КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК F16K31/363 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической промышленностям и предназначается для установки на участках технологических, внутрипромысловых, магистральных нефтепроводов, продуктопроводах и трубопроводах для транспортировки ядовитых химических веществ.

Клапан-отсекатель устанавливается непосредственно на трубопроводах как большой, так и малой протяженности с интервалом, необходимым для обеспечения защиты от розливов продукции выброса газа при его прорыве, служит для автоматического мгновенного перекрытия и подачи об этом сигнала, участка трубопровода, если на нем образовалась утечка продукции.

Известны отсеченные клапаны, имеющие общий для всех отсеченных клапанов недостаток, представляя собой задвижку, приводимую в действие поршневым пневмопроводом и паром, размещенными запределеам их корпусом [1]. Приведена схема 27 классификации отсечных клапанов, где перечисляются способы открытия: вручную, электропирвод, пневмопривод, гидропривод. Эти способы усложняют конструкцию, требуют присутствия обслуживающего персонала, что делает невозможным из применения на технологических трубопроводах большой протяженности.

Более близким к изобретению является устройство для автоматического затвора трубопровода при его разрыве, включающее: корпус, заключающий в себе запорный клапан и скрепленный с корпусом цилиндр. В последнем перемещается нагруженный пружиной поршень, жестко сидящий на общем штоке, причем диаметр этого поршня больше диаметра клапана. Поверх и снизу поршня цилиндр соединен с магистралью: с частью ее до клапана - трубкой, и с частью за клапаном - трубкой, на обеих трубках поставлены краны. Надлежащей установкой этих кранов запорный клапан приводится в открытое, равновесное при нормальной работе магистрали, положение [2].

В технологических трубопроводах состояние физических параметров продукции (давление, скорость движения, пропускная способность) постоянно меняются, поэтому отрегулировать кранами открытое равновесное положение клапана вручную трудно, для этого необходимо присутствие персонала обслуживания, причем указателей положения поршня и клапана в конструкции устройства нет. Наличие кранов в конструкции также снижает надежность работы и ограничивает применение устройства по давлению.

Наличие ручного регулирования открытого равновесного положения клапана в известном устройстве полностью исключает возможность его применения, как на современных внутрипромысловых, так и магистральных нефтегазопроводах и других технологических трубопроводах большой протяженности.

Задача изобретения - перекрыть с двух сторон участок дефектного трубопровода, чтобы свести к минимуму выход продукции за его пределы, клапан-отсекатель, включенный в автоматизированную систему контроля, может дать информацию об изменениях, происходящих в трубопроводах, например, повышении давления при увеличении отложений, понижении давления при появлении небольших утечек на отдельных участках магистральных нефтегазопроводах. При ремонте нефтепроводов с целью ликвидации порыва сливать жидкость с участком большой протяженности необходимости не будет, достаточно будет слить с короткого дефектного участка, ограниченного с обоих концов клапанами-отсекателями. Это достигается тем, что запорный орган цилиндрической формы представляет разгруженную от давления среды конструкцию, пустотелый с заостренной нижней кромкой, он может применяться для чистых, загрязненных и пульпообразных сред, причем он открывает самой рабочей средой, воздействующей на поршень, размещенный внутри закрепленного на корпусе цилиндра, закрывается пружиной.

Технический результат достигается тем, что клапан-отсекатель, содержащий корпус с входным и выходным каналами и размещенный в нем запорный орган, снабженный хвостовиком с установленным на нем поршнем, размещенной в корпусе уплотнительной цилиндрической вставкой с отверстиями, соответствующими входному и выходному каналам корпуса, и фиксатором ее положения, при этом запорный орган выполнен в виде цилиндрического стакана с заостренными нижними кромками и перепускными каналами, поршень снабжен уплотнительными манжетами, а цилиндр выполнен из немагнитного материала, закреплен на корпусе стяжным кожухом и снабжен герконом, размещенным на его наружной поверхности, причем в крышке цилиндра выполнено разгрузочное отверстие.

На фиг. 1 представлен клапан-отсекатель, закрытое положение; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1: на фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 2: на фиг. 4 - клапан-отсекатель, открытое положение; на фиг. 5 - то же, схема установки клапанов-отсекателей на дюкерном переходе трубопровода через реку.

Клапан-отсекатель включает корпус 1 с уплотнительной цилиндрической вставкой 2 с отверстиями 3 и 4, совпадающими с проходными каналами 5 и 6 корпуса 1. Для открытия и закрытия проходного сечения каналов 3-6 внутри цилиндрической вставки - запорный орган 7 с двумя перепускными каналами - укороченным 8 и на всю длину запорного органа перепускным каналом-фиксатором 9. В корпусе 1 на высоте (фиг. 2) установлен штифт-фиксатор 10, ввернутый в резьбовое отверстие корпуса 1. Штифт-фиксатор проходит через отверстие уплотнительной цилиндрической вставки 2, выступает за пределы ее внутренней окружности, например 2, выступает за пределы ее внутренней окружности, например, на 10 мм, на запорном органе на наружной его поверхности - канал-фиксатор шириной на 0,1 мм больше диаметра штифта-фиксатора, а глубина канала-фиксатора - 18 мм. Применение такого конструктивного приема позволяет совместить две функции канала, как перепускного в размере свободной глубины 8 мм и как фиксатора от осевых смещений уплотнительной цилиндрической вставки 2 и запорного органа 7. Плоское дно запорного органа 7 составляет одно целое с хвостовиком 11, на котором установлены магнитная шайба 12, поршень 13 с уплотнительной манжетой 14, закрепленные гайкой 15. Поршень 13 размещен внутри немагнитного цилиндра 16. Между донышком немагнитного цилиндра 16 и поршнем 13 расположена пружина 17. В центре донышка немагнитного цилиндра 16 имеется разгрузочное отверстие 18.

Немагнитный цилиндр 16, вставленный во внутреннюю выточку корпуса 1, прижимается к уплотнительной плоскости 19 кожухом 20 с помощью крепежных болтов 21, фланцев кожуха 20 и корпуса 1. Для контроля положения запорного органа 7 на немагнитном цилиндре 16 установлен геркон 22. В нижней части корпуса 1 сквозное отверстие 23 закрыто крышкой 24, прижатой к плоскости уплотнения стяжными болтами 25. Цилиндрическая конструкция запорного органа 7 выполнена в виде перевернутого стакана, в случае мгновенного закрытия под действием пружины 17 он выполнит функцию демпфера.

При движении запорного органа 7 вниз он острыми кромками 26 очищает с внутренней поверхности уплотнительной вставки 2 прилипшие мехпримеси и вдавливает их во внутреннюю полость III запорного органа 7. Когда запорный орган 7 находится в нижнем положении и перекрывает отверстия 3 и 4 (фиг. 1), можно открыть крышку 24 и очистить накопившиеся отложения.

Клапан-отсекатель работает следующим образом.

Устанавливается на трубопровод с интервалом, например, 5-7 км, крепится с помощью фланцев или приваривается, после чего полости I и II (фиг. 1) будут сообщены с внутритрубным пространством трубопровода. На фиг. 1 изображен клапан-отсекатель в закрытом положении при отсутствии давления во внутритрубном пространстве. Запорный орган 7 в нижнем положении прижат пружиной 17, перекрывает отверстия 3 и 4 уплотнительной вставки 2. При таком положении запорного органа 7 входная полость 1 клапана будет сообщена с внутренним объемом гидроцилиндра 16 каналом 8. При пуске в работу перекачивающего агрегата в технологическом трубопроводе начнет возрастать давление, как во внутреннем его объеме до клапана, так и во входной полости 1. Это же давление будет через перепускной канал 8 действовать на поршень 13. При увеличении этого давления поршень 13, двигаясь вверх, будет сжимать пружину 17, тянуть за собой запорный орган 7, который откроет небольшую часть сечения проходных отверстий 3 и 4. Этому соответствует совмещение верхней кромки B проходного отверстия 3 и нижней кромки C перепускного канала 8, когда поступление продукции из полости 1 через канал 8 прекратится. Но в это время нижняя кромка D запорного органа 7 встанет чуть выше нижней кромки F проходных отверстий 3 и 4, тогда продукция начнет поступать в гидроцилиндр 16 через перепускной канал-фиксатор 9, образованный зазором S между штифтом-фиксатором 10 и глубинной плоскостью канала-фиксатора 9 (фиг. 2).

Под действием давления продукции через канал-фиксатор на поршень 13 и на проекцию запорного органа 7 снизу вверх, запорный орган 7 полностью откроет проходное сечение отверстий 3 и 4. Так произойдет только в том случае, если трубопровод будет заполнен продукцией как до клапана, так и после клапана, что соответствует его исправности и плотности. Если же трубопровод после клапана до пуска в работу был в ремонте в момент пуска пустой, то запорный орган 7 будет совершать движения открыт-закрыт до полного заполнения участка трубы после клапана. По окончании заполнения запорный орган 7 встанет в верхнее крайнее положение открытое, когда нижняя кромка D запорного органа 7 совместится с верхней кромкой B проходного отверстия 3. При движении запорного органа 7 снизу вверх на открытые и сверху вниз на закрытие магнитная шайба 12, прижатая к запорному органу 7 гайкой 15, также будет двигаться, естественное магнитное поле будет пересекать пространство вокруг геркона 22, который, являясь элементом чувствительным, будет размыкать или замыкать электрический контур, включенный в систему контроля, даст информацию открылся-закрылся. На немагнитном цилиндре 16 герконов может быть много, тогда можно будет получить информацию открылся-закрылся, открылся не полностью - на контрольном участке упало давление, открылся больше обычного - на контрольном участке возросло давление. Магнитная шайба 12 прижата гайкой 15 к запорному органу 7, запорный орган с помощью перепускного канала-фиксатора 9 и штифта 10 не позволяет комплекту, включающему уплотнительную вставку 2, запорный орган 7, магнитную шайбу 12, поршень 13 совершить смещение в осевом направлении. Этот конструктивный прием обеспечивает положение перепускного канала 8, сориентированным в сторону входа продукции, а магнитная шайба 12 не меняет полярности магнитного поля.

Изобретение может найти применение в нефтегазодобывающей промышленности. В корпусе клапана размещена уплотнительная цилиндрическая вставка, проходные отверстия которой совпадают с проходными каналами корпуса. Внутри нее установлен подвижный цилиндрический запорный орган с перепускными каналами для сообщения внутритрубного пространства с нижней полостью гидроцилиндра. Гидроцилинд установлен перпендикулярно к горизонтальной оси корпуса и разделен на две полости жестко связанным с запорным органом поршнем. Запорный орган и поршень прижаты пружиной в положение перекрытия отверстий вставки. Гидроцилиндр выполнен из немагнитного материала с установкой на его наружной поверхности для контроля положения запорного органа чувствительного элемента, например геркона. В крышке цилиндра выполнено разгрузочное отверстие. 5 ил.

Клапан-отсекатель для технологических трубопроводов, содержащий корпус с входным и выходным каналами и размещенный в нем запорный орган, снабженный хвостовиком с установленным на нем поршнем, размещенным внутри закрепленного на корпусе цилиндра с крышкой, отличающийся тем, что он снабжен размещенной в корпусе уплотнительной цилиндрической вставкой с отверстиями, соответствующими входному и выходному каналам корпуса, и фиксатором ее положения, а запорный орган выполнен в виде цилиндрического стакана с заостренными нижними кромками и перепускными каналами, при этом поршень снабжен уплотнительными манжетами, а цилиндр выполнен из немагнитного материала, закреплен на корпусе стяжным кожухом и снабжен герконом, размещенным на его наружной поверхности, причем в крышке цилиндра выполнено разгрузочное отверстие.