РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН СО ВСТРОЕННЫМ ФИЛЬТРОМ

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, а именно к устройствам, обеспечивающим нормальную эксплуатацию трубопроводов и технологических установок, в частности регулирующим клапанам, используемым в трубопроводах, и предназначена для регулирования параметров и перекрытия потоков жидких и газообразных рабочих сред на объектах энергетики и газонефтехимии.
Повсеместно в промышленности, а также на объектах нефте- газодобывающей и перерабатывающих отраслей применяются регулирующие и запорно-регулирующие седельные клапана.
Регулирующий клапан-тип регулирующей трубопроводной арматуры применяющийся как для непрерывного (аналогового), так и для дискретного регулирования расхода и давления. Выполнение этой задачи регулирующие клапаны осуществляют за счет плавного изменения своего проходного сечения от полного открытия до герметичного перекрытия.
Материал изготовления регулирующих клапанов напрямую зависит от типа рабочей среды, с которой клапан будет иметь контакт.
Основная трубопроводная линия содержит регулирующий клапан с электрическим или пневматическим приводом и, как правило, для резервирования применяется технологическая схема арматурного блока, имеющая клапан аналогичной конструкции, но с ручным приводом.
В работе клапан на основной линии управляется дистанционно по сигналам АСУТП.
При выходе из строя клапана или линии связи его перекрывают с обеих сторон шаровыми кранами или другой запорной арматурой и снимают для ревизии, ремонта или обслуживания. На время ремонта основного клапана включают ручной клапан резервной линии. Таким образом, работа схемы арматурного блока трубопроводной линии не останавливается.
Стандартная схема арматурного блока включает блок фильтров для улавливания механических примесей, установленных до клапанов, что позволяет существенно повысить ресурс дорогостоящего и ответственного оборудования (клапана).
До и после каждого фильтра предусматриваются штуцеры отбора давления для измерения перепада давления на работающем фильтре. По величине перепада давления судят о загрязненности фильтра и необходимости его периодической очистки.
Для очистки рабочего фильтра без остановки работы также предусмотрены рабочий и резервный фильтры и запорная арматура, позволяющая отключать фильтры от давления и выводить в ремонт или ревизию (в том числе для очистки).
Клапаны могут применяться для трубопроводов с различной рабочей средой: жидкой, газообразной, многофазной (газожидкостной), а также различной по вязкости, химическому составу, агрессивности и т.д.
Наиболее распространенным видом оборудования для регулирования потока является клапан регулирующий седельный.
В промышленности используются односедельные клапаны.
В седельных клапанах подвижным элементом является плунжер, который присоединен к приводу (устройству управления). При закрытии клапана, плунжер плотно запирает собой седло (пропускное отверстие), тем самым перекрывая поток. В открытом состоянии плунжер под действием привода поднимается и отходит от седла, позволяя потоку среды проходить через отверстие. Уровень подъема плунжера определяет величину зазора между плунжером и сед лом, что определяет сечение прохода.
Наиболее частой причиной выхода клапана из строя является износ поверхностей седла и плунжера вследствие загрязненности дисперсными частицами всевозможных форм рабочей среды, протекающей по трубопроводу (газ, нефть, конденсат, пластовая вода).
Для предотвращения выхода клапана из строя используют фильтры для предварительной очистки рабочей среды, протекающей по трубопроводу. Известны регулирующие клапаны с функциями фильтрации, содержащие встроенный фильтр.
Известен регулирующий клапан фильтр для шлакоотделения по патенту на полезную модель «Регулирующий клапан с функциями фильтрации» CN №102226485 от 2011.04.20 опубл. 2011.10.26.
Регулирующий клапан содержит корпус клапана и шток клапана, в котором имеются впускной канал для протекания среды и канал потока среды на выходе, расположенные в корпусе клапана; канал потока на входе среды и канал потока среды на выходе расположены в середине корпуса клапана и сообщаются друг с другом через канал среднего потока, расположенного в вертикальном направлении. Седло клапана расположено в средней части корпуса клапана, фильтрующее устройство, которое может охватывать канал среднего течения выполнен в части, соответствующему каналу среднего потока.
Фильтрующее устройство может быть размещено в части, соответствующей фильтрующему устройству, в нижней части седла клапана. Нижний колпачок выполнен на открытии и согласован с отверстием в нижней крышке, которая является съемной.
Текучая среда тонко фильтруется, возможно удаление шлаков, и клапан фильтр имеет более длительный срок службы.
Известен «Электрический регулирующий клапан поршневого типа» по патенту на полезную модель: CN №2426045 от 2000.05.17 опубл. 2001.04.04 (выбран в качестве ближайшего аналога)
Полезная модель относится к клапану электрического управления поршневого типа, который состоит из главного клапана, электромагнитного клапана и соединительной трубки, в которой обратный клапан главного клапана расположен на выпускной стороне седла клапана и сблокирован с устройством управления через стержень клапана.
Устройство управления состоит из цилиндра, поршня, каркаса фильтра установленного в корпусе клапана на впускной стороне седла клапана, главного клапана без внешнего фильтра.
Отверстия (штуцеры) для отбора давления имеются до клапан-фильтра и после, что позволяет измерять перепад давления потока на всем устройстве: измеряется перепад давления на всем клапане вместе с фильтром.
Недостатками аналогов является то, что в них оценивают загрязненность фильтрующего слоя по перепаду давления на всем клапане вместе с фильтром (на всем устройстве). Но этот параметр нельзя использовать для оценки загрязненности фильтрующего элемента, так как он является суммой нежелательного перепада давления на фильтре и полезного перепада на седельной паре.
К тому же недостатком аналогов является то, что их использование в трубопроводных линиях с высоким давлением затруднено, так как их конструкция не предусматривает сброса избыточного технологического давления при смене фильтра в трубопроводных линиях с высоким давлением, т.е не позволяет осуществлять дренаж жидкости из корпуса клапана.
Задачей полезной модели является создание конструкции регулирующего клапана, сочетающего в себе функции регулирующего клапана и фильтра с целью увеличения срока службы седла клапана.
Технический результат - уменьшение износа поверхности седла с плунжером в месте их соприкосновения, что влияет на увеличение срока службы седла клапана.
Технический результат достигается тем, что регулирующий клапан со встроенным фильтром включает корпус, впускной и выпускной каналы для протекания потока рабочей среды, регулирующую пару седло-плунжер, шток, силовой привод, связанный со штоком, фильтр, герметично присоединенный к седлу, при этом содержит штуцера, выполненные в нижней крышке со стороны входа рабочей среды для постоянного измерения перепада давления среды на фильтре, для дренажа и сброса давления среды из корпуса.
Устройство представлено на чертежах:
фиг. 1 - общий вид
Клапан состоит из корпуса 1, регулирующей пары седло 5 плунжера 4, гильзы 3, уплотнений штока 9, прижимного кольца 10, электропривода 15 и/или пневмопривода и фильтра 11, присоединенного к седлу 5 со стороны входа среды, впускного канала и выпускного канала, расположенных в корпусе клапана.
Клапан предназначен для автоматического или ручного регулирования расхода или давления потока рабочей среды в трубопроводе. Рабочая среда - жидкость, газ, пар и их смеси, в том числе и с механическими примесями.
Клапан со встроенным фильтром 11 устанавливается в трубопроводе, как обычный регулирующий клапан. Трубопровод может как содержать отдельный фильтр до клапана, так и не содержать фильтр для предварительной фильтрации. Рабочая среда проходит сквозь слой фильтра 11. Внутренняя полость фильтра 11 соединена с седельной парой. Зазор между плунжером 4 и седлом 5 регулируется прямолинейным движением штока 6. В крайнем нижнем положении плунжера 4 седельная пара закрыта герметично благодаря прижатию контактной поверхности плунжера к контактной поверхности седла. Величина зазора между контактными поверхностями седла и плунжера при открытии клапана обуславливает пропускную способность клапана и гидравлическое сопротивление при проходе потока через него.
В работе шток 6 перемещается вдоль своей оси электроприводом 15, вращательное движение вала которого преобразуется в поступательное в прямоходном модуле 16. Шток 6 соединен с электроприводом 15 муфтой 7.
Шток герметизируется уплотнениями 9 в крышке 2, которые поджимаются прижимным кольцом 9. Кожух 8 ограждает подвижную часть клапана для безопасности.
В корпусе клапана расположены впускной и выпускной каналы для протекания потока среды.
Нижняя крышка 12 предназначена для ревизии седельной пары и очистки фильтра. В смонтированном состоянии нижняя крышка (заглушка) 12 прижимает фильтр к седельной паре, благодаря чему исключается проток среды без фильтрации.
В нижней крышке фильтра выполнены два штуцера 13 и 14, один из которых дренажный (поз. 13), через которые можно измерять перепад давления на фильтре в работе для оценки и постоянного контроля его загрязненности с помощью дифференциального манометра или датчика дифференциального давления, а так же для сброса давления и дренажа среды перед разборкой фильтра.
Крышка нижняя 12 является съемной, через штуцер которой проводят дренаж среды для сброса давления, после чего вынимают фильтр, чистят его, или меняют при необходимости.
Также предусмотрена экспресс-очистка фильтра без съема нижней крышки 12 обратным током рабочей среды через открытый клапан.
Фильтр выполнен в виде силового каркаса с металлическим и/или неметаллическим фильтрующим слоем или в виде самонесущего фильтрующего слоя.
Осуществление полезной модели
Плунжер 4 регулирующего клапана перемещается вдоль своей оси, приближаясь к седлу 5 или удаляясь от него, обеспечивая изменение проходного сечения, и, как следствие, изменение пропускной способности, за счет изменения гидравлического сопротивления, оказываемого потоку, который попадает в седло только после прохождения фильтрующего слоя.
В седельных клапанах подвижным элементом служит плунжер, который может быть игольчатым, стержневым, поршневым или тарельчатым.
Усилие от привода с помощью штока передается на плунжер. Плунжер перекрывает часть проходного сечения седла, что приводит к уменьшению расхода через клапан. При этом увеличивается гидравлическое сопротивление клапана, и давление движущейся среды за ним снижается. При полном закрытии плунжер садится в седло, поток перекрывается, и, если затвор будет полностью герметичен, давление среды в трубопроводе до клапана не будет передаваться в трубопровод после клапана.
Герметичность перекрытия потока рабочей среды обеспечивается за счет совпадения форм уплотнительных поверхностей седла и плунжера.
Регулирующие клапаны-фильтры устанавливают как в трубопроводной обвязке с отдельным фильтром, так и без отдельного фильтра.
В случае сильного загрязнения рабочей среды отдельный фильтр в трубопроводе устанавливают в трубопроводной обвязке до регулирующего клапан-фильтра.
В случае более чистой рабочей среды в трубопроводной обвязке устанавливают лишь регулирующий клапан - фильтр, что значительно сокращает длину арматурного блока.
Основным отличием заявляемой полезной модели от аналогов является наличие штуцеров в нижней крышке фильтра, что позволяет измерять перепад давления на фильтрующем слое, для оценки его загрязненности, а так же для сброса давления и дренажа среды перед разборкой фильтра или его сменой.
Преимущества заявляемой полезной модели.
Эффективная защита седельной пары фильтра от повреждения механическими примесями за счет применения встроенного фильтра.
Возможность диагностировать загрязненность фильтра по перепаду давления и выполнять своевременно очистку и/или замену фильтра для защиты и повышения ресурса клапана. Повышается ресурс и качество работы регулирующего клапана за счет встроенного фильтра.
Применение клапана-регулятора с встроенным фильтром позволяет сократить массо-габаритные показатели клапанных сборок применяемых в стандартных схемах трубопроводной обвязки за счет отсутствия отдельного фильтрующего устройства и запорной арматуры для его резервирования и вывода в ремонт.
Экономия массы, габаритов, цены трубопроводной обвязки арматурных блоков за счет сокращения количества запорной арматуры - не нужна обвязка для отсечения и резервирования фильтров
Высокая ремонтопригодность регулирующего клапана за счет съемных фильтра, седла и плунжера, что позволяет заменять или проводить их ревизию без демонтажа корпуса клапана с трубопровода.
Фильтр и клапан-регулятор совмещены в одном устройстве, габариты которого не
превышают стандартных клапанов-регуляторов. Это позволяет устанавливать клапаны как
в трубопроводной обвязке с отдельным фильтром, так и без отдельного фильтра.
Возможны исполнения с условным диаметром входного и выходного штуцеров корпуса 10…500 мм.
- с фильтром с тонкостью фильтрации от 50 до 500 мкм.
- с ручным приводом, с пневматическим приводом, с пневматическим приводом с питанием импульсным газом, электрическим приводом.
Заявляемый клапан-фильтр рассчитан на применение в промышленности, нефтяных и газопроводах с высоким давлением, в том числе и тех, где рабочей средой является сырая неподготовленная нефть, природный и попутный нефтяной газы, пластовая вода, в том числе и с содержанием песка или специальных расклинивающих агентов, применяемых при добыче по технологии гидроразрыва пласта.
Позиции к Фиг. 1:
1 - Корпус;
2 - Крышка;
3 - Гильза;
4 - Плунжер;
5 - Седло;
6 - Шток;
7 - Муфта;.
8 - Кожух;
9 - Уплотнения штока;
10 - Прижимное кольцо;
11 - Фильтр;
12 - Заглушка;
13, 14 - Дренажные штуцера;
16 - Прямоходный модуль;
15 - Электропривод.