ОБРАТНЫЙ КЛАПАН С ТОЧЕЧНЫМ ОБОГРЕВОМ ДЛЯ УСТЬЕВОЙ АРМАТУРЫ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, в частности к обратным клапанам с направляемыми жесткими запорными элементами, и может быть использована в нефтегазодобывающей промышленности, а именно в устьевой фонтанной арматуре нефтегазодобывающих скважин, и предназначена для недопущения перекрытия движения потоку скважинной продукции в технологической схеме добычи нефти в следствии загидрачивания либо замерзания рабочих органов обратного клапана.
Уровень техники
Известен клапан обратный незамерзающий (патент РФ №122739, кл. МПК F14K 15/04, дата публ. 10.12.2012), содержащий трубчатый корпус, сваренный со стаканом, в канале которого размещен обратный затвор с входным и выходным каналами, и между стаканом и трубчатым корпусом установлена проставка, внутри которой пропущен выходной канал обратного затвора, а каналы, соединяющие обратный затвор с трубчатым корпусом, выполнены с характеристикой конфузора, и конец выходного канала, пропущенного через проставку, располагается между осью трубчатого корпуса и стенкой последнего, соединенного с проставкой. Недостатком данного клапана является удаленное расположение запорного механизма от потока жидкости. Пара «шар - седло» создает эффект дросселирования газа, и в результате охлаждения металлических частей шар клапана может обмерзать как в открытом, так и в закрытом положении. Вследствие обмерзания запорного механизма, клапан выходит из строя.
Известен обратный клапан (патент РФ №2463439, кл. МПК Е21В 34/02, F16K 15/02), содержащий корпус с присоединительными патрубками для основного и сбрасываемого компонента, запорный элемент, состоящий из неподвижной и подвижной частей, взаимодействующих между собой по общей эквидистантной поверхности. Запорный элемент выполнен в виде седла с подпружиненной тарелкой, и размещен в корпусе внутреннего блока. Недостатком данного устройства является способ борьбы с замерзанием и конденсатообразованием за счет температуры основного потока добываемой жидкости. В холодный период эксплуатации, температура основного потока добываемой жидкости может снижаться ниже значения, требуемого для расплавки конденсата, что не сможет обеспечить требуемые условия работы клапана.
Известен обратный клапан и способ обогрева его запорного органа (патент РФ №2569387, дата публ. 27.11.2015, кл. МПК Е21В 34/02, F16K 15/02), содержащий корпус с присоединительными патрубками для продукции скважин по добыче углеводородного сырья, и сбрасываемого газообразного компонента, крышку клапана, установленную на корпусе клапана, запорный элемент, выполненный в виде седла с подпружиненной тарелкой, установленный во внутреннем блоке, и размещенный внутри корпуса клапана по линии сбрасываемого газообразного компонента. Ось седла расположена перпендикулярно оси патрубка сбрасываемого компонента. Корпус внутреннего блока выполнен в виде тонкостенной геометрической фигуры. Способ обогрева заключается в пропускании теплой жидкой добываемой среды по наружной профилированной поверхности внутреннего блока, в котором размещен запорный элемент клапана в виде седла и подпружиненной тарели. Недостатком данного устройства является сложность конструкции обратного клапана и отсутствие универсального подключения к затрубу фонтанной арматуры. Для монтажа данного устройства требуется применение специализированной обвязки фонтанной арматуры, обеспечивающей подачу добываемой жидкости через изолированные полости обратного клапана для передачи тепла полости с запорным механизмом.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению и указанному техническому результату является обратный клапан фонтанной устьевой арматуры с нагревательным элементом сборный (Патент РФ №156933, МПК F16K 15/00, опубл. 20.11.2015), который может быть предложен в качестве прототипа. Обратный клапан содержит корпус, в котором размещен нагревательный элемент и запорный механизм. Запорный механизм представляет собой пружинный механизм пропуска газа, жидкости, газожидкостной смеси в одном направлении и запирания их в другом. Корпус состоит из соединенных между собой посредством резьбового соединения двух частей, в одной из которых выполнена кольцевая полость для размещения нагревательного элемента, представляющего собой греющий кабель, для вывода которого в корпусе выполнено отверстие. Обратный клапан содержит технологическую рукоятку для облегчения процесса монтажа, уплотнительный высокотемпературный элемент, предотвращающий попадание нефтегазожидкостной смеси в окружающую среду. К основному недостатку известного изобретения относится обогрев корпуса клапана, а не запорного механизма, что снижает эффективность борьбы с замерзанием рабочего механизма. Также за счет использования резьбового соединения между частями корпуса клапана возможно образование утечек при износе уплотнений.
Раскрытие сущности полезной модели
Задачей полезной модели является создание устройства, препятствующего несанкционированному перекрытию движения потока продукции скважин в технологической схеме добычи нефти в следствии загидрачивания либо замерзания рабочих органов обратного клапана.
Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, заключается в повышении надежности системы транспортирования продукции скважин за счет достижения бесперебойной работы обратного клапана
а также в (2) в повышении степени регулирования уровня энергопотребления.
Указанный технический результат, заключающийся в повышении надежности системы транспортирования продукции скважин, достигается благодаря тому, что обратный клапан с точечным обогревом для устьевой арматуры содержит корпус, выполненный из двух соединенных друг с другом основного корпуса и стакана, и запорный механизм, последний из которых выполнен в виде пружинного механизма для пропуска скважинной продукции в одном направлении, при этом, внутри стакана размещен картриджный обогреватель, являющийся частью запорного механизма, выполненный в виде полого металлического штока, жестко соединенного с металлическим плунжером, при этом, для контролирования температуры нагрева, внутри полого штока, установлена термопара, контактирующая с плунжером, вьшолняющим функцию запорного элемента обратного клапана.
Технический результат, заключающийся в повышении уровня регулирования энергопотребления, достигается благодаря тому, что процесс нагрева регулируют станцией управления, оснащенной пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором (ПИД-регулятор), за счет применения которого достигают снижения энергопотребления предлагаемым устройством.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлена конструкция обратного клапана с точечным обогревом для устьевой арматуры. На Фиг. 2 представлена технологическая схема установленного обратного клапана с точечным обогревом для устьевой арматуры. На Фиг. 3 показана принципиальная электрическая схема обратного клапана с точечным обогревом.
Осуществление полезной модели
Обратный клапан с точечным обогревом для устьевой арматуры включает корпус 1, в котором размещен картриджный обогреватель 2 и запорный механизм 3. Корпус 1 обратного клапана с точечным обогревом (Фиг. 1) состоит из жестко соединенных между собой двух частей - основного корпуса 4 и стакана 5. Внутри основного корпуса 4, перпендикулярно направлению перепускаемого потока, выполнено поперечное центральное несквозное ступенчатое отверстие 6, гидравлически соединенное с входным и выходным центральными отверстиями основного корпуса 4 обратного клапана.
Стакан 5, выполненный с наружной ступенчатой цилиндрической поверхностью и центральным ступенчатым цилиндрическим внутренним каналом, жестко установлен своей сужающейся наружной цилиндрической поверхностью в несквозное ступенчатое отверстие 6 основного корпуса 4. Внутри стакана 5, последовательно, снизу вверх от центральной оси основного корпуса 4, установлены картриджный обогреватель 2 и запорный механизм 3.
Картриджный обогреватель 2 обратного клапана с точечным обогревом выполнен в виде полого металлического штока 7, выполненного, например, из стали марки 08Х18Н10, имеющегося в своем корпусе термопару 9, жестко соединенного с плунжером 8, выступающим за пределы стакана 5, выполняющими функцию запорного элемента обратного клапана. В наружной торцевой части плунжера 8 установлен уплотнительный элемент 10, выполненный из резины, устойчивой к агрессивным средам, обеспечивающий герметичность обратного клапана при трубопроводном транспортировании продукции скважин.
Запорный механизм 3 обратного клапана с точечным обогревом включает установленные во внутреннем канале стакана 5, последовательно, снизу вверх от центральной оси основного корпуса 4, уплотнение 11, один из торцев которого контактирует с торцем штока 7, а другим торцем - с пружиной 12, верхний торец которой поджат винтом 13, который, в свою очередь, фиксируется контровочным винтом 14.
Картриджный обогреватель 2 обратного клапана с точечным обогревом соединен электролиниями 15 с блок-боксом 16, включающим в себя быстроразъемный электрический коннектор 17, входной автомат 18 и станцию управления 19 (Фиг. 2).
Станция управления 19 (Фиг. 3) включает шесть электрических контактов 20-25.
Обратный клапан с точечным обогревом для устьевой арматуры работает следующим образом:
- через картриджный обогреватель 2 нагревают плунжер 8, через который передается тепло уплотнительному элементу 10, предохраняя его от примерзания к нижней точке канала 6, исключая несанкционированное перекрытие транспортируемого потока. При помощи термопары 9, встроенной в картриджный обогреватель 2, производят контроль и поддержание температуры нагрева.
Обратный клапан устанавливают на затрубное пространство фонтанной арматуры добывающей скважины. Картриджный обогреватель 2 со встроенной термопарой соединяют электрическими линиями 15 к блок-боксу 16 через быстроразъемный электрический коннектор 17. Блок-бокс 16 устанавливают на расстоянии 5-8 метров от устья добывающей скважины. Станцию управления 19 подключают к электрической сети через входной автомат 18.
На станции управления 19 выставляют значение температуры запорного пружинного механизма 3, которое поддерживают исходя из существующего диапазона работы картриджного обогревателя 0°С - 120°С. Установленное значение температуры поддерживают при помощи станции управления 19, оснащенной ПИД регулятором.
Через контакты 20 и 21 (фиг. 3) подключают питание самой станции управления 19. Через контакты 22 и 23 подают сигнал на картриджный обогреватель 2 через твердотельное реле. Со встроенной в картриджный обогреватель 2 термопары 9 поступает значение температуры картриджного обогревателя через электрические контакты 24 и 25 на станцию управления 19.
При отсутствии потока транспортируемой продукции скважин, запорный механизм 3 в обратном клапане находится в положении «закрыто», закрывая канал для перетока жидкости или газа. При возникновении потока запорный механизм 3 открывает проход через корпус обратного клапана в одном направлении. Когда давление потока становится ниже величины давления открытия обратного клапана, запорный пружинный механизм возвращает плунжер 8 с уплотнительным элементом 10 в исходное закрытое положение, препятствуя возникновению обратного потока среды. Таким образом, срабатывание обратного клапана происходит под действием пружины 12 и является автоматическим.