ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН Российский патент 1994 года по МПК F16K1/44 

Изобретение относится к устройствам регулирования потока в трубопроводных системах, в частности к конструкции двухседельных запорно-регулирующих клапанов, и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности преимущественно в газовоздушных системах технологических установок, работающих в условиях резких колебаний температуры окружающей среды.

В газовоздушных системах технологических установок, эксплуатируемых на нефтяных и газовых промыслах, широко применяются двухседельные запорно-регулирующие клапаны, что объясняется сбалансированностью сил, действующих на запорный орган, и сравнительно небольшими усилиями, необходимыми для управления такими клапанами.

В силу того, что для промыслов характерна открытая прокладка трубопроводов, обеспечение нормальной работы обслуживающих их клапанов в зимнее время представляет значительные трудности, т. к. содержащаяся в газе влага может скапливаться и замерзать на их рабочих органах, а это ведет к отказам клапанов в работе.

Наиболее просто и с минимальными затратами данная проблема может быть решена путем размещения клапана непосредственно в корпусе технологического аппарата, т. е. за счет использования тепла, выделяющегося в обслуживаемой системой технологической установке.

Среди известных конструкций запорно-регулирующих клапанов возможность такого решения обеспечивает конструкция двухседельного запорно-регулирующего клапана, включающая корпуса с соосно расположенным внутри него полым цилиндром, герметически закрытым с одной стороны, при этом одно из седел размещено непосредственно в корпусе, а другое - во внутреннем цилиндре, запорный орган, выполненный в виде двух тарелок, снабженных сквозными отверстиями и соединенных между собой посредством цилиндрической обечайки, направляющую штангу, расположенную по оси клапана, вдоль которой может перемещаться запорный орган, и привод, выполненный в виде расположенного между тарелками запорного органа гидроцилиндра и поршня, жестко закрепленного на направляющей штанге [1] .

Однако из-за размещения седел в разных корпусных деталях (одного - в собственно корпусе, а другого - во внутреннем цилиндре) данный клапан трудоемок в изготовлении и ненадежен в эксплуатации, т. к. трудно обеспечить необходимую точность взаимного расположения седел при изготовлении клапана и сохранение ее в процессе эксплуатации. Кроме того, не решен вопрос сборки и разборки клапанного узла (не ясно, каким образом можно установить запорный орган во внутренний цилиндр и извлечь его оттуда), что также затрудняет изготовление клапана и ухудшает его ремонтопригодность. Наконец, не обеспечена динамическая уравновешенность клапана, т. к. основная масса газа проходит около одной клапанной тарелки, что ведет к усложнению механизма управления клапаном.

Указанные недостатки частично устранены в двухседельном клапане, в котором оба седла расположены непосредственно в корпусе и разделяют полость корпуса на две входные и одну выходную межседельную полости, при этом в стенках корпуса выполнены отверстия, сообщенные с этими полостями, а внутри корпуса размещены жестко связанные между собой, но легко демонтируемые благодаря резьбовым соединениям два запорных органа, взаимодействующие с седлами и перемещаемые с помощью мембранного привода [2] .

Однако данный клапан не приспособлен для установки внутри корпуса технологического аппарата, а при наружной установке его работа будет ненадежной, т. к. при снижении температуры окружающей среды ниже нуля содержащаяся в газе влага будет конденсироваться и замерзать на рабочих органах клапана, что в конечном итоге приведет к отказу клапана в работе.

Целью изобретения является повышение надежности работы клапана в условиях низких температур путем обеспечения возможности его установки внутри корпуса технологического аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что известный клапан, содержащий корпус с двумя седлами, разделяющими полость корпуса на две входные и одну выходную межседельную полости, и с отверстиями в его стенках, сообщенных с упомянутыми полостями, размещенные в корпусе и жестко связанные между собой два запорных органа, взаимодействующие с седлами, и привод перемещения узла запорных органов, снабжен выходным патрубком и цилиндрическим кожухом с радиальными отверстиями, установленными снаружи корпуса и охватывающим со стороны противоположной приводу часть корпуса с входной и выходной полостями, при этом кольцевая камера, образованная кожухом, герметично закрыта со стороны привода, а с противоположной стороны соединена с выходным патрубком и сообщена отверстиями в корпусе с выходной полостью, при этом отверстия в кожухе и отверстия в стенках входной полости соединены между собой патрубками, а корпус выполнен цилиндрическим.

Благодаря указанным конструктивным изменениям клапан становится пригодным для установки внутри корпуса технологического аппарата, а этом при условии поддерживания там стабильного температурного режима, что характерно для технологических установок, применяемых на нефтяных и газовых промыслах, создает предпосылки для длительной безотказной работы клапана.

На чертеже изображен предлагаемый запорно-регулирующий клапан, приспособленный для регулирования потока газа в зависимости от уровня жидкости и предотвращения попадания нефти в систему отвода газа из нефтегазового сепаратора.

Клапан включает цилиндрический корпус 1 с двумя ввинченными в него седлами 2 и 3, разделяющими полость корпуса на две входные 4, 5 и одну выходную межседельную 6 полости. В стенках корпуса 1 выполнены отверстия 7, 8, 9, сообщенные соответственно с упомянутыми полостями 4, 5 и 6. Внутри корпуса 1 размещены жестко связанные меду собой с помощью штока 10 два запорных органа, выполненные в виде клапанных тарелок 11 и 12, снабженных соответственно направляющими пластинами 13 и 14 и взаимодействующих с седлами 2 и 3, при этом для удобства сборки и разборки верхний (по чертежу) запорный орган соединен со штоком 10 разъемным, например резьбовым, соединением. Нижний конец штока 10 связан с приводом перемещения узла запорных органов, который в данном случае представляет собой поплавковый механизм с поплавком 15 и коромыслом 16, установленным на опоре 17 направляющей гильзы 18, прикрепленной к нижней части корпуса 1 (поплавковый механизм и другие относящиеся к нему конструктивные элементы не входят в состав предлагаемого объекта изобретения и введены в описание лишь в целях иллюстрации изобретения в конкретном применении. Очевидно, что привод перемещения узла запорных органов при использовании клапана по другому назначению может иметь и другие формы выполнения). Для регулирования хода штока 10 с запорными органами служит упорный (регулировочный) болт 19. Снаружи корпуса 1 установлен цилиндрический кожух 20 с радиальными отверстиями 21, который охватывает часть корпуса 1 с входной полостью 4 и выходной межседельной полостью 6, при этом кольцевая камера 22, образованная кожухом 20 и корпусом 1, со стороны привода герметично закрыта с помощью кольцевой заглушки 23, а с противоположной стороны соединена с выходным патрубком 24, с помощью которого клапан крепится внутри корпуса 25 нефтегазового сепаратора. Радиальные отверстия 21 кожуха и отверстия 7 в стенках входной полости 4 корпуса 1 соединены между собой патрубками 26.

Работает клапан следующим образом.

Нефтегазовая смесь, поступающая в сепаратор, разделяется, и нефтяной газ, отделившийся от нефти, собирается в верхней части корпуса 25 сепаратора, а нефть - в его нижней части. Уровень нефть-газ контролируется поплавком 15, который плавает на поверхности жидкости. При повышении уровня жидкости поплавок всплывает и через коромысло 16 приводит в движение шток 10 с закрепленными на нем клапанными тарелками 11 и 12, которые, опускаясь, уменьшают проходное сечение клапана, определяемое суммой проходных сечений между тарелкой 11 и седлом 2 и между тарелкой 12 и седлом 3. Длину штока 10 и плеч коромысла 16 выбирают таким образом, чтобы при нормальном с точки зрения работы сепаратора уровне жидкости клапан был открыт полностью. Необходимая величина проходного сечения клапана при этом устанавливается с помощью упорного (регулировочного) болта 19, при вворачивании которого проходное сечение уменьшается, а при выворачивании - увеличивается. При открытом клапане газ из корпуса сепаратора через патрубки 26 и кольцевой зазор между тарелкой 11 и седлом 2, с одной стороны, и через отверстия 9 и кольцевой зазор между тарелкой 12 и седлом 3, с другой стороны, поступает в межседельную полость 6 корпуса 1, затем через отверстие 8 в средней части корпуса 1 проходит в кольцевую камеру 22, откуда через выходной патрубок 24 и далее по системе отвода газа подается, например, на сборный пункт (не показаны). По мере повышения уровня жидкости в сепараторе, сопровождающегося, как отмечалось выше, уменьшением проходного сечения клапана, отвод газа из сепаратора уменьшается и при достижении некоторого предельного уровня, когда отверстия в седлах 2 и 3 будут полностью перекрыты клапанными тарелками 11 и 12, прекращается полностью. В результате этого поднимается давление в сепараторе и увеличивается отвод жидкости из него, что в свою очередь приводит к понижению уровня жидкости в сепараторе и открытию клапана.

Благодаря размещению клапана в корпусе технологического аппарата его работа не зависит от колебаний температуры внешней среды, что создает предпосылки для его длительной безотказной работы, т. е. повышается надежность работы клапана.

(56) 1. Авторское свидетельство СССР N 448328, кл. F 16 K 31/00, 1972.

2. Патент ФРГ N 1550383, кл. F 16 K 11/04, 1970.

Использование: в устройствах регулирования потока в трубопроводных системах. Сущность изобретения: два седла разделяют полость корпуса на две входные и одну выходную межседельную полости. В корпусе размещены и жестко связаны между собой два запорных органа, взаимодействующих с седлами. В стенках корпуса выполнены отверстия, сообщенные с полостями. Цилиндрический кожух с радиальными отверстиями установлен снаружи корпуса и охватывает со стороны, противоположной приводу, часть корпуса с входной и выходной полостями. Кольцевая камера, образованная кожухом и корпусом, герметично закрыта со стороны привода, с противоположной стороны - соединена с выходным патрубком и сообщена отверстиями в корпусе с выходной полостью. Отверстия в кожухе и в стенках входной полости соединены между собой патрубками. Корпус выполнен цилиндрическим. 1 ил.

ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН, содержащий корпус с двумя седлами, разделяющими полость корпуса на дне входные и одну выходную межседельную полости и размещенные в корпусе жестко связанные между собой два запорных органа, взаимодействующих с седлами, а также привод, причем в стенках корпуса выполнены отверстия, сообщенные с полостями, отличающийся тем, что он снабжен выходным патрубком и цилиндрическим кожухом с радиальными отверстиями, установленным снаружи корпуса и охватывающим со стороны, противоположной приводу, часть корпуса с входной и выходной полостями, при этом кольцевая камера, образованная кожухом и корпусом, герметично закрыта со стороны привода, а с противоположной стороны соединена с выходным патрубком и сообщена отверстиями в корпусе с выходной полостью, при этом отверстия в кожухе и отверстия в стенках входной полости соединены между собой патрубками, а корпус выполнен цилиндрическим.