens de ontwerpfase moet rekening worden gehouden met de moeilijkheden en beperkingen die inherent zijn aan het gietproces, evenals met internationale normen, klantvereisten en bedrijfsomstandigheden.

De in dit onderzoek ontwikkelde kogelkranen zijn ontworpen om te voldoen aan de vereisten van de API6D-ontwerpnorm en andere referentienormen zoals ASME B16.10, ASME B16.5 en ASME B16.34.

Tijdens het ontwerpproces werden de mechanische eigenschappen van ASTM A216 Gr. Gegoten koolstofstaal van WCB-kwaliteit, dat als lichaamsmateriaal werd gekozen, werd getest via trek- en hardheidstests. Op basis van deze gegevens zijn ontwerpberekeningen en analysewerkzaamheden uitgevoerd. Er werden statische analyses uitgevoerd op onderdelen die aan druk werden blootgesteld, zoals het carrosserie-, bol- en motorkapgedeelte, om de belastingen en vervormingen te onderzoeken die deze onderdelen ondervonden. Op basis van de verkregen resultaten is vastgesteld dat de belastingen op de componenten lager zijn dan de vloeigrens van het materiaal, wat aangeeft dat het ontwerp qua druk zeer geschikt is. De statische analysesimulaties zijn ingesteld op 1,5 keer de werkdruk van de klep (19,6 bar), wat overeenkomt met 29,4~30 bar, zoals gespecificeerd in de normen. Ontwerpberekeningen zijn uitgevoerd in overeenstemming met de eisen gespecificeerd in de API6D- en ASME B16.34-normen. De gegevens die uit deze berekeningen worden verkregen, komen overeen met de resultaten van statische analysesimulaties die op de computer zijn uitgevoerd. Als resultaat van deze inspanningen is het ontwerp theoretisch gevalideerd en is een klepontwerp ontwikkeld dat maximale efficiëntie onder operationele omstandigheden garandeert. Al het werk dat in deze fase werd uitgevoerd, werd gedocumenteerd, wat resulteerde in de creatie van een ontwerppakket.

Nadat het definitieve ontwerpwerk was voltooid, werd begonnen met het modelproductieproces voor de carrosserie- en motorkaponderdelen die volgens de gietmethode moesten worden vervaardigd. In dit proces werden modelgegevens gecreëerd met bewerkings- en krimptoeslagen die werden verstrekt volgens de standaardvereisten van EN 8062-3. Om tijdens de ontwerpfase een maximale productie-efficiëntie te behouden, werd het aantal bewerkte oppervlakken tot een minimum beperkt. Dit proces werd echter uitgevoerd op een manier die de productkwaliteit niet nadelig beïnvloedde, in overeenstemming met de standaardeisen.

Onderzoek naar de ontwikkeling van gietmethodes

Er zijn gietsimulaties uitgevoerd om defecten zoals krimp en gasporositeit, evenals negatieve effecten zoals interne spanningen, in de carrosserie- en motorkaponderdelen te voorkomen die met behulp van zandgietmethoden moeten worden geproduceerd. Naast deze simulaties zijn er berekeningen van de feeder- en feederafstand uitgevoerd om een ​​productieve Net/Brute-verhouding te behouden en werpen van hoge-kwaliteit te garanderen. Stollingsgradiënten en simulaties van het vullen van gesmolten staal werden uitgevoerd met behulp van Novacast. Op basis van deze simulaties werden de feeder- en runner-ontwerpen geoptimaliseerd, wat leidde tot de ontwikkeling van een optimale werpmethode.

Er zijn verbeteringen aangebracht aan het ontwerp op basis van gietsimulaties om gerichte verharding te garanderen en de kans op hotspots te minimaliseren. Al het simulatiewerk werd minutieus gedocumenteerd en opgenomen in het ontwerppakket.

Daarnaast zijn er gietmethodeformulieren gemaakt en gedocumenteerd om feeders, zandmengsels en koelsystemen te definiëren, met als doel verwarring tijdens de productiefase te voorkomen.

Het doel van deze inspanningen is het bereiken van een productie van hoge-kwaliteit met lage uitvalpercentages met behulp van het ontwikkelde model en de ontwikkelde gietmethode. Voorafgaand aan de gietsimulatie en berekeningsstudies werden hotspots en krimpholtes waargenomen in de gebieden aangegeven in de beelden van de gegoten onderdelen. Er zijn vóór de simulatie niet--destructieve tests (NDT) op de gietstukken uitgevoerd en de tijdens de simulatie geïdentificeerde discrepanties zijn concreet gedetecteerd. Krimpholtes deden zich voor in gebieden ver van de feeders en waar de modulehoogte hoog was. Bovendien zijn door turbulentie tijdens het vullen van de matrijs op diverse punten op de onderdelen gasholtes waargenomen. Al deze discontinuïteiten werden gedetecteerd via vloeistofpenetranttests en radiografische inspecties die werden uitgevoerd als onderdeel van het NDT-werk. De relevante gebieden van de onderdelen zijn in secties verdeeld om deze discrepanties te bevestigen. Hieronder worden afbeeldingen gedeeld van de onderdelen die na de NDT-tests zijn onderzocht met behulp van koolstof-elektronenmicroscopie.

Als resultaat van de NDT- en simulatiestudies werden nieuwe modelgegevens gegenereerd, waarbij kwesties als directionele stolling werden aangepakt die defecten konden veroorzaken. Na het genereren van de nieuwe gegevens werden fouten zoals krimp en gasholtes in de gegoten onderdelen opgelost.

Test- en validatieproces

Na voltooiing van de giet-, bewerkings- en montagefasen moeten de afsluiters worden getest om er zeker van te zijn dat ze voldoen aan de relevante standaardeisen. Volgens de API6D-ontwerpstandaardvereisten moeten kleppen druk- en lektests ondergaan. De ontwikkelde prototypekleppen hebben met succes druk- en lektests doorstaan ​​die zijn uitgevoerd bij 1,5 keer de werkdruk (19,6 bar), wat ongeveer 29,4 ~ 30 bar is. De theoretisch berekende openings- en sluitmomentwaarden werden ook gemeten en geverifieerd tijdens de ontwerpberekeningsfase. Naast de tests die op de klep zelf werden uitgevoerd, werden trekproeven, chemische analyses, hardheidstests en andere tests uitgevoerd op de subcomponenten die in de klepconstructie werden gebruikt om ervoor te zorgen dat aan alle standaardvereisten werd voldaan.

Voorbeeldmodelafbeelding

Conclusie

Dit onderzoek was bedoeld om de bijdragen van geavanceerde computer-ondersteunde technische toepassingen en de positieve effecten van moderne productontwikkelingsprocessen, naast traditionele productontwikkelingstechnieken, te verklaren. Ontwerp- en gietmethodeberekeningen werden gevalideerd met behulp van simulatieprogramma's om de meest geschikte ontwerp- en productiemethode te creëren. Gegevens verkregen uit berekeningen en simulaties werden na de productie van het prototype concreet getest en gevalideerd. Als resultaat van deze inspanningen zijn hoogwaardige en duurzame API6D-kogelkranen ontwikkeld, die volledig voldoen aan de normen, markt- en klantvereisten.

Ontwikkelingen en toekomstperspectieven

Vooruitgang in gesmoltenzouttechnologieën zorgt voor aanzienlijke innovatie in de kleppenindustrie, vooral voor toepassingen op het gebied van geconcentreerde zonne-energie (CSP). Deze ontwikkelingen vragen om kleppen die bestand zijn tegen extreme temperaturen, corrosieve omgevingen en strenge operationele omstandigheden.