Клапан-отсекатель
SAFETY VALVE

Предлагаемое изобретение относится к арматуростроению, в частности к отключающим устройствам с поворотным запорным органом, и предназначено для установки на скважинах нефтегазоконденсатных месторождений для автоматического перекрытия трубопровода высокого давления при аварийном понижении или повышении давления в нем.
Из уровня техники известен клапан-отсекатель (Патент РФ №2476746, МПК: F16K 17/04, F16K 15/03, опубл. 27.02.2013), содержащий корпус с проходным каналом и присоединительными фланцами, седло, поворотный запорный орган в виде заслонки, размещенной в корпусе в непосредственной близости от седла и взаимодействующей с механизмом устройства срабатывания по понижению и/или по повышению давления, расположенным на корпусе. Указанный механизм содержит корпус с гайкой. Гайка своей опорной внутренней поверхностью взаимодействует через упорный подшипник с одной опорной поверхностью пружины высокого давления, а другой опорной поверхностью - с опорной поверхностью гильзы. Гильза выполнена с возможностью осевого перемещения и установлена внутри упомянутого корпуса. Внутри указанной гильзы установлена с возможностью осевого перемещения втулка. Втулка взаимодействует с опорной поверхностью пружины низкого давления, установленной на штоке. Шток расположен внутри упомянутой гильзы и выполнен с возможностью осевого перемещения. Другой опорной поверхностью втулка взаимодействует с опорной поверхностью штока. Устройство фиксации заслонки в открытом положении выполнено в виде цилиндра. Цилиндр выполнен с возможностью осевого перемещения в наконечнике упомянутого штока. В стенках цилиндра расположены с возможностью радиального перемещения подпружиненные шарики. На внешней поверхности заслонки установлен цилиндр. Цилиндр имеет, как минимум, одну кольцевую профилированную проточку.
В варианте исполнения, на наружной поверхности корпуса механизма устройства срабатывания расположена шкала определения усилия поджатия пружины высокого давления, а на наружной поверхности втулки, установленной в гильзе, нанесена шкала определения усилия поджатия пружины низкого давления.
Основными недостатками указанного клапана является значительная сложность конструкции устройства фиксации заслонки, низкая надежность работы, обусловленная сложностью конструкции, а также низкая ремонтопригодность из-за того, что седло не является съемным и выполнено за одно целое с выходным фланцем. Также отсутствует в конструкции механизма срабатывания клапана указатель положения штока, а шкалы определения поджатия пружин показывают усилие поджатия пружин, а не давление срабатывания чувствительного элемента, что требует при настройке клапана на определенные пределы давления производить перерасчет усилия поджатия пружин в давление. Отсутствует возможность при точной настройке давлений срабатывания устанавливать шкалы на фактическое давление срабатывания из-за их неподвижности.
Также из уровня техники известно устройство отсекающее (патент РФ №2313714, МПК: F16K 17/04, F16K 39/04, опубл. 27.12.2007, прототип), содержащее корпус, расположенный в нем поворотный запорный орган, удерживающий запорный орган в открытом положении фиксатор с упорами и чувствительный элемент, выполненный в виде нагруженного пружинами штока, причем шток чувствительного элемента связан с фиксатором, а фиксатор упорами удерживает в открытом положении запорный орган. В горизонтальное (открытое) положение запорный орган приводится с помощью рукоятки. Для выравнивания давления до и после поворотного запорного органа перед его открытием на корпусе установлен вентиль. Пределы срабатывания чувствительного элемента от понижения и повышения давления от допустимого устанавливаются колпаками.
Основными недостатками указанного клапана является низкая ремонтопригодность из-за того, что седло не является съемным и выполнено за одно целое с выходным фланцем, а также отсутствие в конструкции механизма срабатывания клапана указателя положения штока и шкал давления срабатывания чувствительного элемента.
Задачей данного изобретения является создание клапана-отсекателя относительно простого по конструкции, надежного при срабатывании от понижения и повышения давления проводимой среды и перекрытии трубопровода, с возможностью замены седла при нарушении герметичности запорного органа, а также с возможностью визуального контроля за положением штока чувствительного элемента и давлениями срабатывания чувствительного элемента при настройке и в процессе эксплуатации клапана.
Поставленная задача достигается тем, что в клапане-отсекателе, содержащем корпус, входной и выходной фланцы, седло, расположенный в корпусе поворотный запорный орган, взаимодействующий с приводом устройства срабатывания по понижению и/или по повышению давления, расположенным на корпусе, удерживающий запорный орган в открытом положении фиксатор с упорами и чувствительный элемент, выполненный в виде нагруженного пружинами штока, связанного с фиксатором, удерживающим упорами в открытом положении запорный орган, согласно изобретению запорный орган выполнен в виде тарелки, седло выполнено съемным и установлено в расточке выходного фланца, уплотнено резиновым кольцом и зафиксировано в осевом направлении кронштейном крепления тарелки и планкой, привод устройства срабатывания выполнен пружинным и снабжен указателем положения штока чувствительного элемента, с возможностью визуального контроля за положением штока, и подвижными шкалами давления срабатывания чувствительного элемента, с возможностью установки на шкалах фактических давлений срабатывания чувствительного элемента при настройке.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан главный вид предлагаемого клапана с расположением тарелки запорного органа, фиксатора привода, перепускного вентиля, крепления седла в расточке выходного фланца, указателя положения штока и шкалы давления срабатывания при повышении давления, на фиг.2 - разрез А-А с расположением запорного органа, планки крепления седла, механизма подъема тарелки запорного органа, привода (механизма) срабатывания клапана и шкалы давления срабатывания при понижении давления, на фиг. 3 - разрез Б-Б с расположением тарелки запорного органа и ее креплением к выходному фланцу.
На фигурах позициями обозначены:
1 - клапан,
2 - привод механический, настроенный на срабатывание при повышении или понижении давления в корпусе клапана,
3 - рукоятка привода,
4 - рым-болты,
5 - корпус,
6 - входной фланец,
7 - выходной фланец,
8 - ось тарелки,
9 - кронштейн крепления тарелки,
10 - тарелка,
11 - вентиль перепускной,
12 - механизм подъема тарелки,
13 - рукоятка механизма подъема тарелки,
14 - шкала настройки срабатывания привода при аварийном повышении давления,
15 - шкала настройки срабатывания привода при аварийном понижении давления,
16, 17, 18 - кольца резиновые уплотнительные,
19 - шпилька,
20, 21 - гайки,
22, 23 - оси,
24 - фиксатор привода,
25, 26 - кольца резиновые уплотнительные,
27 - шпилька,
28 - втулка,
29 - винт,
30 - гайка,
31 - пружина сжатия настройки срабатывания при повышении давления,
32 - пружина сжатия настройки срабатывания при понижении давления,
33 - шток,
34 - колпак,
35 - упор тарелки,
36 - седло,
37 - кольцо уплотнительное седла,
38 - планка крепления седла.
Устройство и его работа
Конструкция клапана приведена на фиг. 1-3.
В состав клапана входят: клапан 1; привод пружинный 2, с автоматическим срабатыванием на ЗАКРЫТИЕ при достижении в клапане величины давления срабатывания, установленной настройками привода, при повышении или понижении давления рабочей среды. Привод 2 имеет рукоятку 3, предназначенную для перевода чувствительного механизма срабатывания привода из положения АВТ. в положения РУЧН. или СТОП.
Настройка привода (фиг. 2) на срабатывание при аварийном повышении давления в корпусе производится достижением определенного усилия сжатия пружины 31 гайкой 30.
Настройка привода на срабатывание при аварийном понижении давления в корпусе производится достижением определенного усилия сжатия пружины 32 винтом 29. Защиту привода от воздействия внешней среды и нарушения диапазонов настройки обеспечивает колпак 34.
Для монтажа и демонтажа клапана на трубопровод предусмотрены рым-болты 4 (Фиг.1).
В клапан 1 (Фиг.1) входит: корпус 5, входной 6 и выходной 7 фланцы, которые крепятся к корпусу 5 при помощи шпилек 19 и гаек 20, установленное в расточке выходного фланца съемное седло 36, уплотненное резиновым кольцом 37 и зафиксировано в осевом направлении кронштейном крепления тарелки 9 и планкой 38.
На оси 8 кронштейна 9, установленного на выходном фланце 7, установлена тарелка 10, предназначенная для полного перекрытия потока рабочей среды при срабатывании клапана на ЗАКРЫТИЕ при повышении или понижении давления рабочей среды выше или ниже значений, установленных настройками привода 2.
Для выравнивания давления рабочей среды до и после тарелки 10 на выходном фланце 7 установлен перепускной вентиль 11 (Фиг.1).
Для установки тарелки 10 в рабочее положение (ОТКРЫТО) на корпусе 5 установлен механизм подъема тарелки 12 с рукояткой 13.
Механизм подъема тарелки устанавливается в боковое отверстие корпуса 5 и крепится неподвижно к корпусу шпильками 27 и гайками 21.
Герметичность потока рабочей среды по отношению к окружающей среде обеспечивается резиновыми уплотнительными кольцами 16, 17, 18, 25, 26.
Работа клапана.
Принцип действия клапана заключается в механической разблокировке тарелки 10 приводом 2 при выходе давления рабочей среды в трубопроводе за пределы диапазона, установленного настройками клапана.
Принудительное срабатывание клапана выполняется переводом рукоятки 3 привода 2 в положение РУЧН., при этом рукоятка механизма подъема тарелки 13 должна находиться в положении АВТ.
Блокировка тарелки 10 в положении ОТКРЫТО выполняется переводом рукоятки 3 привода 2 в положение СТОП.
В режиме готовности клапана к срабатыванию рукоятка 3 привода 2 и рукоятка механизма подъема тарелки 13 должны находиться в положении АВТ. При нахождении рукояток в положении СТОП. срабатывание клапана невозможно.
Установка тарелки 10 клапана в положение ОТКРЫТО производится следующим образом:
- перекрыть подачу рабочей среды арматурой, расположенной до клапана;
- открыть вентиль перепускной 11 и выровнять давление до и после тарелки;
- установить рукоятку 3 привода 2 в положение РУЧН.;
- оттянуть и повернуть рукоятку механизма подъема тарелки 13 в положение СТОП.;
- рукоятку 3 привода 2 перевести в положение СТОП.;
- рукоятку механизма подъема тарелки 13 перевести в положение АВТ.;
- закрыть вентиль перепускной 11.
Наладка и запуск в работу.
На заводе-изготовителе привод клапана настроен на величины давления срабатывания, указанные в паспорте.
Грубая перенастройка привода на другие величины давления срабатывания выполняется:
- на понижение давления установкой винта 29 привода 2 торцом на отметку шкалы 15, соответствующую требуемому давлению;
- на повышение давления установкой гайки 30 торцом на отметку шкалы 14, соответствующую требуемому давлению.
Точная перенастройка привода на необходимую величину давления срабатывания при понижении давления выполняется в следующей последовательности:
- перекрыть подачу рабочей среды арматурой, расположенной до клапана;
- открыть вентиль перепускной 11 и выровнять давление до и после тарелки 10;
- установить рукоятку 3 привода 2 в положение РУЧН.;
- оттянуть и повернуть рукоятку механизма подъема тарелки 13 в положение СТОП.;
- рукоятку 3 привода 2 перевести в положение СТОП.;
- рукоятку механизма подъема тарелки 13 перевести в положение АВТ.;
- закрыть вентиль перепускной 11;
- подать рабочую среду в участок трубопровода с клапаном и обеспечить в нем давление, при котором должно произойти срабатывание;
- перекрыть участок трубопровода с клапаном запорной арматурой, расположенной до и после клапана;
- открыть вентиль перепускной 11;
- выкрутить винт 29 до положения «6 МПа», максимально ослабив пружину 32;
- рукоятку 3 привода 2 перевести в положение АВТ.;
- медленно, сжимая винтом 29 пружину 32, зафиксировать падение тарелки запорного органа «на слух» и по указателю положения штока (шток должен находиться в нижнем положении), при этом положение винта 29 является требуемым;
- открыть тарелку 10 в последовательности, описанной ранее.
Точная перенастройка привода 2 на необходимую величину срабатывания при повышении давления выполняется в следующей последовательности:
- открыть тарелку 10;
- подать рабочую среду в участок трубопровода с клапаном и обеспечить в нем давление, при котором должно произойти срабатывание;
- перекрыть участок трубопровода с клапаном запорной арматурой, расположенной до и после клапана;
- открыть вентиль перепускной 11;
- закрутить гайку 30, максимально сжав пружину 31;
- рукоятку 3 привода 2 перевести в положение АВТ.;
- медленно выкручивать гайку 30, ослабляя пружину 31, добиться срабатывания запорного органа, зафиксировав падение тарелки 10 «на слух» и по указателю положения штока (шток должен находиться в верхнем положении);
- переустановить шкалу 14, совместив соответствующее значение шкалы на торце гайки 30 с величиной давления срабатывания;
- открытие тарелки 10 осуществлять в последовательности, описанной ранее.
Запуск в работу клапана после его установки на трубопровод и наладки произвести в следующей последовательности:
- возобновить подачу рабочей среды;
- оттянуть и повернуть рукоятку 3 привода 2 из положения СТОП. в положение АВТ.
При повышении давления внутри корпуса 5 выше установленной величины давления срабатывания привода 2, указанной на шкале 14, шток привода 33, преодолевая усилие пружины сжатия 31, перемещается вверх в полость привода с атмосферным давлением, осевое перемещение штока 33 через ось 23 передается фиксатору 24, который находясь на оси 22, установленной неподвижно во втулке 28, преобразует осевое перемещение штока 33 в продольное перемещение Т-образной части фиксатора 24, фиксатор 24 выходит из зацепления с упором 35, освобождая тарелку 10, которая под действием собственного веса и потока среды поворачивается на оси 8 и прижимается к седлу 36, перекрывая поток рабочей.
Работа клапана при понижении давления рабочей среды в трубопроводе ниже значения, установленного настройками привода 2.
При понижении давления внутри корпуса 5 ниже установленной величины давления срабатывания привода 2, указанной на шкале 15 шток 33 привода, под действием усилия пружины 32 перемещается вниз в полость привода с понижающимся давлением, осевое перемещение штока 33 через ось 23 передается фиксатору 24, который находясь на оси 22, установленной неподвижно во втулке 28 преобразует осевое перемещение штока 33 в продольное перемещение Т-образной части фиксатора 24, фиксатор 24 освобождает тарелку 10, которая под действием собственного веса и потока среды поворачивается на оси 8 и прижимается к седлу 36, перекрывая поток рабочей среды.
Блокировка тарелки в положении ОТКРЫТО выполняется переводом рукоятки 3 привода 2 в положение СТОП, при этом рукоятка механизма подъема тарелки 13 должна находиться в положении СТОП.
Ручное (принудительное) срабатывание клапана на ЗАКРЫТИЕ выполняется поворотом рукоятки 3 привода 2 в положение РУЧН., при этом рукоятка механизма подъема тарелки 13 должна находиться в положении АВТ.
Рукоятки 3 и 13 в рабочем положении клапана должны находиться в положении АВТ., при нахождении рукояток 3 и 13 в положении СТОП срабатывание клапана от понижения и повышения давления невозможно. Перепускной вентиль 11 должен быть закрыт.
Подъем тарелки 10 рукояткой 13 допускается выполнять только после выравнивания давления до и после тарелки 10 посредством открытия перепускного вентиля 11.
При нарушении герметичности запорного органа возможна замена седла 36, которая осуществляется на демонтированном с трубопровода клапане и отсоединенном от корпуса выходном фланце 7, в расточке которого седло закреплено.
Замена седла осуществляется в следующей последовательности:
- откручиваются болты крепления и отсоединяются от выходного фланца 7 кронштейн 9 с тарелкой 10 и планка 38;
- седло 36 с резиновым уплотнительным кольцом 37 извлекается из расточки выходного фланца и при необходимости может быть отремонтировано или заменено на новое.
- установка отремонтированного или нового седла в расточку выходного фланца осуществляется в обратной последовательности.
При относительно простой конструкции устройства и, благодаря тому, что седло выполнено съемным, имеется указатель положения штока чувствительного элемента, а шкалы давления срабатывания чувствительного элемента выполнены подвижными с возможностью установки на фактические давления срабатывания чувствительного элемента, обеспечивается надежность устройства при срабатывании от понижения и повышения давления проводимой среды и перекрытии трубопровода, возможность замены седла при нарушении герметичности запорного органа, а также возможность визуального контроля за положением штока чувствительного элемента и давлениями срабатывания чувствительного элемента при настройке и в процессе эксплуатации клапана.