Održavanje vaše Frac flote za zimu: Zaštita dijelova tekućine u uvjetima smrzavanja

Zašto su niske temperature posebno opasne za tekućine

Fluid end koji besprijekorno prolazi kroz teksaško ljeto može katastrofalno otkazati pri prvom jakom smrzavanju u sezoni - ne zato što se oprema promijenila, već zato što je fizika. Unutar kraja tekućine frac pumpe, imate tri uvjeta koji rade protiv vas istovremeno u hladnom vremenu: visokotlačne šupljine koje su nekoć držale tekućinu sada hvataju zaostalu vodu, precizno strojno obrađene zazore koji ne ostavljaju gotovo nikakav prostor za promjenu dimenzija i elastomerne brtve čiji zadatak ovisi o tome da ostanu savitljivi. Kada temperature padnu ispod 32°F, sva voda koja je ostala u pumpi počinje se širiti dok se smrzava—izlažući do 2000 psi radijalnog pritiska na stijenke cilindra, provrte ventila i čela čepova. Ta sila ne pravi razliku između defekta dlake i zdrave površine.

Profil štete je također varljiv. Za razliku od napuhane brtve tijekom posla, pukotine uzrokovane smrzavanjem često počinju iznutra i ostaju nevidljive sve dok pumpa ponovno nije pod pritiskom. Do tada već gledate u napuknuti blok, zarezani provrt klipa ili neispravan poklopac za pražnjenje - kvarove koji isključuju jedinicu usred posla i rijetko se objavljuju znakovima upozorenja. Zbog toga je zaštita od smrzavanja za visokotlačni fluidni krajnji sklopovi projektirani za zahtjevne uvjete naftnih polja nije lijepo imati; to je razlika između produktivne zimske kampanje i skupe sezone obnove.

Američki institut za naftu naglašava koliko je kritičan integritet opreme u ekstremnim uvjetima na terenu— API Std 16FI, novi sigurnosni standard za željezo frac , posebno je razvijen za rješavanje rigoroznih operacija pod visokim tlakom gdje oprema radi u uvjetima koji pomiču granice dizajna. Hladno vrijeme jedno je od tih ograničenja, a većina ga operatera još uvijek podcjenjuje.

Najosjetljivije komponente u tekućini završavaju tijekom zime

Nije svaki dio fluidne jedinice jednako izložen riziku smrzavanja. Razumijevanje koje komponente prve otkazuju—i zašto—omogućuje vam da odredite prioritete vašeg napora u inspekciji tamo gdje je to zapravo važno.

Brtve za pakiranje

Brtve za pakiranje vjerojatno su prva žrtva hladnog vremena. Elastomerni materijali znatno otvrdnjavaju ispod 20°F, gubeći konformabilnost koja im je potrebna za održavanje dinamičkog brtvljenja oko klipnog klipa. Brtva koja brtvi na 70°F može propuštati pri pokretanju u uvjetima ispod nule čak i prije nego dođe do vidljivih oštećenja. Toplinski ciklusi pogoršavaju problem: ponovljeni ciklusi smrzavanja i odmrzavanja uzrokuju mikropukotine u tijelu brtve, ubrzavajući trošenje daleko iznad onoga što bi predvidjelo radno vrijeme. Brtve za pakiranje dizajnirane za održavanje elastičnosti pod toplinskim ciklusima vrijedni su troškova specifikacije za odlazak u zimu u sjevernom bazenu.

Klipovi

Površine klipova ovise o uskim dimenzijskim tolerancijama i tvrdim zaštitnim premazima. U uvjetima smrzavanja pojavljuju se dva načina kvara. Prvo, sva zaostala tekućina u kutiji za brtvljenje može se smrznuti oko klipa, stvarajući stisak leda koji zaključava klip na mjestu—primoravajući pogonski dio da prevlada taj otpor pri pokretanju i koncentrira naprezanje na sučelju premaza. Drugo, brze temperaturne razlike između tijela klipa (čeličnog ili keramičkog premaza) i okolne smrznute tekućine stvaraju toplinski šok koji inicira površinske mikropukotine. Ojačani klipovi napravljeni da budu otporni na zamor površine u abrazivnim i hladnim okruženjima pružiti značajnu prednost kada temperature padnu na najnižu razinu.

Ventili i sjedišta

Funkcija usisnih i ispusnih ventila ovisi o preciznoj geometriji sjedišta. Kontaminacija ledom - čak i količine u tragovima - može držati ventil otvorenim ili blokirati. U oba slučaja rezultat je nepravilan tlak: ili tekućina zaobilazi ventil i smanjuje protok, ili zaglavljeni ventil uzrokuje skokove tlaka koji neravnomjerno opterećuju blok. Tekućine za frakturiranje pune pijeska ovo pogoršavaju; led i propant zajedno mogu zapuniti provrt ventila učinkovitije nego bilo koji pojedinačno.

Ispusni i usisni poklopci

Krajnji poklopci podložni su najvećoj koncentraciji vlačnog naprezanja u fluidnom kraju tijela, posebno oko rupa za vijke i površina prirubnice. U uvjetima smrzavanja, širenje leda unutar šupljine pokrova primjenjuje vanjski pritisak točno tamo gdje je materijalno opterećenje već najveće. Ispusni i usisni poklopci napravljeni da izdrže naprezanje završne kapice ovise o žilavosti materijala na niskim temperaturama—specifikacija koja postaje kritična u permskim rijetkim dubokim smrzavanjima i rutini u Bakkenu.

Pregled prije zime i upravljanje tekućinom

Najisplativije pripreme za zimu odvijaju se prije prvog smrzavanja, a ne nakon. Strukturirana predsezonska inspekcija na svakom pogonu s tekućinom u vašoj floti traje otprilike dva do tri sata po jedinici i može spriječiti tjedne zastoja.

• Potpuno ispustite svu preostalu tekućinu. Upotrijebite najnižu točku odvoda na kraju tekućine i provjerite je li šupljina čista prije pohranjivanja ili pripravnosti. Nemojte pretpostavljati da je gravitacijska drenaža dovršena—u slučaju sumnje upotrijebite komprimirani zrak za pročišćavanje usisnih kanala.
• Pregledajte brtve pakiranja na postojeću istrošenost. Svaku brtvu koja pokazuje ekstruziju, usječene usne ili kompresijski set treba zamijeniti prije hladnog vremena, a ne nakon. Blago prolazna brtva na 60°F neće uspjeti na 15°F.
• Provjerite sklopove ventila za krhotine i cjelovitost sjedišta. Kvar ventila po hladnom vremenu gotovo uvijek ima već postojeći temeljni uzrok — zarezano sjedište, istrošena opruga, nakupljanje pijeska iza tijela ventila. Riješite to sada.
• Provjerite zakretni moment vijaka poklopca za ispuštanje i usisavanje. Vijci koji su olabavljeni tijekom posljednje kampanje stvaraju male zamke tekućine. Ponovno zategnite prema specifikaciji i provjerite stanje niti.
• Prijeđite na niskotemperaturno mazivo za pakiranje. Standardne masti za pakiranje znatno se zgusnu ispod 32°F. Koristite mazivo namijenjeno vašoj očekivanoj minimalnoj temperaturi okoline.
• Tlačno ispitivanje na niskoj temperaturi ako je moguće. Hladni hidrostatski test otkriva mikropukotine koje nestaju kada se metal vrati na temperaturu okoline. Čak i kratki test na 1500–2000 psi daje značajne dijagnostičke podatke.

Upravljanje tekućinom nadilazi samu pumpu. Osigurajte da su usisni vodovi potpuno ispražnjeni ili da kontinuirano kruže i provjerite jesu li razmaknice na bazi vode ili tekućine za istiskivanje zamijenjene alternativom na bazi glikola ako će jedinica imati temperature ispod ništice tijekom pripravnosti.

Održavanje kraja tekućine toplim: strategije grijanja i izolacije

Za opremu koja aktivno radi, cilj je jednostavan: održavati krajnje temperature tekućine iznad 40°F prije pokretanja i održavati ih iznad točke smrzavanja tijekom bilo kojeg razdoblja mirovanja dužeg od 30 minuta. Postoje dva pristupa—aktivno grijanje i pasivna izolacija—a najučinkovitiji zimski programi koriste oba.

Aktivno grijanje

Uranjajući i cirkulacijski grijači postavljeni u usisni razvodnik ili izravno u dovod tekućine sprječavaju dolazak hladne tekućine u pumpu. Ovo je osobito važno za tekućine za frakiranje na bazi vode, koje se počinju smrzavati na 32°F i mogu se djelomično smrznuti u usisnim cjevovodima mnogo prije nego što temperatura okoline dosegne taj prag. Za visokovrijedne jedinice ili jedinice koje kontinuirano rade, električna toplinska traka omotana oko tijela fluidnog kraja i prekrivena izolacijom pruža izravnu toplinsku zaštitu uz minimalne troškove rada. Blok grijači na strani motora održavaju protok podmazivanja pogonskog dijela, ali nemojte pretpostavljati da ova toplina dopire do fluidnog dijela—oni su dovoljno toplinski izolirani da tekući dio još uvijek može biti opasno hladan kada je motor topao.

Pasivna izolacija

Izolacijske deke dizajnirane za tijela crpki mogu zadržati zaostalu toplinu nekoliko sati tijekom razdoblja mirovanja, kupujući vrijeme potrebno između poslova bez kontinuirane energije za grijanje. Privremena skloništa s toplim zrakom—ograđeni prostori u obliku šatora iznad fraktona—standardna su praksa u sjevernokanadskim bazenima i sve su češća u sjevernom SAD-u. Ulaganje u infrastrukturu skloništa brzo se vraća ako dođe do jakog smrzavanja tijekom intervala između faza.

Jedno pravilo koje vrijedi bez obzira na metodu: nikad ne pokrećite tekućinu hladnom pod punim radnim pritiskom. Pustite da dio tekućine dosegne najmanje 40°F prije pokretanja pumpanja. Toplinski šok prolaska hladne, krute tekućine kroz smrznutu ili gotovo smrznutu tekućinu velikom brzinom jedan je od najpouzdanijih načina za pucanje bloka koji bi inače imao godine radnog vijeka.

Prezimljavanje neiskorištene opreme: protokoli pražnjenja i skladištenja

Oprema koja će stajati u stanju mirovanja više od 24 sata u uvjetima smrzavanja treba poseban postupak—ne samo brzo pražnjenje. Razlika između crpke koja se vraća zdrava u proljeće i one kojoj je potrebna potpuna obnova dijela tekućine često se svodi na to koliko je temeljito ovaj korak izvršen.

1. Potpuno ispustite sve krajeve tekućine , uključujući usisne poklopce, ispusne poklopce i sve šupljine s niskim točkama u sklopu razdjelnika. Nagnite jedinicu ako je potrebno kako biste osigurali da je gravitacijska drenaža završena.
2. Pročistiti komprimiranim zrakom pri niskom tlaku (30–60 psi) kroz usisni priključak za uklanjanje zaostale tekućine iz prolaza do kojih gravitacija neće doprijeti.
3. Nanesite inhibitor korozije ili ulje za konzerviranje kroz područje pakiranja za premazivanje unutarnjih površina. Ovo također sprječava da suhe brtve poduzmu kompresiju tijekom dužeg skladištenja.
4. Zatvorite sve otvorene priključke —usisni priključci, ispusni priključci i svi instrumentacijski otvori—za sprječavanje prodora vlage. Kondenzacija unutar šupljine kraja fluida tijekom zimskog razdoblja skladištenja dovoljna je da izazove koroziju na sjedištima ventila i provrtima klipa.
5. Označite i dokumentirajte status očuvanosti jedinice tako da ekipe koje se vraćaju ne bi slučajno pokrenule očuvanu pumpu bez koraka ponovnog puštanja u rad.

Prilikom ponovnog puštanja u pogon nakon hladnog skladištenja, uvijek prethodno napunite tekućinu s tekućinom prije pokretanja, provjerite jesu li uklonjeni svi poklopci i priključci za očuvanje i pokrenite crpku pri maloj brzini i niskom tlaku tijekom razdoblja uhodavanja prije nego što prijeđete na radni tlak. The vodič za održavanje pogonskih pumpi za frac pumpe pokriva komplementarne korake ponovnog puštanja u rad za stranu mehaničkog pogona koji bi se trebali izvoditi paralelno.

Izrada inventara zimskih rezervnih dijelova

Hladno vrijeme ubrzava trošenje upravo onih komponenti koje je najteže brzo nabaviti. Prava strategija rezervnih dijelova pred zimu nije skladištenje svega—radi se o skladištenju dijelova koji se najčešće kvare u hladnim uvjetima i čija odsutnost stvara najduži zastoj.

Dostupnost dijelova na udaljenim sjevernim lokacijama tijekom vrhunca zimskog bušenja rijetko je predvidljiva. Lokalno skladištenje—bilo u vašem dvorištu ili na regionalnoj distribucijskoj točki—eliminira rizik vremena isporuke koji može pretvoriti dvosatni popravak u dvodnevni zastoj. Kompletni dijelovi tekućine i zamjenske komponente zalihe u skladištima u SAD-u daju operaterima mogućnost brze ponovne opskrbe bez čekanja na rokove isporuke u inozemstvo. Planiranje te zalihe prije sezone, a ne tijekom nje, najvažnija je odluka o pripremi za zimu koju upravitelj voznog parka može donijeti.