Los actuadores de válvulas eléctricas reemplazan a los actuadores hidráulicos submarinos

Contenido actualizado el 13 de octubre de 2021.

Los ingenieros de Bosch Rexroth han desarrollado un actuador de válvula eléctrico (SVA R2) que puede reemplazar los cilindros hidráulicos que normalmente se usan para abrir y cerrar las válvulas que se usan en la extracción y recuperación de petróleo submarino. Los actuadores eléctricos son tan compactos y seguros como los cilindros hidráulicos. Puede operar a 13,125 pies debajo de la superficie del océano por hasta 25 años sin cambiar las baterías o instalar sistemas hidráulicos, bombas y mangueras auxiliares.

Antes de que se desarrollaran nuevas válvulas, los ingenieros petroleros confiaban en los sistemas hidráulicos para controlar el flujo de aceite en aplicaciones submarinas. Esto requiere canalizar aceite hidráulico miles de pies hasta el lecho marino y de regreso, lo que consume mucha electricidad. Pero los cilindros hidráulicos son el único equipo que puede proporcionar la seguridad necesaria en aplicaciones subacuáticas. Dar a los actuadores eléctricos el mismo nivel de seguridad (es decir, poder cerrar la válvula de forma rápida y segura en caso de corte de energía y emergencia) es demasiado complejo y costoso. Además, la batería de la electroválvula no garantiza los 25 años de vida útil de la válvula.

El nuevo actuador, que incluye un accionamiento eléctrico, hardware de control de movimiento y un sistema de seguridad basado en resortes, está alojado en un recipiente de presión compensada y puede operar a profundidades de hasta 4000 metros (13 125 pies). Este actuador utiliza componentes industriales y automotrices confiables y tiene un historial comprobado de durabilidad.

Las funciones de seguridad comprobadas en campo permiten que el actuador cumpla con los estándares de integridad de seguridad de nivel 3 (SIL 3) (IEC 61508 e IEC 61511). Está diseñado pensando en la producción de petróleo y gas, pero también es adecuado para sistemas que bombean y transportan dióxido de carbono.2, h2y agua, y puede ser alimentado por la misma fuente de energía de la que dependen los sensores del actuador.

«El nuevo actuador SVA R2 abre y cierra válvulas eléctricamente y regula el flujo de la válvula donde se requiere un control preciso de la posición media. Esto incluye válvulas rotativas de diámetro pequeño, como 0,5 pulgadas. Válvula de bola, 1″Válvula de compuerta y 2 pulg. Válvula de mariposa”, dice Alexandre Orth, Jefe de Sistemas de Automatización Submarina de Bosch Rexroth.“Mientras que la mayoría de las válvulas solo requieren 150 Nm de par para abrirse o cerrarse, los actuadores SVA proporcionan hasta 225 Nm de par y son capaces de realizar 5000 ciclos. El actuador también devolverá la válvula a su estado seguro, normalmente cerrado, incluso si se pierde la energía, gracias a su sistema de seguridad accionado por resorte. «

Diseñar un subsistema a prueba de fallas que pueda cerrar la válvula en caso de un corte de energía es un desafío de ingeniería significativo. Incluir un mecanismo de seguridad electromecánico típico haría que el actuador hidráulico fuera el doble de grande. Es por eso que el equipo de diseño optó por un mecanismo de seguridad accionado por resorte más simple. El equipo especificó un resorte helicoidal lo suficientemente fuerte para manejar la tarea y lo suficientemente pequeño como para que el nuevo actuador tenga aproximadamente el mismo tamaño que un actuador hidráulico.

El SVA-R2 tiene sensores incorporados que monitorean el par de operación y la posición absoluta de la válvula. Las empresas pueden agregar más sensores para medir la presión ambiental, la humedad, la vibración u otros parámetros. Estos datos se envían a los técnicos para predecir fallas. Todo esto permite que el SVA-R2 actúe no solo como un actuador, sino también como una plataforma multisensor para automatizar procesos submarinos. La energía y los datos se envían a través de un solo cable, lo que simplifica todo el sistema.

Los actuadores están diseñados para ser operados y monitoreados remotamente por técnicos en tierra, pero los diseñadores tenían que asegurarse de que el SVA-R2 pudiera instalarse y retirarse de un vehículo operado remotamente (ROV), que es básicamente un submarino robótico. Entonces se aseguraron de que el nuevo actuador pesara menos de 220 libras para que el ROV no necesitara herramientas especiales o una grúa para manejarlo. Todas las interfaces cumplen con API 17H, por lo que los operadores de ROV saben exactamente cómo usarlas. Estos estándares también aseguran que un ROV típico pueda instalar o quitar el actuador usando una herramienta de torque típica de ROV.

«Dentro del actuador, el propio controlador incorporado tiene un gemelo digital que compara la entrada del sensor en tiempo real con la entrada esperada», dijo Orth.“Esto permite detectar anomalías de manera temprana y los técnicos pueden calcular cuándo se requiere mantenimiento. Los datos también se pueden enviar a servidores en la nube donde la IA puede analizarlos. «

Con el monitoreo y control automatizado de válvulas, no hay necesidad de enviar ROV o buzos, lo que puede ser peligroso y costoso. Usando interfaces estándar y protocolos de intercambio de datos, las compañías de petróleo/gas pueden expandir o modernizar más fácilmente sus redes y tuberías submarinas actuales sin instalar más líneas eléctricas o hidráulicas.

Los beneficios adicionales del nuevo actuador incluyen:

  • Al eliminar la necesidad de unidades de energía hidráulica, umbilicales y redes de distribución, los costos iniciales se reducen en más del 20 % en comparación con los actuadores hidráulicos. En su lugar, utiliza la red de distribución de energía submarina existente.
  • Reduzca los costos operativos al usar menos electricidad. También hay menos requisitos de mantenimiento, lo que se traduce en menores costos operativos.
  • Debido a su menor consumo de energía, operación más limpia y menos emisiones de CO2. Tampoco hay riesgo de fugas de aceite hidráulico.

El actuador debe ser adecuado para actuadores rotativos de cualquier tamaño. Actualmente, la tecnología se limita a aplicaciones que no requieren más de 225 Nm de par, pero Bosch está desarrollando una versión SVA-R2 capaz de ofrecer aún más par.

Una vez que se reacondiciona la válvula SVA-R2, se puede utilizar para la captura de carbono y la producción de hidrógeno.

En algunos de los esquemas actualmente diseñados para la captura de carbono, el CO2Los recursos industriales en tierra se transportan a través de oleoductos y gasoductos existentes a ubicaciones en alta mar y luego se almacenan en depósitos geológicos naturales debajo del lecho marino. Estas válvulas controlables de forma remota permiten a los diseñadores automatizar parte del transporte de carbono.

Para la producción de hidrógeno en alta mar, estas válvulas controlarán el movimiento seguro y eficiente del hidrógeno capturado en instalaciones en tierra o submarinas a un depósito submarino o transportador en espera.

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