АРМАТУРА ДЛЯ ДОБЫЧИ И ТРАНСПОРТА ИСКОПАЕМОГО ТОПЛИВА С ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫМ БЛОКОМ Российский патент 2015 года по МПК E21B33/03 

Настоящее изобретение относится к предназначенной для добычи и транспорта преимущественно ископаемого топлива арматуре, к гидравлическому/пневматическому управляющему устройству, а также к предохранительному блоку подобной арматуры с по меньшей мере двумя предохранительными клапанами, которые гидравлически и/или пневматически соединены с по меньшей мере одним запорным механизмом предпочтительно арматуры в целях ее перекрытия при возникновении неисправности или аварийной ситуации.

С недавнего времени добыча и транспорт, прежде всего, ископаемого топлива осуществляются в постоянно усложняющихся условиях либо глубоко ниже уровня моря, либо в условиях полярного холода североамериканских или российских ледяных равнин. Несмотря на такие экстремальные условия к надежности оборудования для добычи и транспорта ископаемого топлива в конечном итоге и с учетом экологических аспектов предъявляются высокие требования. Так, в частности, существуют новые, общие правила техники безопасности, в соответствии с которыми помимо прочего должно исключаться возникновение утечек (соответствует типичной неисправности), а при возникновении аварийных ситуаций, таких, например, как пожары или взрывоподобное возникновение избыточного давления, должно автоматически происходить так называемое "аварийное отключение". Во всех таких случаях в принципе должны прекращаться добыча и транспорт ископаемого энергоносителя.

Для добычи и транспорта ископаемого топлива, такого, например, как природный газ или нефть, обычно используются трубопроводы различной протяженности, которые через так называемую фонтанную арматуру подсоединены к входящей в скважину насосно-компрессорной трубе. В насосно-компрессорной трубе и/или в арматуре расположены предохранительные клапаны, которые могут закрываться при возникновении неисправности или аварийной ситуации. В настоящее время закрытие подобных предохранительных клапанов выполняется либо вручную путем вращения штурвала, либо электрически, преимущественно путем дистанционного управления. Для этого клапаны оснащены электрическими приводами, на которые необходимо подавать электрическую энергию от источника тока. Однако было установлено, что подобные клапаны часто подвержены отказам в указанных выше экстремальных условиях, из-за чего невозможно соблюдение действующих в настоящее время требований техники безопасности.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена принципиальная задача разработать срабатывающую при возникновении неисправности или аварийной ситуации защиту для используемой в промышленности по добыче ископаемых энергоносителей арматуры или используемых в промышленности по добыче ископаемых энергоносителей трубопроводов, которая обладала бы повышенной эксплуатационной надежностью даже в экстремальных условиях эксплуатации.

Указанная задача решается с помощью гидравлического/пневматического устройства, заявленного в п.1 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения представлены различные предпочтительные варианты осуществления изобретения.

В изобретении в принципе помимо прочего предлагается предохранительный блок преимущественно для газо- или нефтедобывающего оборудования, который в предпочтительном варианте оснащен двумя или тремя предохранительными клапанами (гидроклапанами). Такие клапаны выполнены переключающимися в основном в зависимости от давления и/или температуры в целях контроля за рабочими режимами, например, фонтанной арматуры или трубопровода и перекрытия фонтанной арматуры или трубопровода без использования электрической энергии, т.е. исключительно гидравлически и/или пневматически. Для сохранения работоспособности клапанов даже в экстремальных условиях, прежде всего в условиях холода, они механически связаны с арматурой/трубопроводом таким образом, что между арматурой/трубопроводом и предохранительными клапанами происходит теплообмен для поддержания их постоянной температуры. В этих целях используется тот факт, что непосредственно добытый природный газ или непосредственно добытая нефть поступает из глубины с постоянно повышенной температурой, которая может использоваться для нагрева предохранительного блока и находящихся в нем клапанов.

Говоря более конкретно, предлагаемый в изобретении предохранительный блок арматуры/трубопровода, предназначенной/предназначенного для добычи и транспорта ископаемого топлива, имеет по меньшей мере два предохранительных клапана, которые гидравлически и/или пневматически соединены с по меньшей мере одним запорным механизмом арматуры/трубопровода/насосно-компрессорной трубы. По меньшей мере один из этих клапанов выполнен переключающимся в зависимости от температуры, а по меньшей мере один другой из них выполнен переключающимся в зависимости от давления с тем, чтобы при изменении температуры до значения, находящегося вне пределов заданного интервала температур, и/или при изменении давления до значения, находящегося вне пределов заданного интервала давлений, инициировать аварийное перекрытие арматуры/трубопровода/насосно-компрессорной трубы. Тем самым предлагаемый в изобретении предохранительный блок работает автоматически, т.е. независимо от ручного или дистанционно управляемого приведения в действие, и поэтому по меньшей мере принципиально пригоден для соблюдения действующих правил техники безопасности.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предохранительный блок термически, предпочтительно посредством механического соединения, связан с арматурой/трубопроводом, благодаря чему между арматурой/трубопроводом и предохранительным блоком происходит теплообмен. Природный газ/нефть с повышенной (относительно окружающей среды) температурой при этом отдает часть своей тепловой энергии предохранительному блоку, температура находящихся в котором клапанов и рабочих сред гидросистемы/пневмосистемы поддерживается тем самым на более или менее постоянном уровне. В результате исключается возможность замерзания предохранительных клапанов даже в условиях крайне низких температур, благодаря чему клапаны сохраняют свою работоспособность.

Для повышения подобного эффекта может быть предусмотрено заключение по меньшей мере предохранительного блока в корпус в целях теплоизоляции этого предохранительного блока от окружающей среды и воздействия ее температуры, благодаря чему переданная предохранительному блоку тепловая энергия не сразу теряется в результате ее отдачи в окружающую среду. При этом необходимо отметить, что рабочая среда предохранительного блока для приведения в действие запорного механизма должна быть хладостойкой и представляет собой, например, гидрожидкость на основе силикона (например, жидкость типа ПМС-20 КГ).

Еще один аспект настоящего изобретения относится к пусковому (начальному) периоду добычи, т.е. к тому ее периоду, в который в арматуре/трубопроводе еще отсутствует теплопереносящий ископаемый энергоноситель. Именно в этот период не исключена возможность по меньшей мере временного замерзания предохранительного блока и тем самым утраты им своей работоспособности на этот промежуток времени либо существует возможность того, что предохранительный блок не откроет более запорный механизм после аварийного отключения. Во избежание этого может быть предусмотрен вспомогательный нагреватель, предпочтительно электрический нагреватель, который включается при падении температуры предохранительного блока ниже некоторого настраиваемого значения в целях поддержания температуры предохранительного блока выше этого настраиваемого значения. Поскольку вероятность возникновения подобной ситуации лишь крайне мала, вспомогательный нагреватель может также представлять собой нагревательный, элемент одноразового использования, например, в виде нагревательного (обогревающего) пакета, заполненного двумя химическими веществами, при смешении которых начинается экзотермическая реакция. Их смешение при этом могло бы инициироваться, например, переключением одного из предохранительных клапанов в положение "аварийного отключения" либо термостатом, оснащенным иглой или иным аналогичным приспособлением.

Неисправности в работе в принципе могут возникать в скважине, в самой арматуре или в подсоединенном к ней трубопроводе. Под неисправностями в работе или аварийными ситуациями в основном подразумеваются утечки, закупорка, взрывы и пожары. Для управления всеми такими различными ситуациями необходимы точные знания о тех их проявлениях, обнаружение которых возможно и без электрических датчиков. Так, например, утечки приводят к потере давления, тогда как закупорка и взрывы, наоборот, приводят к повышению давления. Пожары сопровождаются частичным повышением температуры, которое можно заблаговременно определять в выбранных местах оборудования для добычи и транспорта ископаемого топлива без необходимости непосредственного учитывать возможность разрушения соответствующего термодатчика.

Исходя из сказанного выше, в предохранительном блоке наряду с переключающимся в зависимости от температуры предохранительным клапаном в предпочтительном варианте предусмотрено два переключающихся в зависимости от давления предохранительных клапана, один из которых нагружен устьевым давлением, преобладающим по ходу потока перед арматурой, а другой нагружен давлением в трубопроводе, преобладающим по ходу потока за арматурой. В более предпочтительном варианте нагруженный устьевым давлением предохранительный клапан настроен на максимальное давление и перекрывает арматуру при возрастании давления выше этого его максимального значения (например, при закупорке или взрыве). Нагруженный же давлением в трубопроводе предохранительный клапан в предпочтительном варианте настроен на минимальное давление и перекрывает арматуру при падении давления ниже этого его минимального значения (например, при возникновении утечки).

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения снабжение гидравлического/пневматического устройства необходимой для его работы энергией должно по возможности происходить автономно, что делает излишним его не отличающееся особо высокой надежностью энергоснабжение от внешнего источника, например, в виде снабжения электроэнергией. С этой целью может быть предусмотрен, например, гидравлический энергоаккумулятор в виде предварительно заряженного гидроаккумулятора (аккумулятора рабочей среды), который снабжает гидравлическое/пневматическое устройство энергией давления. Однако подобные аккумуляторы выдерживают лишь ограниченное максимальное давление, которое обычно явно ниже давления, необходимого для приведения в действие запорного механизма. По этой причине согласно изобретению предлагается оснащать систему гидравлического/пневматического управления для приведения в действие запорного механизма по меньшей мере одним мультипликатором, который преобразует сравнительно низкое исходное давление, например, от гидро- или пневмоаккумулятора в повышенное рабочее давление для приведения в действие запорного механизма. В предпочтительном варианте к источнику рабочей среды параллельно друг другу подсоединено несколько мультипликаторов, которыми можно управлять последовательно для постепенного повышения или снижения таким путем давления, действующего на запорный механизм, и/или повышения длительной эксплуатационной готовности благодаря избыточности.

Предпочтительно при этом предусматривать до или после каждого мультипликатора управляющий клапан, который выполнен нагружаемым со своей управляемой стороны управляющим давлением от предохранительного блока и выполнен с возможностью переключения в зависимости от величины этого управляющего давления в свое открытое положение (при расположении до мультипликатора) или закрытое положение (при расположении после мультипликатора), в первом из которых он допускает, а во втором соответственно предотвращает повышение давления в мультипликаторе.

С целью обеспечить открытие запорного механизма даже в том случае, когда предохранительный блок (еще) не создает соответствующее управляющее давление, например, в период пуска арматуры или при работе в тестовом режиме, должна обеспечиваться возможность искусственного/ручного моделирования подобного управляющего давления. Поэтому согласно еще одному аспекту настоящего изобретения к линии управляющего давления для соединения между по меньшей мере одним предусмотренным непосредственно до или после соответствующего мультипликатора управляющим клапаном и предохранительным блоком подсоединен клапан с ручным приводом, предпочтительно распределительный клапан, через который возможно подсоединение источника давления непосредственно к управляемой стороне управляющего клапана соответствующего мультипликатора. Таким путем можно в некотором роде вручную создавать управляющее давление в целях повышения давления в соответствующем мультипликаторе и перевода тем самым запорного механизма в открытое положение в обход предохранительного блока.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - пример фонтанной арматуры, установленной на устье скважины для добычи ископаемых энергоносителей и снабженной непосредственно смонтированным на ней предлагаемым в изобретении предохранительным блоком,

на фиг.2а и 2б - гидравлическая система управления и снабжения, например, для устьевой арматуры согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения,

на фиг.3а и 3б - гидравлическая система управления и снабжения, например, для устьевой арматуры согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения и

на фиг.4 - несколько вариантов компоновки предохранительных клапанов в предлагаемом в изобретении предохранительном блоке.

На фиг.1 показана принципиальная схема устьевой арматуры 1, предназначенной для добычи и транспорта жидкого или газообразного ископаемого энергоносителя и состоящая из насосно-компрессорной (подъемной) трубы 2, которая вставлена в скважину, и фонтанной арматуры 4, которая прифланцована к выступающей из скважины головке насосно-компрессорной трубы 2. Фонтанная арматура 4 имеет множество расположенных елочкой ответвляющихся присоединений 6 (фонтанную елочку), которые выполнены с возможностью их гидравлического соединения с фонтанной арматурой 4 через открываемые вручную задвижки 8 и к которым по выбору подсоединены трубы трубопроводов 10, по которым осуществляется дальнейший транспорт ископаемого энергоносителя.

В подобной фонтанной арматуре 4 и/или в насосно-компрессорной трубе 2 обычно предусмотрен не показанный на фиг.1 запорный механизм, предпочтительно с гидроприводом, например, в виде задвижки или заслонки, который в нормальном режиме эксплуатации всего эксплуатационного оборудования (включая насосно-компрессорную трубу, арматуру и трубопровод) находится в открытом положении и закрывается при возникновении неисправности или аварийной ситуации для прекращения работы в режиме эксплуатации. Управление запорным механизмом и его приведение в действие в предпочтительном варианте осуществляется гидравлически и/или пневматически, для чего предназначено расположенное непосредственно на фонтанной арматуре 4 управляющее устройство 12, которое более подробно рассмотрено ниже со ссылкой на фиг.2 и 3.

Как уже отмечалось выше в начале описания, нефть и природный газ в настоящее время добывают преимущественно в областях с экстремальными условиями окружающей среды. Вытекающая отсюда проблема состоит в обеспечении работоспособности управляющих и/или регулирующих устройств даже в условиях крайне низких температур и при возникновении перебоев с энергоснабжением от внешнего источника, таким как электроснабжение. Сказанное означает, что управляющие и/или регулирующие устройства в принципе должны работать автономно, при этом должна также решаться проблема обледенения путем использования энергии по месту.

На фиг.2а и 2б показана гидросхема управляющего устройства. При этом на фиг.2а показана ее верхняя, а на фиг.2б - ее нижняя часть. Соответственно на фиг.3а и 3б показана другая гидросхема управляющего устройства, при этом на фиг.3а показана ее верхняя, а на фиг.3б - ее нижняя часть. В последующем описании обе фиг.2а и 2б совместно обозначаются как фиг.2, а обе фиг.3а и 3б - как фиг.3. Показанное на фиг.2 и 3 управляющее устройство 12 в целом, но по меньшей мере относящийся к нему предохранительный блок 14 согласно изобретению непосредственно расположено/расположен на фонтанной арматуре 4, а именно: на вступающей из скважины насосно-компрессорной трубе 2 либо непосредственно на примыкающем к фонтанной арматуре 4 участке трубопровода 10, таким образом, что между обоими этими узлами возможен теплоэнергообмен. Поскольку только что добытый природный газ или только что добытая нефть, который/которая поступает из подземного месторождения в фонтанную арматуру 4 и затем в трубопровод 10, круглогодично имеет примерно одинаковую температуру, существует возможность существенно уменьшить колебания температуры непосредственно смонтированного на арматуре 4 управляющего устройства 12 относительно окружающей температуры и предотвратить обледенение управляющих элементов. Достижению подобного эффекта способствует также размещение управляющего устройства, но по меньшей мере его предохранительного блока 14 в не показанном на чертежах корпусе, предпочтительно теплоизолированном корпусе (например, в кожухе из высококачественной стали), который защищает управляющие элементы от воздействия ветра и воды и одновременно снижает теплоотдачу в окружающую среду. Дополнительно при использовании гидравлического/пневматического управляющего устройства 12 применяют морозостойкую рабочую жидкость, предпочтительно на основе силикона.

Согласно фиг.2 подобное гидравлическое/пневматическое управляющее устройство 12 в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения принципиально имеет блок 16 управления и предохранительный блок 14. Говоря более конкретно, блок 16 управления и предохранительный блок 14 подсоединены к по меньшей мере одному не показанному на чертеже гидравлическому источнику Р1/Р2 энергии, например, к по меньшей мере одному предварительно заряженному гидроаккумулятору, который через фильтр (фильтр тонкой очистки) 18 соединен со входной линией 20 блока 16 управления и предохранительного блока 14. Входная линия 20 блока 16 управления подсоединена к управляющему клапану с ручным/электрическим приводом, предпочтительно распределительному клапану 22, для активизации так называемого мультипликатора 24. Между гидравлически управляемым распределительным клапаном 22 (ниже называемым клапаном мультипликатора) и фильтром 18 тонкой очистки во входной линии 20 предусмотрен по меньшей мере один отключающий клапан 26 также с ручным/электрическим приводом (предпочтительно в виде пружинного трехходового двухпозиционного (3/2-) клапана), который позволяет при его ручном или электрическом приведении в действие соединять гидравлический источник энергии с (отдельно не показанным на чертеже) баком с рабочей средой при перекрытии входной линии 20. Клапан 22 мультипликатора в данном случае выполнен в виде пружинного трехходового двухпозиционного клапана, который в нормальном положении соединяет мультипликатор 24 с баком с рабочей средой. Мультипликатор 24 при этом представляет собой поршневой блок с поршневой полостью в качестве нагружаемой давлением от источника энергии полости низкого давления и штоковой полостью в качестве соединенной/соединяемой с запорным механизмом полости высокого давления.

При этом необходимо отметить, что для управления, например, запорным механизмом в связи с малой площадью имеющихся поперечных сечений используется исключительно высокое давление (500-1000 бар). В данном случае запорный механизм показан на фиг.2 в виде поршневого блока (гидроцилиндра) 28, поршень которого удерживается против усилия пружины в открытом положении до тех пор, пока на него продолжает действовать исключительно высокое рабочее давление. Для создания такого высокого рабочего давления между запорным механизмом 28 и источником энергии предусмотрен описанный выше мультипликатор 24.

Согласно показанному на фиг.2 первому предпочтительному варианту осуществления изобретения предусмотрен только один мультипликатор 24, который за один единственный свой полный или неполный ход может подавать рабочую среду в объеме, необходимом для приведения в действие запорного механизма 28. Для этого цилиндр мультипликатора 24 предварительно нагружен действующим в направлении закрытия запорного механизма 28 усилием пружины, которая при отключении управляющего устройства 12 обеспечивает полное и быстрое снижение (рабочего) давления в полости высокого давления.

Для управления мультипликатором 24, соответственно его цилиндром, в показанном на фиг.2 варианте предусмотрено два логических клапана 30, 32. Говоря более конкретно, параллельно вышеописанному клапану 22 мультипликатора во входной линии блока 16 управления промежуточно предусмотрен еще один пружинный трехходовой двухпозиционный распределительный клапан 34, который подсоединен к рабочему (силовому или нагрузочному) входу первого логического клапана 30 и который в своем нормальном положении соединяет первый логический клапан 30 с баком с рабочей средой при отсоединении его от гидравлического источника энергии. Рабочий выход первого логического клапана 30 соединен с полостью высокого давления в мультипликаторе 24 и с рабочим входом второго логического клапана 32, рабочий выход которого соединен с запорным механизмом 28. В своем нормальном положении оба логических клапана 30, 32 находятся в положениях, в которых запорный механизм 28 соединен с баком с рабочей средой, т.е. находится в своем закрытом положении.

С управляемой же стороны первый логический клапан 30 нагружается управляющим давлением, создаваемым предохранительным блоком 14, вследствие чего первый логический клапан 30 удерживает запорный механизм 28 постоянно отсоединенным от бака с рабочей средой. Иными словами, до тех пор, пока первый логический клапан 30 нагружен управляющим давлением от предохранительного блока 14, запорный механизм 28 остается в своем открытом положении, если только клапан 22 мультипликатора не переключается вручную или электрически из своего нормального положения во второе положение, в котором он соединяет полость низкого давления в мультипликаторе 24 с баком с рабочей средой.

В показанном на фиг.2 варианте предохранительный блок 14 имеет в данном случае три предохранительных клапана 36, 38, 40, которые расположены параллельно друг другу и рабочие входы каждого из которых подсоединены к предпочтительно одному источнику рабочей среды. Говоря более конкретно, левый на фиг.2 предохранительный клапан 36 представляет собой приводимый в действие в зависимости от температуры распределительный клапан с термостатом, термическая жидкость которого нагружает управляемую сторону этого предохранительного клапана 36 для перемещения его золотника из его нормального положения при определенном возрастании температуры. При этом переключающийся в зависимости от температуры клапан 36 в нормальном положении соединяет гидравлический источник энергии с первым логическим клапаном 30 (соответственно его управляемой стороной), а при возрастании температуры соединяет первый логический клапан 30 (т.е. его управляемую сторону) с баком с рабочей средой.

Средний на фиг.2 предохранительный клапан 38 представляет собой приводимый в действие в зависимости от давления распределительный клапан, который также подсоединен к первому логическому клапану 30 (его управляемой стороне) и в нормальном положении соединяет его с баком с рабочей средой. Со своей управляемой стороны этот предохранительный клапан 38 соединен, например, с трубопроводом 10 и преобладающим в нем давлением переключается из нормального положения в закрытое положение, в котором первый логический клапан 30 отсоединен от бака с рабочей средой. Следовательно, такой клапан 38 настроен на минимальное давление (в трубопроводе) и тем самым срабатывает в ответ на потерю напора в трубопроводе 10, например, из-за возникновения в нем утечки.

Правый на фиг.2 предохранительный клапан 40 также представляет собой приводимый в действие в зависимости от давления распределительный клапан, который также подсоединен к первому логическому клапану 30 (т.е. его управляемой стороне) и который в нормальном положении отсоединяет первый логический клапан 30 от бака с рабочей средой. Со своей управляемой стороны этот предохранительный клапан 40 подсоединен, например, к фонтанной арматуре 4 или к насосно-компрессорной трубе 2 и при возникновении избыточного давления, например, в трубопроводе соединяет первый логический клапан 30 с баком с рабочей средой. Такой клапан 40 настроен на максимальное давление и тем самым срабатывает в ответ на возникновение избыточного давления (повышение давления) в трубопроводе 10, в фонтанной арматуре 4 или в насосно-компрессорной трубе 2.

Наряду с выполнением описанных выше основных управляющих функций и предохранительных функций гидравлическое/пневматическое управляющее устройство 12 в показанном на фиг.2 варианте может быть также оснащено различными дополнительными функциональными элементами, которые могут использоваться по отдельности либо в том или ином сочетании друг с другом.

Согласно показанным на данном чертеже опциям 2 и 3 между первым логическим клапаном 30 (соответственно его управляемой стороной) и предохранительным блоком 14 в линии 42 управляющего давления может быть предусмотрен распределительный клапан (запорный клапан) 44, который выполнен с ручным/электрическим приводом и который в своем нормальном положении открыт, допуская прохождение рабочей среды по линии 42 управляющего давления, и может переключаться в закрытое положение. За этим запорным клапаном 44 с ручным/электрическим приводом от линии 42 управляющего давления отходит ответвление 46, в котором предусмотрен еще один клапан 48 моделирующего давления такой же конструкции, который выполнен с ручным/электрическим приводом и который в своем нормальном положении перекрывает ответвление 46 и может переключаться в открытое положение. Такое ответвление 46 соединено или может соединяться с источником рабочей среды, благодаря чему при соответствующем приведении в действие обоих запорных клапанов 44, 48 к первому логическому клапану 30 может прикладываться моделируемое управляющее давление, а запорный механизм 28 может тем самым даже в отсутствие управляющего давления от предохранительного блока 14 перемещаться в открытое положение.

Вместо опций 2 и 3 могут быть предусмотрены опции 2 и 4, согласно которым в линии 42 управляющего давления между предохранительным блоком 14 и первым логическим клапаном 30 предусмотрено два открывающихся во взаимно противоположные стороны пружинных обратных клапана 50, каждый из которых можно переключать в его открытое положение приведением в действие переключающих клапанов 52, 54 с ручным приводом (клапанов управления обратными клапанами).

Говоря более конкретно, два обратных клапана 50 установлены таким образом, что один обратный клапан, расположенный со стороны предохранительного блока 14, автоматически открывается в направлении него, а другой обратный клапан, расположенный со стороны первого логического клапана 30, соответственно его управляемой стороны, автоматически открывается в направлении него. К обоим обратным клапанам 50 подсоединено по линии 56 принудительного открытия, каждая из которых соединена с источником рабочей среды и в каждой из которых промежуточно установлено по два последовательно расположенных распределительных клапана 52, 54, которые совместно в своем нормальном положении открыты, т.е. удерживают обратные клапаны 50 в их открытом положении.

С целью обеспечить в соответствии с этим открытие запорного механизма 28 даже в отсутствие управляющего давления от предохранительного блока 14 оба обратных клапана 50 путем соответствующего приведения в действие четырех распределительных клапанов 52, 54 закрываются, а распределительный клапан 48 (клапан моделирующего давления) в ответвлении 46 открывается. При этом достигается тот же результат, что и описанный выше при использовании опций 2 и 3, т.е. первый логический клапан 30 закрывается, а запорный механизм 28 может тем самым даже в отсутствие управляющего давления от предохранительного блока 14 перемещаться в открытое положение.

Ниже со ссылкой на фиг.3 более подробно рассмотрен второй предпочтительный вариант осуществления изобретения.

Согласно фиг.3 гидравлическое/пневматическое управляющее устройство 12 в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения также имеет блок 16 управления и предохранительный блок 14, которые подсоединены к по меньшей мере одному гидравлическому источнику Р1/Р2 энергии, например, предварительно заряженному гидроаккумулятору, который через фильтр (фильтр тонкой очистки) 18 соединен со входной линией 20 блока 16 управления и управляющего, соответственно предохранительного блока 14. Входная линия 20 блока 16 управления/предохранительного блока 14 подсоединена к гидравлически управляемому в данном варианте распределительному клапану (управляющему клапану) 22 для приведения в действие мультипликатора 24. Между гидравлически управляемым распределительным клапаном 22 (ниже называемым также клапаном мультипликатора) и фильтром 18 тонкой очистки во входной линии 20 также предусмотрен отключающий клапан 26 с ручным/электрическим приводом (предпочтительно в виде двух последовательно включенных пружинных трехходовых двухпозиционных (3/2-) клапанов), который (которые) позволяет (позволяют) при его (их) ручном и/или электрическом приведении в действие соединять гидравлический источник энергии с баком с рабочей средой при перекрытии входной линии 20. Клапан 22 мультипликатора в данном случае выполнен в виде пружинного трехходового двухпозиционного клапана, который в своем нормальном положении соединяет соответствующий мультипликатор 24 с баком с рабочей средой.

Мультипликатор 24 и во втором предпочтительном варианте осуществления изобретения представляет собой поршневой блок с поршневой полостью в качестве нагружаемой давлением от источника энергии полости низкого давления и штоковой полостью в качестве соединенной/соединяемой с запорным механизмом полости высокого давления.

Согласно показанному на фиг.3 второму предпочтительному варианту осуществления изобретения также предусмотрен по меньшей мере один мультипликатор 24, который предпочтительно за несколько ходов может подавать рабочую среду в объеме, необходимом для приведения в действие запорного механизма. Говоря более конкретно, в данном случае, однако, предусмотрено множество расположенных параллельно друг другу мультипликаторов 24, о чем более подробно сказано ниже.

Для управления каждым мультипликатором 24, соответственно его цилиндром в показанном на фиг.3 варианте между клапаном 22 мультипликатора и самим мультипликатором 24 предусмотрен еще один гидравлически управляемый распределительный клапан 58, который позволяет по выбору соединять мультипликатор 24 с источником рабочей среды или с баком с рабочей средой с целью обеспечить таким путем точное управление мультипликатором 24.

Клапан 22 мультипликатора со своей управляемой стороны нагружается управляющим давлением, создаваемым предохранительным блоком 14, вследствие чего мультипликатор 24 постоянно удерживается в таком положении, в котором запорный механизм 28 занимает свое открытое положение. Иными словами, до тех пор, пока клапан 22 мультипликатора, соответственно его управляемая сторона нагружен/нагружена управляющим давлением от предохранительного блока 14, запорный механизм 28 может оставаться в своем открытом положении.

В показанном на фиг.3 варианте предохранительный блок 14 аналогично первому предпочтительному варианту осуществления изобретения имеет в данном случае три предохранительных клапана 36, 38, 40, которые расположены параллельно друг другу и рабочие входы каждого из которых подсоединены к предпочтительно одному источнику рабочей среды.

Говоря более конкретно, левый на фиг.3 предохранительный клапан 36 представляет собой приводимый в действие в зависимости от температуры распределительный клапан с термостатом, термическая жидкость которого нагружает управляемую сторону этого предохранительного клапана 36 для перемещения его золотника из его нормального положения при определенном возрастании температуры. При этом переключающийся в зависимости от температуры клапан 36 в нормальном положении соединяет гидравлический источник энергии с клапаном 22 мультипликатора (соответственно его управляемой стороной), а при возрастании температуры соединяет клапан 22 мультипликатора (а тем самым и поршневую полость мультипликатора 24) с баком с рабочей средой.

Средний на фиг.3 предохранительный клапан 38 представляет собой тот приводимый в действие в зависимости от давления распределительный клапан, который также подсоединен к клапану 22 мультипликатора, соответственно управляемой стороне этого клапана и в нормальном положении соединяет его, т.е. его управляемую сторону, с баком с рабочей средой. Со своей управляемой стороны этот предохранительный клапан 38 соединен, например, с трубопроводом 10 и преобладающим в нем давлением переключается из нормального положения в закрытое положение, в котором клапан 22 мультипликатора отсоединен от бака с рабочей средой. Следовательно, такой клапан 38 настроен на минимальное давление (в трубопроводе) и тем самым срабатывает в ответ на потерю напора в трубопроводе 10, например, из-за возникновения в нем утечки.

Правый на фиг.3 предохранительный клапан 40 также представляет собой приводимый в действие в зависимости от давления распределительный клапан, который подсоединен к клапану 22 мультипликатора, соответственно управляемой стороне этого клапана и который в нормальном положении отсоединяет его от бака с рабочей средой. Со своей управляемой стороны этот предохранительный клапан 40 подсоединен, например, к фонтанной арматуре 4 или к насосно-компрессорной трубе 2 и при возникновении избыточного давления, например, в трубопроводе соединяет клапан 22 мультипликатора (а тем самым и поршневую полость мультипликатора 24) с баком с рабочей средой. Такой клапан 40 настроен на максимальное давление и тем самым срабатывает в ответ на возникновение избыточного давления (повышение давления) в трубопроводе 10, в фонтанной арматуре 4 или в насосно-компрессорной трубе 2.

Наряду с выполнением описанных выше основных управляющих функций и предохранительных функций гидравлическое/пневматическое управляющее устройство 12 в показанном на фиг.3 варианте может быть также оснащено различными дополнительными функциональными элементами, которые могут использоваться по отдельности либо в том или ином сочетании друг с другом и которые уже рассмотрены выше со ссылкой на фиг.2. Поэтому в отношении таких дополнительных функций можно сослаться на соответствующие разделы приведенного выше описания. Однако дополнительно к указанным опциям система гидравлического управления во втором предпочтительном варианте осуществления изобретения может быть также снабжена следующими функциями.

Согласно фиг.3 к источнику рабочей среды, т.е. к входной линии 20 блока 16 управления, запорному механизму 28 и баку с рабочей средой, могут быть, как уже указывалось выше, подсоединены несколько установленных параллельно друг другу мультипликаторов 24, каждый из которых соединен с указанным источником рабочей среды через свои собственные клапан 22 и клапан 58 точного управления. Каждый клапан 22 мультипликатора нагружается при этом управляющим давлением от предохранительного блока 14. Необходимо отметить, что прежде всего в данном варианте, в соответствии с которым предусмотрено множество расположенных по параллельной схеме мультипликаторов 24, перед каждым клапаном 22 мультипликатора в линии управляющего давления между предохранительным блоком 14 и соответствующим клапаном 22 мультипликатора, соответственно управляемой стороной этого клапана предусмотрен собственный распределительный клапан (запорный клапан) 34, который выполнен с ручным/электрическим приводом и который в своем нормальном положении открыт, а при срабатывании сбрасывает управляющее давление, приложенное к соответствующему клапану 22 мультипликатора, в бак с рабочей средой. Подобная система позволяет, например, управлять индивидуально каждым из мультипликаторов 24 и таким путем осуществлять постепенное (в зависимости от количества мультипликаторов) приведение в действие запорного механизма 28 и/или повысить длительную эксплуатационную готовность благодаря избыточности.

Помимо этого к линии высокого давления между мультипликатором(-ами) 24 (соответственно его(их) полостью(-ями) высокого давления) и запорным механизмом 28 дополнительно (согласно опциям 5 и 6) может быть подсоединен логический клапан 60, через который давление в линии высокого давления может при необходимости непосредственно сбрасываться в бак с рабочей средой. Такой дополнительный логический клапан 60 имеет управляемую сторону, которая через запорный клапан 62 с ручным/электрическим приводом соединена с линией 42 управляющего давления, вследствие чего логический клапан 60 удерживается в своем закрытом положении. Однако сразу же при приведении в действие (срабатывании) запорного клапана 62 приложенное к логическому клапану 60 управляющее давление сбрасывается в бак с рабочей средой, и логический клапан 60 открывается, в результате чего запорный механизм 28 переводится в свое закрытое положение. При этом необходимо дополнительно отметить, что при наличии подобного дополнительного логического клапана 60 можно избежать потерь от утечек во множестве мультипликаторов 24, если непосредственно за ними предусмотреть открывающийся в направлении запорного механизма 28 обратный клапан 64. Хотя такой обратный клапан 64 и препятствует перемещению запорного механизма 28 в направлении его закрытия при приведении в действие мультипликаторов (функция сброса давления из мультипликаторов 24 становится неактивной), тем не менее этого можно добиться также благодаря использованию дополнительного логического клапана 60.

На фиг.4 показано несколько альтернативных вариантов выполнения предохранительного блока 14 согласно первому или второму вариантам осуществления изобретения.

Показанный на фиг.4 вариант А точно соответствует первому и второму вариантам осуществления изобретения, и поэтому в отношении него можно сослаться на соответствующие разделы приведенного выше описания.

В варианте В клапаны из варианта А расположены таким образом, что их нормальные положения обратны по отношению к варианту А. Иными словами, в варианте В клапаны в своем нормальном положении обеспечивают снижение управляющего давления, а при приведении в действие обеспечивают создание управляющего давления. В этом случае в отсутствие управляющего давления запорный механизм удерживается в открытом положении, а при подаче управляющего давления устанавливается в закрытое положение.

Вариант С по своей функции соответствует варианту В, но характеризуется упрощенным конструктивным исполнением. В данном случае линия 42 управляющего давления при работе в нормальном режиме просто отсоединена от источника рабочей среды, а при возникновении неисправности или аварийной ситуации соединена с источником рабочей среды. Сброс давления из линии 42 управляющего давления в бак в целях повторного открытия запорного механизма 28 (после "аварийного отключения") происходит более не через предохранительный блок 14, а должен осуществляться через еще один (не показанный на чертеже) клапан.

Сказанное справедливо и в отношении варианта D, который по своей функции соответствует варианту А, но также не предусматривает сброс давления в бак. Иными словами, при возникновении неисправности или аварийной ситуации предохранительный блок 14 разобщает соединение с источником рабочей среды, однако не снижает управляющее давление одновременно с этим. В данном случае снижение управляющего давления для перемещения запорного механизма 28 в направлении его закрытия также должно осуществляться через еще один (не показанный на чертеже) клапан.

Выполненный по варианту Е предохранительный блок 14 сравним с вариантом С с тем лишь отличием, что в варианте Е каждый из клапанов индивидуально подсоединен к источнику рабочей среды, тогда как в варианте С на предохранительном блоке 14 предусмотрено центральное подсоединение к источнику рабочей среды, от какового подсоединения ко всем клапанам ведут соединения внутри предохранительного блока.

Перечень ссылочных обозначений

1 - устьевая арматура

2 - насосно-компрессорная труба

4 - фонтанная арматура

6 - ответвляющиеся присоединения

8 - ручные задвижки

10 - трубопровод

12 - система гидравлического/пневматического управления (гидравлическое/пневматическое управляющее устройство)

14 - предохранительный блок

16 - блок управления

18 - фильтр

20 - входная линия

22 - управляющий клапан

24 - мультипликатор

26 - отключающий клапан

28 - запорный механизм

30 - первый логический клапан

32 - второй логический клапан

34 - распределительный клапан

36 - приводимый в действие в зависимости от температуры распределительный клапан

38 - настроенный на минимальное давление распределительный клапан

40 - настроенный на максимальное давление распределительный клапан

42 - линия управляющего давления

44 - запорный клапан

46 - ответвление

48 - клапан моделирующего давления

50 - обратные клапаны

52, 54 - клапаны управления обратными клапанами

56 - линия принудительного открытия

58 - клапан точного управления

60 - дополнительный логический клапан

62 - запорный клапан

64 - дополнительный обратный клапан.

Изобретение относится к добыче и транспорту преимущественно ископаемого топлива и, в частности, к запорной арматуре для перекрытия канала или трубопровода при возникновении неисправности или аварийной ситуации в условиях эксплуатации объекта. Технический результат - повышение надежности защитной арматуры в экстремальных условиях эксплуатации. Система управления запорным механизмом имеет источник рабочей среды, соединенный с мультипликатором, по меньшей мере одним. Мультипликатор связан с запорным механизмом для преобразования создаваемого источником рабочей среды низкого давления в приводящее в действие запорный механизм рабочее высокое давление и с которым функционально связан по меньшей мере один приводящий его в действие управляющий клапан. Каждый из этих клапанов выполнен с возможностью работы от управляющего давления со стороны предохранительного блока. Этот блок обеспечивает возможность контроля работы системы управления и переключения клапанов, в зависимости от величины управляющего давления, в их открытое или закрытое положение. При этом обеспечена возможность повышения давления, действующего на запорный механизм, для его перевода в открытое положение. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система (12) гидравлического и/или пневматического управления запорным механизмом (28) предназначенной для добычи и транспорта ископаемого топлива арматуры (4) или установленной перед ней насосно-компрессорной трубы (2), имеющая источник рабочей среды, соединяемый с по меньшей мере одним мультипликатором (24), который соединен с запорным механизмом (28) для преобразования создаваемого источником рабочей среды низкого давления в приводящее в действие запорный механизм (28) рабочее высокое давление и с которым функционально связан по меньшей мере один приводящий его в действие управляющий клапан (22, 30, 32), каждый из которых выполнен нагружаемым со своей управляемой стороны управляющим давлением от предохранительного блока (14), контролирующего работу системы (12) управления, и каждый из которых выполнен с возможностью переключения в зависимости от величины этого управляющего давления в свое открытое или закрытое положение, в котором он обеспечивает возможность повышения давления, действующего на запорный механизм (28), для его перевода в открытое положение.

2. Система управления по п. 1, отличающаяся тем, что к источнику рабочей среды параллельно друг другу подсоединено несколько мультипликаторов (24), предпочтительно последовательно или выборочно соединяемых с источником рабочей среды для постепенного повышения или снижения таким путем давления, действующего на запорный механизм (28).

3. Система управления по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что предусмотрен переключаемый вручную клапан (34), предпочтительно распределительный клапан, через который возможно соединение источника давления непосредственно с приводимым в действие управляющим давлением распределительным клапаном (22, 30, 32) соответствующего мультипликатора (24) для ручного переключения управляющего клапана (22, 30, 32), предназначенного для приведения в действие относящегося к нему мультипликатора (24).

4. Система управления по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что между источником давления и управляющим клапаном (22) соответственно одного из мультипликаторов (24) предусмотрен отключающий клапан (26) с ручным или электрическим приводом.

5. Система управления по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что источник давления представляет собой гидроаккумулятор.

6. Система управления по п. 1, отличающаяся тем, что нагружаемый управляющим давлением управляющий клапан представляет собой логический клапан (30), который расположен между мультипликатором (24) и запорным механизмом (28) и который в зависимости от величины управляющего давления повышает или снижает рабочее давление.

7. Система управления по п. 1, отличающаяся тем, что нагружаемый управляющим давлением управляющий клапан представляет собой распределительный клапан (22), к которому с его управляемой стороны подсоединен запорный клапан (34), предназначенный для выборочного переключения этого распределительного клапана (22) в положение для перевода запорного механизма (28) в его закрытое положение.

8. Система управления по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что предусмотрена схема моделирования управляющего давления, предназначенная для ручного создания управляющего давления для перевода запорного механизма (28) в его открытое положение.

9. Система управления по п. 8, отличающаяся тем, что схема моделирования управляющего давления имеет первое клапанное устройство, которое разобщает соединение между предохранительным блоком (14) и управляющим клапаном мультипликатора (24), и второе клапанное устройство, которое соединяет управляемую сторону управляющего клапана мультипликатора (24) непосредственно с источником энергии.