Высоковольтные взрывозащищенные электродвигатели, работающие с напряжениями до 11 кВ, являются наиболее распространенными электродвигателями в нефтегазовой отрасли. Установленные в опасных зонах и способные выдерживать экстремальные температуры, воздействие вызывающих коррозию частиц и влажности, эти электродвигатели приводят в движение различные насосы и компрессорное оборудование.
Основная особенность взрывозащищенных электродвигателей заключается в том, что они рассчитаны выдерживать вызванное внутренним взрывом давление, не причиняя каких-либо повреждений, а также сертифицированы для подгрупп по газу IIB (атмосферы, содержащие этилен или газы и пары аналогичной опасности) и IIC (атмосферы, содержащие ацетилен или водород или газы и пары аналогичной опасности). Эти электродвигатели являются безопасным решением для применения в потенциально взрывоопасных атмосферах и соответствуют всем необходимым международным стандартам, в том числе МЭК, EN, NEMA и ATEX.
Фактически двигатель предназначен не для предотвращения взрыва, а для ограничения любого взрыва, который может произойти внутри его корпуса. Электродвигатель не герметичен, поэтому его внутренняя атмосфера соответствует той опасной среде, в которой он установлен. По этой причине короткое замыкание в электродвигателе может привести к взрыву.
Проектирование взрывозащищенного электродвигателя требует тщательного выбора материалов корпуса. Помимо этого, в случае взрыва конструкция электродвигателя должна обеспечивать выход из корпуса всех образующихся горячих газов. Это достигается путем установки каналов выхода пламени: длинных узких каналов, которые гасят пламя и одновременно с этим охлаждают выходящие газы до достаточно низкой температуры, чтобы они не вызывали дальнейшего взрыва при попадании во внешнюю атмосферу. Каналы выхода пламени могут проходить вдоль вала электродвигателя или через фланцевые и резьбовые соединения на корпусе.
Обмотка — ключевой элемент длительного срока службы
Электродвигатели используются уже более ста лет, но они всегда подлежат усовершенствованию и развитию. В случае взрывозащищенных электродвигателей особое внимание в научно-исследовательских работах уделялось обмоткам электродвигателей и способам их установки. Это связано с тем, что обмотка является ключевым элементом двигателя. Высококачественные обмотки напрямую связаны со сроком службы электродвигателя, который, по ожиданиям многих заказчиков, будет составлять до 25 лет.
Чугунные корпуса обеспечивают улучшенное охлаждение
В последнее время компания ABB уделяет основное внимание повышению эффективности охлаждения электродвигателей AMD450 и AMD500 при работе с таким оборудованием, как буровые насосы или столы ротора, для которых требуются взрывозащищенные (Ex) электродвигатели, подходящие для установки в зоне 1 (область, в которой при нормальном режиме работы, вероятно, будут присутствовать взрывоопасные газы), или взрывозащищенные (Ex) электродвигатели, оснащенные клеммной коробкой повышенной безопасности. В соответствии с программой НИОКР компания ABB достигла улучшений в области охлаждения, обеспечивающих более высокую удельную мощность и КПД. Эти электродвигатели предлагают лучшее, чем когда-либо, соотношение мощности и массы, а также более низкие эксплуатационные расходы вследствие снижения энергопотребления. Преимущество высокой удельной мощности состоит в том, что для заданной мощности заказчик теперь может выбрать электродвигатель на один типоразмер меньше по сравнению с обычными электродвигателями. Это помогает экономить место и создавать более компактные установки с меньшими затратами.
Использование чугунного корпуса позволяет улучшить охлаждение по сравнению с более традиционными сварными стальными корпусами. Совместно с усовершенствованными ребрами охлаждения чугунный корпус обеспечивает лучшее рассеивание тепла.
Усовершенствованное охлаждение, позволяющее поддерживать равномерную температуру всего электродвигателя, также крайне важно для обеспечения длительного срока службы электродвигателя, особенно в отношении обмоток и подшипников. Программы испытаний показали, что разница всего в 10 °C может привести к сокращению срока службы двигателя на 20 %. Электродвигатели AMD450 и AMD500 предназначены для работы с таким оборудованием, как насосы и компрессорное оборудование в широком диапазоне температур от –55 до +60 °C, обеспечивая безопасность в опасных атмосферах, представленных в секторе добычи нефти и газа.
Мощные высоковольтные электродвигатели обычно проектируются для жесткого монтажа на массивном и жестком основании. Плохая конструкция основания может привести к проблемам с вибрацией, особенно в случае с мощными 2-полюсными электродвигателями. Если основание является чрезмерно гибким, расположено не горизонтально либо имеет неравномерную жесткость, это может привести к проблемам с установкой и выравниванием, незапланированным простоям вследствие высоких уровней вибрации и сокращенному сроку службы. Неравномерная жесткость основания может вызывать значительные вибрации на корпусе электродвигателя. Негоризонтально расположенное основание может вызвать деформацию электродвигателя, дополнительные резонансные колебания и вибрации. В этой связи для повышения надежности двигателя, предотвращения простоев и увеличения срока службы установки необходимо стабильное основание с равномерной жесткостью.
Простота подключения
При выборе взрывозащищенного электродвигателя важно рассматривать не только основные технические характеристики. Например, возможность установки основной и вспомогательной клеммных коробок в нескольких различных положениях может обеспечить большую гибкость при монтаже. Такая гибкость также сводит к минимуму потребность в запасных электродвигателях на случай замены.
Важность технического обслуживания
При приобретении взрывозащищенных электродвигателей заказчики ориентируются на четкие спецификации. Однако при техническом обслуживании может возникнуть недопонимание, поскольку этот процесс также должен быть сертифицирован. Хотя большинство процедур технического обслуживания аналогичны процедурам для стандартных электродвигателей (т. е. очистка и проверка работоспособности), в случае необходимости вскрытия электродвигателя требуются специалисты, сертифицированные для выполнения этой процедуры. Разумеется, электродвигатель с длительным интервалом технического обслуживания снижает вероятность возникновения такой ситуации.
В некоторых установках электродвигатели могут подвергаться воздействию сред с взвешенными частицами соли, что предъявляет особые требования к защите от коррозии. Кроме того, они могут потребовать регулярной очистки для удаления вызывающей коррозию пыли. Обычно указывается класс защиты от проникновения загрязнений IP55, при котором проникновение пыли предотвращается не полностью, но пыль не проникает в количестве, достаточном для нарушения работы электродвигателя. Кроме того, электродвигатель защищается от струй воды с любого направления. Однако если электродвигатель будет подвергаться воздействию потоков воды, класс защиты может быть увеличен до IP66. Такой класс защиты означает, что попадание пыли в электродвигатель невозможно и электродвигатель также может выдерживать воздействие морских волн или мощных струй воды.
Взрывозащищенные электродвигателе и частотно-регулируемые приводы
Во многих случаях использование частотно-регулируемого привода (ЧРП) может значительно повысить энергоэффективность за счет достижения оптимальной рабочей частоты вращения по сравнению с фиксированной частотой вращения электродвигателя. ЧРП контролирует частоту вращения электродвигателя, преобразуя фиксированную частоту напряжения питания в переменную частоту.
Однако использование ЧРП может привести к дополнительной тепловой нагрузке на электродвигатель, что может стать проблемой при его установке в опасной зоне. Такой дополнительный нагрев может быть обусловлен работой электродвигателя на более низкой частоте вращения, что ухудшает его естественное воздушное охлаждение. Проблемы также могут возникнуть вследствие гармонических токов, которые приводят к повышенному потреблению тока электродвигателем и выделению дополнительного тепла.
Поэтому при использовании ЧРП взрывозащищенные электродвигатели должны быть под них рассчитаны. Электродвигатели AMDR 450 и 500 были разработаны для работы как от пуска напрямую от сети, так и от ЧРП и поставляются в рамках сертифицированных комплектов электроприводов ABB.
Оптимизированная стоимость владения
Безопасность является критическим фактором при выборе взрывозащищенного электродвигателя для работы с насосами, компрессорами и иным оборудованием в нефтегазовой промышленности. Крайне важно рассматривать не только закупочную цену, но и стоимость владения, которая также учитывает эксплуатационные качества, надежность, простоту подключения и обслуживания.
