Comment piloter un système de coupe de coke moderne

Le Dr Wolfgang Paul et Jay Jones décrivent les caractéristiques des entraînements de système de coupe modernes pour palans et entraînements de tiges de forage (joints rotatifs) mis en œuvre depuis 2000.

Depuis 2000, la technologie des unités de cokéfaction retardée a radicalement changé. Plusieurs développements avaient été réalisés au cours des années précédentes, mais seuls de petits progrès avaient été réalisés en matière de sécurité, de performances et de fiabilité.

Récemment, en combinaison avec le développement des vannes automatiques supérieures et inférieures, les outils de forage/coupe automatiques et les conducteurs de treuil ont des systèmes de coupe haute performance qui ont réalisé de grandes améliorations en matière de sécurité, de performance et de fiabilité.

Fondamentalement, les paramètres du procédé déterminent la nature de l'unité de coke et du système de décokage. Cela ne sera pas étudié, seuls les aspects mécaniques du système seront abordés.

Jusqu'à l'an 2000, les projets et les commandes étaient basés sur des fûts à coke d'un diamètre allant jusqu'à 29 pieds (8,8 m) et d'une hauteur - bride à bride (FF) allant jusqu'à 130 pieds (39,0 m).

Actuellement, des unités de décokage sont en construction avec un diamètre de 32 pieds (9,80 m) et une hauteur FF de 150 pieds (46,0 m). Cela reflète une augmentation de 15 % en longueur et de 10 % en diamètre. Comme le volume augmente avec le carré du diamètre et linéaire avec la hauteur, une plus grande performance (passage) sera obtenue en augmentant le diamètre plutôt que la hauteur FF.

Outre les paramètres du procédé, d'autres facteurs tels que la hauteur totale de la structure, la résistance du fût de coke et les conditions spécifiques au site peuvent jouer un rôle important, mais ces problèmes ne seront pas pris en compte ici.

Vers l'an 2000, le débit et la pression de la pompe à jet étaient de 1200 gpm@4400psi (272 m3/h@300bar). Au fur et à mesure que la taille du fût de coke augmentait, il y avait une augmentation de l'hydraulique de la pompe à jet à 1400gpm@5000 psi (320m3/h@350bar).

Seuls les entraînements du treuil et de la tige de forage sont restés constants pendant un certain temps.

Voir le diagramme du développement des fûts de coke et du débit et de la pression des pompes à jet de 1980 à 2008. Les données sont présentées en pourcentage pour refléter la croissance au fil du temps. A chaque fois que différentes tailles de pompes et de fûts ont été construites, le diagramme montre la tendance. Les données de base pour le calcul sont indiquées ci-dessous.

Pendant des décennies, les palans et les joints tournants ont été entraînés par de l'air comprimé avec des moteurs pneumatiques. La performance était d'environ 30 HP (22 kW) pour le palan et 13 HP (10 kW) pour le joint rotatif (également appelé Drill Stem Drive, DSD).

Il existe plusieurs installations où des composants à entraînement hydraulique ont été installés dans les années 1990, mais la majorité des unités installées sont restées à entraînement pneumatique.

Parallèlement aux exigences de performances supérieures, d'autres problèmes devaient être résolus, tels que la réduction des niveaux de bruit et la pollution de l'environnement. Comme les moteurs pneumatiques ont un niveau de bruit élevé et des projections d'huile dues à l'air lubrifié.

Avec l'augmentation supplémentaire de la taille des tambours et des pompes à jet, un changement général des entraînements de levage et des entraînements de tiges de forage était nécessaire.

Composants à entraînement hydraulique

Les treuils et les tiges de forage devaient fonctionner avec des niveaux de puissance beaucoup plus élevés sans augmenter la taille des composants.

En 2000, Ruhrpumpen a développé un système d'entraînement hydraulique modernisé de palans et d'entraînements de tige de forage, alimenté par une unité de puissance hydraulique, spécialement conçu pour le fonctionnement de ces composants dans un coker. Les avantages incluent :

- Force de traction du palan jusqu'à 9900 lbf (45kN).

- Couple de DSD jusqu'à 5500 lbft (7500Nm).

- Les pilotes de motopompes sont installés en redondance dans un abri fermé.

- Le fonctionnement et le contrôle sont effectués à partir d'un panneau de commande via un automate. C'est l'une des exigences de base pour la coupe à distance ou automatique.

Néanmoins, plus de tuyauterie et l'installation de composants hydrauliques sur le plateau de coupe et le derrick étaient nécessaires.

Composants électriques

En 2004, Ruhrpumpen a développé un système à entraînement électrique pour les treuils et les entraînements de tiges de forage. Les moteurs de levage et DSD sont entraînés par des variateurs de fréquence (VFD), avec des VFD redondants installés. Les unités peuvent être situées dans des zones sûres ou dangereuses.

Outre une force de traction et une vitesse de traction plus élevées, les avantages supplémentaires suivants ont été obtenus : temps et coûts d'installation réduits ; élimination de l'huile hydraulique du plateau de coupe ; conformité totale à la classification de zone (ATEX, UL, CSA, GOST) ; température de conception dans une plage de -49 °F à 113 °F (-45 °C à 45 °C).

Le dimensionnement des composants est lié aux considérations suivantes :

- La puissance requise du palan est liée au volume des tambours.

- Le poids de l'équipement de coupe augmente avec la hauteur du tambour.

- Le poids de l'équipement de coupe augmente avec le diamètre du tambour en raison de la pression plus élevée.

- La puissance requise du palan est conforme à la puissance de la pompe à jet.

- Le poids augmente avec le débit et la pression.

Avec les nouveaux systèmes d'entraînement, les performances suivantes sont disponibles :

- Palan : vitesse de traction.

- 1ère couche : 197ft/min (60m/min)@force de traction 10000lbs (44kN) hyd/11 500lbs électrique

- 4ème couche : 229ft/min (70m/min)@force de traction 9400lbs (42kN) hyd/9980lbs électrique

- DSD : max RPM 15@7500Nm.

L'augmentation de la taille du tambour à coke et l'augmentation résultante de la pompe à jet dans l'hydraulique, la puissance de levage requise et l'augmentation des performances de la vitesse de traction et de la force de traction étaient nécessaires.

Les entraînements de tiges de forage et les palans à entraînement hydraulique fonctionnaient déjà avec succès pour répondre aux conditions ci-dessus depuis plusieurs années. La nouvelle étape a été le développement de la version électrique qui satisfait et dépasse toutes les exigences.

Conclusion

Avec l'augmentation de la taille des fûts de coke, une augmentation de la puissance de la pompe à jet a suivi. Jusqu'à récemment (2000) la puissance des équipements de coupe n'avait pas été augmentée. Ruhrpumpen a développé des systèmes d'entraînement pour les treuils de décokage et les entraînements de tiges de forage, entraînés hydrauliquement ou électriquement.

La puissance de ces composants a suivi la tendance du volume du tambour à coke et de la puissance de la pompe à jet à répondre aux exigences réelles des systèmes de coupe de coke modernes.

Les nouvelles caractéristiques du système de coupe se traduisent par un service plus sûr et plus fiable ainsi que par un temps de fonctionnement réduit.

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Le Dr Wolfgang Paul est président de BU - Décokage, Ruhrpumpen, Witten, Allemagne, et Jay Jones est vice-président Amérique du Nord, BU - Décokage, Ruhrpumpen, Tulsa, OK, États-Unis. www.ruhrpumpen.com