БЛОК ДЛЯ ПУСКОВОГО ИСПЫТАНИЯ РЕГУЛЯТОРОВ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ
UNIT FOR START-UP TEST OF FLUID FLOW REGULATORS AT DIFFERENT PRESSURE AND TEMPERATURE VALUES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится в целом к регуляторам потока текучей среды и, в частности, к блоку для использования при выполнении пускового испытания регуляторов потока текучей среды при различных значениях давления и температуры.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Системы управления технологическими процессами обычно содержат различные компоненты для управления различными параметрами технологического процесса. Например, система управления технологическим процессом обработки текучей среды может содержать множество управляющих клапанов для регулирования скорости потока, температуры и/или давления текучей среды, проходящей через систему. Конечный продукт зависит от точности регулировки этих параметров, которые, в свою очередь, зависят от геометрии и характеристик управляющих клапанов. Управляющие клапаны, например, специально разработаны и выбраны для обеспечения конкретных значений расхода и изменения давления. Нарушение этих характеристик может повлиять на качество конечного продукта.
[0003] Во избежание негативного воздействия на качество конечного продукта различные компоненты системы управления технологическим процессом подвергают испытанию во время пуска, т.е. перед введением в эксплуатацию. Например, компоненты, такие как управляющие клапаны, трубопроводы, газовые емкости и другие резервуары высокого давления обычно перед введением в эксплуатацию подвергают гидростатическому испытанию, при котором компонент (например, управляющий клапан, трубопровод) заполняют одной или большим количеством жидкостей (например, водой, маслом) при комнатной температуре (например, 70°F) или при другой по существу аналогичной температуре для испытания прочности компонента и выявления утечек в нем. В некоторых случаях, например, когда эти компоненты подлежат использованию в высокотемпературных средах и/или при больших перепадах давления, может также быть целесообразным проведение пускового испытания компонентов, используя текучие среды, например, пар, при существенно более высоких температурах (например, температурах более 100°F, 200°F, 500°F, 1000°F, или даже 1200 или 1250°F). В других случаях, например, когда эти компоненты подлежат использованию при сверхнизких температурах, может быть целесообразным проведение пускового испытания указанных компонентов, используя текучие среды при очень низких температурах (например, температурах менее 70°F, менее 32°F, криогенных температурах). Кроме того, может оказаться целесообразно подвергнуть эти компоненты воздействию сверхвысокого давления, сверхнизкого давления, других давлений и/или значительных перепадов давления.
[0004] Однако, оборудование, обычно используемое для проведения гидростатического испытания, часто содержит компоненты, например, резиновые или пластиковые уплотнения, которые не выполнены с возможностью выдерживания более высоких температур, больших перепадов давления и/или сверхнизких температур, таким образом, что оборудование оказывается непригодным к эксплуатации во всем диапазоне температур и/или давлений, необходимых для проведения надлежащего испытания компонента системы управления технологическим процессом перед эксплуатацией (т.е. проведения пускового испытания компонента системы управления технологическим процессом).
[0005] На фиг. 1 изображен пример такого традиционного устройства в виде приспособления 100, которое может быть использовано для проведения гидростатического испытания управляющего клапана 104, содержащего корпус 108 клапана и седло 112 клапана, расположенное в корпусе 108 клапана. Приспособление 100, которое при применении заменяет клапанный плунжер и клапанную клетку управляющего клапана 104, содержит плунжер 116 и резиновое или пластиковое уплотнительное кольцо 120, расположенное на одном конце 124 плунжера 116. Плунжер 116 расположен в корпусе 108 клапана таким образом, что часть плунжера 116 и уплотнительное кольцо 120 взаимодействуют с седлом 112 клапана. При такой конфигурации конечный пользователь управляющего клапана 104 может выполнять гидростатическое испытание управляющего клапана 104 и любых других резервуаров высокого давления в рамках системы управления технологическим процессом, используя текучие среды при комнатной температуре (например, 70°F) или при другой по существу аналогичной температуре (например, температуре в диапазоне от 32°F до 100°F). Однако, поскольку уплотнительное кольцо 120 выполнено из пластика или резины и может быть выдавлено, разрушено или иным образом выведено из строя при температуре выше 450°F, криогенной температуре, высоком давлении и больших перепадах давления, например, то приспособление 100 не может быть использовано для пускового испытания управляющего клапана 104 с использованием текучих сред (например, пара) при таких значениях температуры и/или давления и/или при воздействии высокого давления и/или больших перепадов давления. В результате, при таких разных температурах необходимо снимать приспособление 100 и использовать другое оборудование и/или применять другие виды испытаний для надлежащего тестирования управляющего клапана 104 перед вводом его в эксплуатацию.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] В соответствии с первым примерным аспектом изобретения предлагается блок для проведения пускового испытания регулятора потока текучей среды, содержащего корпус клапана, образующий входное отверстие, выходное отверстие и путь потока текучей среды, проходящий от входного отверстия к выходному отверстию, и седло клапана, расположенное в корпусе клапана и образующее отверстие, через которое проходит путь потока текучей среды. Блок содержит упорную гильзу, выполненную с возможностью расположения в корпусе клапана, и уплотнительный узел, соединенный с частью упорной гильзы и выполненный с возможностью примыкания к седлу клапана. Уплотнительный узел содержит один или большее количество уплотнительных элементов, выполненных с возможностью обеспечения уплотнения во время проведения пускового испытания при эксплуатационной температуре в диапазоне примерно от -325°F до 1250°F.
[0007] В соответствии со вторым примерным аспектом изобретения предлагается регулятор потока текучей среды, содержащий корпус клапана, образующий входное отверстие, выходное отверстие и путь потока текучей среды, проходящий от входного отверстия к выходному отверстию, седло клапана, расположенное в корпусе клапана и образующее отверстие, через которое проходит путь потока текучей среды, и блок, выполненный с возможностью разъемного соединения с регулятором потока текучей среды для проведения пускового испытания регулятора потока текучей среды. Блок содержит упорную гильзу, выполненную с возможностью расположения в корпусе клапана, и уплотнительный узел, соединенный с частью упорной гильзы и выполненный с возможностью примыкания к седлу клапана. Уплотнительный узел содержит один или большее количество уплотнительных элементов, выполненных с возможностью обеспечения уплотнения во время проведения пускового испытания при эксплуатационной температуре в диапазоне примерно от -325°F до 1250°F.
[0008] В соответствии с третьим примерным аспектом изобретения предлагается способ проведения пускового испытания регулятора потока текучей среды. Регулятор потока текучей среды содержит корпус клапана, образующий входное отверстие, выходное отверстие и путь потока текучей среды, проходящий от входного отверстия к выходному отверстию, и седло клапана, расположенное в корпусе клапана и образующее отверстие, через которое проходит путь потока текучей среды. Способ включает: (1) присоединение блока к регулятору потока текучей среды, причем блок содержит присоединенную к участку корпуса клапана упорную гильзу и присоединенный к участку упорной гильзы уплотнительный узел, содержащий один или большее количество уплотнительных элементов; (2) выполнение первой части пускового испытания, когда блок соединен с регулятором потока текучей среды, при эксплуатационной температуре примерно от 0°F до 200°F; (3) выполнение второй части гидростатического испытания, когда блок соединен с регулятором потока текучей среды, при эксплуатационной температуре (i) примерно от 450°F до 1250°F и (ii) примерно от -325°F до -100°F, причем вторую часть выполняют следом за первой частью; и (4) отсоединение блока от регулятора потока текучей среды.
[0009] Кроме того, в соответствии с любым одним или большим количеством ранее упомянутых трех примерных аспектов блок, регулятор потока текучей среды или способ выполнения пускового испытания могут включать один или большее количество следующих дополнительных предпочтительных вариантов.
[0010] В одном предпочтительном варианте уплотнительный узел соединен при помощи резьбового соединения с упорной гильзой вблизи конца упорной гильзы.
[0011] В другом предпочтительном варианте уплотнительный узел выполнен с возможностью обеспечения одно- или двустороннего уплотнения во время проведения гидростатического испытания.
[0012] Еще в одном предпочтительном варианте уплотнительный узел содержит первый уплотнительный элемент, второй уплотнительный элемент и распорную втулку, расположенную между первым и вторым уплотнительными элементами.
[0013] В другом предпочтительном варианте первый и второй уплотнительные элементы выполнены с возможностью обеспечения двустороннего уплотнения во время проведения гидростатического испытания.
[0014] Еще в одном предпочтительном варианте первый уплотнительный элемент содержит первое С-образное уплотнение, а второй уплотнительный элемент содержит второе С-образное уплотнение.
[0015] В другом предпочтительном варианте первый уплотнительный элемент обращен в первом направлении, а второй уплотнительный элемент обращен во втором направлении, противоположном первому направлению.
[0016] Еще в одном предпочтительном варианте зев первого уплотнительного элемента обращен в первом направлении, а зев второго уплотнительного элемента обращен во втором направлении.
[0017] В другом предпочтительном варианте зев каждого из уплотнительных элементов обращен к распорной втулке.
[0018] Еще в одном предпочтительном варианте зев первого уплотнительного элемента выровнен с зевом второго уплотнительного элемента вдоль общей продольной оси.
[0019] В другом предпочтительном варианте распорная втулка содержит одно или большее количество отверстий, выполненных с возможностью обеспечения прохождения напорного потока к первому уплотнительному элементу и/или второму уплотнительному элементу при проведении пускового испытания.
[0020] В другом предпочтительном варианте распорная втулка находится в контакте с первым и вторым уплотнительными элементами.
[0021] Еще в одном предпочтительном варианте зев первого уплотнительного элемента выровнен с зевом второго уплотнительного элемента вдоль продольной оси упорной гильзы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0022] Фиг. 1 изображает вид в разрезе, традиционного приспособления, используемого для проведения гидростатического испытания управляющего клапана.
[0023] Фиг. 2 изображает вид в разрезе блока, выполненного в соответствии с описанием примера настоящего изобретения и применяемого в сочетании с первым примером регулятора потока текучей среды для проведения испытания регулятора потока текучей среды при различных температурах и давлениях.
[0024] Фиг. 3 изображает увеличенный частичный вид в разрезе нижней левой части, показанной на фиг. 2.
[0025] Фиг. 4 изображает вид в разрезе блока, представленного на фиг. 2 и 3, но применяемого в сочетании со вторым примером регулятора потока текучей среды для проведения испытания регулятора потока текучей среды при различных температурах и давлениях.
[0026] Фиг. 5 изображает увеличенный частичный вид в разрезе нижней левой части фиг. 4.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] Целью настоящего изобретения является создание блока для использования при испытании регулятора потока текучей среды в широком диапазоне значений температуры и давления до ввода в эксплуатацию регулятора потока текучей среды. С одной стороны, блок может быть использован для проведения гидростатического испытания регулятора потока текучей среды с использованием одной или большего количества жидкостей (например, воды, масла) при комнатной температуре (например, примерно 70°F). С другой стороны, блок 200 может быть использован для проведения пускового испытания регулятора потока текучей среды с использованием одной или большего количества текучих сред (например, пара, жидкостей) при более высоких температурах (например, при температуре более 70°F, более 450°F, более 1000°F), при сверхнизких температурах (например, при температуре менее 32°F, менее 0°F, при криогенных температурах) и/или подвергаемых воздействию высокого давления и значительных перепадов давления.
[0028] На фиг. 2 изображен один пример блока 200, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения. Как показано на фиг. 2, блок 200 соединен с регулятором 204 потока текучей среды, который, в свою очередь, имеет вид управляющего клапана с поступательным движением штока (например, клапан кондиционирования пара ТВХ производства компании Emerson Process Management), для проведения пускового испытания регулятора 204 потока текучей среды. В других альтернативных примерах блок 200 может быть использован применительно к другому типу управляющего клапана с поступательным движением штока (например, клапан кондиционирования пара CVX производства компании Emerson Process Management), другому типу управляющего клапана (например, поворотный управляющий клапан, запорный клапан и т.п.) или совершенно другому типу регулятора потока текучей среды. Кроме того, предполагается, что блок 200 может быть использован для проведения испытания регулятора 204 потока текучей среды после запуска, т.е. после первоначальной эксплуатации, например, в соответствии с регламентным интервалом испытаний.
[0029] Как показано на фиг. 2, управляющий клапан 204 содержит корпус 208 клапана и седло 212 клапана, расположенное в корпусе 208 клапана. Корпус 208 клапана, видимый на фиг. 2 лишь частично, образует входное отверстие, выходное отверстие и путь 216 потока текучей среды, проходящий от входного отверстия к выходному отверстию. Седло 212 клапана в этом примере имеет вид седельного кольца, приваренного к части корпуса 208, хотя следует отметить, что седло клапана может иметь другой вид и/или может быть прикреплено к корпусу 208 посредством резьбового, болтового, зажимного или какого-либо другого соединения. Седло 212 клапана образует отверстие 220, через которое проходит путь 216 потока текучей среды (и через которое поток текучей среды проходит, когда клапан 204 находится в эксплуатации). Поскольку в этом примере блок 200 используют для проведения пускового испытания регулятора 204 потока текучей среды, указанный регулятор 204 потока текучей среды, изображенный на фиг. 2, не содержит клапанную клетку, клапанный плунжер или клапанный шток; вместо этого данные компоненты (и любые другие требуемые компоненты, например, привод, диффузор) присоединяют к регулятору 204 потока текучей среды после завершения пускового испытания и после извлечения блока 200 из устройства 204.
[0030] Как показано на фиг. 2 и 3, блок 200 содержит упорную гильзу 250 и уплотнительный узел 254, соединенный с участком упорной гильзы и удерживаемый упорной гильзой 250 на месте. Упорная гильза 250 содержит по существу кольцевой корпус 258 и выступающий наружу кольцевой фланец 262 на первом конце 266 упорной гильзы 250. Фланец 262 расположен на кольцевом заплечике 270 корпуса 208 клапана, а по существу кольцевой корпус 258 выступает или свисает вниз (по меньшей мере, как показано на фиг. 2) во внутреннюю часть корпуса 208 клапана таким образом, что второй конец 274 упорной гильзы 250, противоположный первому концу 266, расположен вплотную к седлу 212 клапана. Уплотнительный узел 254 обычно соединен с упорной гильзой 250 вблизи второго конца 274 упорной гильзы 250. В частности, уплотнительный узел 254 навинчен на наружную поверхность 276 упорной гильзы 250 посредством выемки или манжеты, заданной или сформированной на упорной гильзе 250 вблизи второго конца 274 упорной гильзы 250. Поскольку второй конец 274 упорной гильзы 250 расположен вплотную к седлу 212 клапана, уплотнительный узел 254 также расположен вплотную к седлу 212 клапана, как показано на фиг. 2 и 3.
[0031] Как изображено на фиг. 3, уплотнительный узел 254 содержит первый уплотнительный элемент 278, второй уплотнительный элемент 282 и распорную втулку 286, расположенную между первым и вторым уплотнительными элементами 278, 282. Первый уплотнительный элемент 278 имеет вид Сообразного уплотнения 290, выполненного из коррозионностойкого металла, такого как, например, N07718 (инконель 718), которое может выдерживать широкий диапазон температур и давлений. С-образное уплотнение 290 навинчено на наружную поверхность 276 упорной гильзы 250 вблизи участка 294 заплечика упорной гильзы 250, причем зев 298 С-образного уплотнения 290 обращен в первом направлении (в данном случае вниз к входному отверстию). Второй уплотнительный элемент 282 имеет вид С-образного уплотнения 302, также выполненного из коррозионностойкого металла, такого как, например, N07718 (инконель 718), которое может выдерживать широкий диапазон температур и давлений. С-образное уплотнение 302, аналогичное С-образному уплотнению 290, навинчено на наружную поверхность 276 упорной гильзы 250, но навинчено таким образом, что зев 306 С-образного уплотнения 302 обращен во втором направлении, противоположном первому направлению (в данном случае вверх к первому концу 266 упорной гильзы 250). Иными словами, С-образные уплотнения 290, 302 по меньшей мере в этом примере ориентированы в противоположных направлениях. Однако, С-образные уплотнения 290, 302 выровнены друг с другом вдоль общей продольной оси 308.
[0032] Верхняя поверхность 310 распорной втулки 286 расположена вплотную к С-образному уплотнению 290 (например, в контакте с ним), а нижняя поверхность 314 распорной втулки расположена на противоположном от верхней поверхности 310 конце вплотную к С-образному уплотнению 302 (например, в контакте с ним). Кроме того, распорная втулка 286 содержит одно или большее количество отверстий, просверленных или иным образом выполненных в ней для направления давления к С-образному уплотнению 290 и/или С-образному уплотнению 302, для обеспечения герметизации. В данном примере распорная втулка 286 содержит пару отверстий 318А, 318В, выполненных таким образом, чтобы обеспечивать равномерное распределение давления между С-образным уплотнением 290 и С-образным уплотнением 302. Отверстие 318А проходит вдоль продольной оси 308, тогда как другое отверстие 318В проходит вдоль поперечной оси 322, ориентированной перпендикулярно продольной оси 308.
[0033] Следует отметить, что упорная гильза 250 может иметь различную форму, размер и/или конструкцию и/или может быть соединена с корпусом 208 фланца разными способами. Например, упорная втулка 250 может быть прикреплена к корпусу 208 клапана посредством резьбового, болтового или какого-либо другого соединения в придачу к или в качестве альтернативы фланцу 262, расположенному на заплечике 270 корпуса клапана. Кроме того, уплотнительный элемент 254 может иметь различную форму, размер и/или конструкцию и/или может быть соединен с упорной гильзой 250 разными способами. В качестве примера первый и/или второй уплотнительные элементы 278, 282 могут быть выполнены в виде Е-образного уплотнительного кольца, U-образного уплотнительного кольца и/или в виде металлического уплотнительного кольца другой формы. В качестве другого примера уплотнительный узел 254 может содержать более двух уплотнительных элементов. В качестве еще одного варианта, например, когда требуется отсечение потока только в одном направлении, уплотнительный узел 254 может содержать только один уплотнительный элемент (первый или второй уплотнительный элемент 278, 282); в таком случае блок 200 может содержать или не содержать распорную втулку 286, и если содержит, то распорная втулка 286 может содержать или не содержать отверстия 318А и/или 318В.
[0034] В любом случае, когда уплотнительный узел 254 соединен с упорной гильзой 250, а упорная гильза 250 соединена с корпусом 208 клапана, элементы уплотнительного узла 254 - первый уплотнительный элемент 278, второй уплотнительный элемент 282 и распорная втулка 286 - расположены между наружным участком 276 упорной гильзы 250 и проходящей внутрь в радиальном направлении поверхностью 324 седла 212 клапана. При такой конфигурации, когда проводят пусковое испытание управляющего клапана 204, и текучая среда и/или давление поступают в управляющий клапан 204 через входное отверстие или выходное отверстие, уплотнительный узел 254 обеспечивает двустороннее уплотнение, которое предотвращает попадание в клапан текучей среды и давления, расположенных выше и ниже клапана в технологическом процессе. Как описано выше, в предпочтительном варианте уплотнительный узел 254 обеспечивает такое уплотнение в широком диапазоне значений температуры и давления, необходимом для проведения надлежащего испытания управляющего клапана 204 перед его эксплуатацией. В частности, уплотнительный узел 254 обеспечивает такое уплотнение при выполнении пускового испытания с использованием текучих сред в широком диапазоне температур, включая сверхнизкие температуры (например, криогенные температуры), сверхвысокие температуры (например, температуры более 450°F, более 1000°F, более 1200°F или более 1250°F), другие температуры (например, температуры между сверхнизкими и сверхвысокими), и широком диапазоне давлений, включая очень низкие давления, очень высокие давления и большие перепады давлений. Таким образом, один и тот же уплотнительный узел 254 может быть использован для проведения пускового испытания управляющего клапана 204, что устраняет необходимость в дополнительном оборудовании.
[0035] Как было описано выше, после завершения пускового испытания управляющего клапана 204 конечным пользователем блок 200 может быть легко и быстро извлечен из корпуса 208 управляющего клапана 204. В свою очередь внутрь управляющего клапана 204 могут быть установлены клетка клапана, плунжер клапана и шток клапана, а также любые другие необходимые компоненты. После установки эти компоненты работают известным образом, так что в настоящей заявке их подробное описание не приведено.
[0036] В конечном итоге, несмотря на то, что уплотнительный узел 254 реализован вместе с блоком 200 с целью выполнения пускового испытания управляющего клапана 204, следует отметить, что уплотнительный узел 254 может быть включен в клапанную клетку или клапанный плунжер управляющего клапана 204 для обеспечения двустороннего уплотнения при эксплуатации управляющего клапана 204 на протяжении всего температурного диапазона примерно от -325°F до 1100°F.
[0037] На фиг. 4 и 5 изображен блок 200, соединенный с регулятором 204 потока текучей среды, по существу аналогичным регулятору потока текучей среды, представленному на фиг. 2 и 3, но слега от него отличающимся, где общие компоненты имеют общие ссылочные позиции. В отличие от регулятора 204 потока текучей среды, показанного на фиг. 2 и 3, в котором седельное кольцо 212 приварено к корпусу 208, в регуляторе 204 потока текучей среды, показанном на фиг. 4 и 5, седельное кольцо 212 прикреплено к корпусу 208 посредством множества винтов 350. Соответственно, уплотнительный элемент 354, который в данном примере имеет вид кольцевой прокладки, расположен между противолежащими поверхностями корпуса 208 клапана и седельного кольца 212 таким образом, чтобы обеспечивать уплотнение между ними.