КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ
CUTOFF VALVE

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано на промыслах и газораспределительных станциях в сепараторах.
Известен вибрационно-частотный преобразователь плотности газа (Плотников В.М., Подрешетников В.А., Тетеревятников Л.Н. Приборы и средства учета природного газа и конденсата. 1989 г., стр.104).
Преобразователь содержит цилиндрический чувствительный элемент с электромагнитной катушкой и катушкой возбуждения и электронный блок. Частота механических колебаний цилиндрического чувствительного элемента зависит от плотности среды, которая попадает в преобразователь плотности.
Данный преобразователь может быть установлен на выходе сепаратора для управления закрытием защитного клапана при попадании жидкости в выходной трубопровод, но при этом требуется источник электрической энергии. Кроме того, преобразователь отличается сложной конструкцией.
Наиболее близким техническим решением является защитный клапан по патенту РФ № 2101596, кл. F16K 23/00 (Бюл. № 1 от 10.01.98). Он содержит корпус с входной и выходной полостями и втулочный затвор в виде поршня с седлом, причем во входной полости имеется сопло с радиальными каналами в его наименьшем проходном сечении.
Следует отметить также, что между наружной поверхностью сопла и торцом поршня образована торцевая полость, взаимодействующая с полостью сопла, а усилие пружины направлено от седла. Необходимо обратить внимание и на то, что данный защитный клапан устанавливается в линии сброса жидкости из сепаратора и прекращает сброс после полного освобождения сепаратора от жидкости.
Оно надежно защищает потребителя жидких фракций от попадания сжимаемой среды (газа), но совершенно не выполняет обратной функции - защиты от попадания жидкой среды потребителям газа.
Целью изобретения является достижение возможности автоматического срабатывания при смене среды сжимаемой на несжимаемую.
Указанная цель достигается тем, что в клапане-отсекателе, содержащем корпус с входной, выходной и торцевой полостями, подпружиненный в направлении от седла подвижный втулочный затвор, пружинную камеру и взаимодействующий с ней клапан управления, в торце подвижного втулочного затвора выполнен штуцер, а выходная полость снабжена отверстием для взаимодействия с пружинной камерой через клапан управления.
Анализ найденных в результате проведенного поиска патентных, информационных и каталожных материалов по клапанам-отсекателям по фондам областной универсальной научно-технической библиотеки г.Саратова позволяет сделать вывод, что предлагаемое изобретение не известно из уровня техники, т.е. оно является новым. Кроме того, данное устройство не следует явным образом из уровня техники, т.е. имеет изобретательский уровень.
Предлагаемая конструкция клапана-отсекателя вызвана практикой эксплуатации.
Благодаря конструктивным отличиям, а именно выполнению штуцера в торце подвижного подпружиненного втулочного затвора и обеспечению возможности взаимодействия выходной полости с пружинной камерой через клапан управления, достигается возможность автоматического закрытия клапана-отсекателя при попадании во входную полость жидкой среды, например, в случае, когда потребитель получает газ после сепаратора.
Предлагаемое устройство устанавливается не в линии сброса жидкости из сепаратора, а в основном трубопроводе на выходе из сепаратора, по которому чистый газ подается потребителю и защищает выходной трубопровод от попадания жидкости при переполнении сепаратора.
Следовательно, предлагаемая конструкция клапана-отсекателя обладает промышленной полезностью.
На чертеже представлен общий вид устройства в разрезе. Клапан-отсекатель состоит из корпуса 1 с входной 2, выходной 3 и торцевой 4 полостями, пружинной камеры 5 с отверстием 6, подвижного втулочного затвора 7 с уплотнениями и штуцером 8 в торце, седла 9, пружины 10, расположенной в пружинной камере 5 и взаимодействующей с подвижным втулочным затвором, отверстия 11 в выходной полости 3 и клапана управления 12, сообщающегося с пружинной камерой 5 и выходной полостью 3 клапана-отсекателя соответственно через отверстия 6 и 11,
Предлагаемый клапан-отсекатель работает следующим образом.
Клапан-отсекатель устанавливается на выходе сепаратора, отделяющего нефть (несжимаемую среду) от газа (сжимаемая среда). Газ по трубопроводу поступает через клапан-отсекатель потребителю, например, на горелку подогревателя.
Пружина 10, воздействуя на подвижный втулочный затвор 7, перемещает его влево, клапан-отсекатель открыт. При прохождении потока газа через клапан-отсекатель на штуцере 8 возникает перепад давления, при этом диаметр прохода штуцера выбирается таким, чтобы при номинальном расходе перепад был недостаточен для перемещения подвижного втулочного затвора 7 вправо до посадки его на седло 9, т.е. закрытия. При переполнении сепаратора через клапан-отсекатель начинает проходить жидкая среда, например вода, нефть или конденсат. В этом случае перепад давления на штуцере 8 возрастает в несколько раз. Под действием этого перепада подвижный втулочный затвор 7 перемещается вправо и садиться на седло 9, т.е. клапан-отсекатель закрывается.
Согласно уравнению Бернулли
1
где P - давление до штуцера;
2
Р - давление после штуцера;
перепад (потери) давления на штуцере;
1
v - скорость среды до штуцера;
τ - коэффициент сопротивления штуцера;
ρ - плотность среды;
2
v - скорость среды после штуцера.
Т.е. перепад зависит от плотности среды и при смене потока газа на жидкость перепад давления возрастает.
Клапан-отсекатель будет срабатывать на закрытие при быстрой смене потока газа на поток жидкости, так чтобы в момент смены фаз у потребителя сохранилось течение газа.
Таким образом, клапан-отсекатель препятствует попаданию жидкой среды (нефти, конденсата) к потребителю газа.
В открытом положении пружинная камера 5 соединена через клапан управления 12 с выходной полостью 3. В результате, когда при смене фаз потока газа на жидкость клапан закрывается, в пружинную камеру 5 подается низкое давление из выходной полости 3 и клапан остается закрытым до тех пор, пока оператор не выяснит причину закрытия и не подаст команду на открытие с помощью клапана управления 12.
Для открытия клапана-отсекателя необходимо в пружинную камеру 5 с помощью клапана управления 12 подать среду с давлением, равным или большим давления на входе клапана-отсекателя, при этом пружинная камера 5 отсоединяется от выходной полости 3, а подвижный втулочный затвор 7 перемещается влево, и клапан-отсекатель открывается.