本发明涉及一种用于水下挠性管道的差动阀，并且更具体地涉及具有能够排放气体的两个阀闸的阀，所述气体例如被包含在流过挠性管道的加压流体中。
背景技术：
这里相关的挠性管道是如由美国石油学会(api)公布的标准api17j“非粘结挠性管道的规范”和apirp17b“挠性管道的推荐实践”中所描述的非粘结管道，并且参考这些文献。
这些用于海上石油开采领域的挠性管道旨在用于输送流体，特别是输送碳氢化合物。它们至少包括由聚合物材料制成的挠性内管，更通常称为内部压力护套，所述碳氢化合物流过所述内部压力护套。这些管道包括也由聚合物材料制成的外部护套以及例如由金属材料制成或基于合成纤维的增强层或护层，所述增强层或护层位于内部压力护套和外部护套之间的环形区域中。
根据这些管道的预期用途并且特别是这些管道的使用条件和所输送的流体，这些管道可以包括由金属材料制成的构架(carcass)，所述构架定位在压力护套内部。
更重要的是，它们可能包括称为中间护套的护套，所述中间护套位于所述环形区域中。
尽管道内部压力护套相对于碳氢化合物被密封，但是这些碳氢化合物所包含的一定数量的气体和分子可能扩散穿过所述内部压力护套的壁，这取决于制造内部压力护套的材料、碳氢化合物中所述气体和分子的浓度以及局部条件，特别是压力和温度条件。这些通过可渗透性穿过内部压力护套的壁的气体扩散到挠性管道的环形区域中。
为了避免这些气体在环形区域中积聚并因此在该环形区域中过压(这会导致外部覆盖物破裂或导致构架崩溃，从而破坏管道)，气体需要被排放到外部而进入周围环境。此外，这些气体的存在，再加上环形区域中冷凝水的存在，可能腐蚀位于环形区域中的增强层的元件(通常由钢制成)。这就是为什么确保扩散到环形区域中的气体定期排放到周围环境中是至关重要的原因。
为了排放这些气体，已知的实践是使用泄放阀，所述泄放阀至少安装在管道的一个端部处，例如在管道的连接端部处，所述阀的一侧与环形区域相连通，而另一侧与周围环境相连通，当阀安装在管道的位于水面上方的端部时，所述周围环境可以是大气，或者当阀安装在挠性管道的浸没端时，所述周围环境可以是海水。
这种阀被设计成在环形区域和周围环境之间的确定压差下打开和重新关闭。因此，当环形区域内存在的内部压力比挠性管道外部存在的压力高一定量时，阀打开以允许已扩散到环形区域中的气体排放到外部，并快速重新关闭以使得没有流体能够进入环形区域。在此情况下使用的阀的打开压差可以在1和4巴之间变化，例如为2或3巴±0.5巴。
因此，如上所述，将气体排放到周围环境中需要在挠性管道的整个使用寿命期间发生阀的打开-关闭的连续阶段。因此，在这种使用寿命的过程中，诸如沙子和/或海洋生物的杂质可能进入阀体，特别是当阀靠近海床时，并且所述杂质最终可能导致构成阀的元件的过早磨损，甚至可能妨碍阀的正确操作。
专利文献ep0991887公开了一种差动阀，其包括具有双阀闸的气体排放系统，其具有阀体，在所述阀体中形成有两部分的内部腔室，这些部分分别是旨在经由下部连通通道与环形区域相连通的下部部分以及旨在经由上部连通通道与外部相连通的上部部分。第一阀闸和第二阀闸分别在上部连通通道和下部连通通道中沿着阀体的轴线同轴地安装在内部腔室中。一旦第一阀闸在环形区域和内部腔室之间的压力差的作用下打开，安装成与第一阀闸对准的第二阀闸也打开。然后，当第二阀闸根据内部腔室中和周围环境中存在的压力的差而关闭时，因为第二阀闸没有密封到其阀座上，所以在第二阀闸与其阀座之间形成气泡，使得所述气泡构成阻止水或固体颗粒进入阀的内部腔室的屏障。
但是，这个系统可能不会完全令人满意。特别地，仍然存在这样的风险：当第二阀闸关闭时，与周围环境的压力相比处于升高的压力的气泡的通过不能完全防止水或固体颗粒进入腔室。此外，如果安装第二阀闸的上部连通通道被阻塞，则气体将不能再逃逸到外部，从而存在在环形区域内积聚气体的风险。
因此，需要一种用于挠性管道的气体排放阀，其随时间推移可靠、紧凑且耐用。
技术实现要素：
为此，本发明涉及一种用于旨在输送碳氢化合物的水下挠性管道的差动阀，所述差动阀旨在用于将扩散到管道的环形区域中的气体排放到管道外部，所述差动阀包括阀体，所述阀体包括能够经由下部连通通道与所述环形区域相连通的下部部分和能够经由至少一个气体排放路径与外部相连通的上部部分，所述阀体包括内部腔室，一方面，主阀闸安装在所述内部腔室中，所述主阀闸能够在所述下部连通通道打开的位置和所述下部连通通道关闭的位置之间移动，另一方面，副阀闸与主阀闸同轴地安装，并且支承抵靠上部阀座，所述副阀闸能够在所述至少一个排放路径打开的位置和所述至少一个排放路径关闭的位置之间移动，其特征在于，所述内部腔室经由将气体排放到外部的主排放路径与管道的外部相连通，所述主排放路径包括充当过滤器的多孔构件，所述气体沿着所述主排放路径通过所述多孔构件的流动独立于所述副阀闸处于打开位置还是处于关闭位置。
因此，本发明的一个优点在于，使用旨在用作过滤器的多孔构件，并且其与主阀闸一起构成用于将气体排放到外部的第一路径(称为主排放路径)，从而允许气体的受控排放，并且特别地可以防止在周围环境中悬浮的固体颗粒能够进入阀体内部。此外，在正常操作期间关闭的布置在上部阀座中的副阀闸被设计成在多孔构件变得饱和的情况下打开，因此与主阀闸形成用于将气体排放到外部的第二路径(称为副排放路径或紧急路径)，从而使得尽管多孔构件饱和也可以确保将气体排放到外部。导致主排放通道阻塞的多孔构件的饱和可能是多孔构件的孔的至少部分堵塞或者替代地通过多孔构件的气体的过量流率的结果。因此，根据本发明的双阀闸阀包括用于将气体排放到管道外部的两条不同且并行的路径：由处于打开位置的主阀闸和多孔构件形成的主排放路径，无论副阀闸处于打开位置还是关闭位置，气体都可以通过所述主排放路径流通；和在多孔构件变得饱和的情况下由都处于打开位置的主阀闸和副阀闸形成的副排放路径或紧急排放路径。
有利地，所述副阀闸与所述上部阀座配合，使得如果所述多孔构件变得饱和，所述副阀闸可以自动打开，从而形成用于将气体从所述内部腔室朝向管道的外部排放到外部的副排放路径。
根据第一实施例，所述多孔构件被固定并紧固到所述阀体。
有利地，所述多孔构件可以至少部分地形成所述上部阀座。
有利地，所述主阀闸通过容纳在用于主阀闸的锥形下部阀座内的主弹簧朝向关闭位置推压，所述主弹簧经由一端支承抵靠固定于主阀闸的下部部分的弹簧套环并且经由另一端支承在形成于锥形下部阀座内的肩部上。
优选地，所述主弹簧经由其外周通过与所述锥形下部阀座的圆柱形下部部分的内壁径向接触而被引导运动，所述主弹簧容纳在所述圆柱形下部部分中。
有利地，所述副阀闸通过副弹簧朝向关闭位置推压，所述副弹簧经由一端支承在固定于副阀闸的下部部分的弹簧套环上并且经由另一端支承在形成于所述上部阀座的中央开口中的肩部上，所述副阀闸安装在所述中央开口中。
优选地，所述副弹簧通过其外周通过与安装在所述上部阀座下方的圆柱形支撑件的内壁径向接触而被引导运动，所述副弹簧容纳在所述圆柱形支撑件中。
根据第二实施例，所述多孔构件安装成固定到所述副阀闸。
有利地，所述主排放路径至少部分地在所述副阀闸的主体内部延伸。因此，所述主排放路径形成为部分地穿过所述副阀闸的主体。
根据该第二实施例，所述多孔构件布置在形成于所述副阀闸的头部中的环形空间中。
有利地，多孔构件由金属材料制成，并且更有利地，其由镍合金制成，特别是由标准astmb165(或unsn04400)“镍铜合金无缝管道的标准规范”和astmb164的“镍铜合金棒、条和线的标准规范”所限定的镍铜合组合物制成，并且优选地由
本发明还涉及一种旨在用于输送碳氢化合物的水下挠性管道，所述管道至少包括被设计成承载所述碳氢化合物的内部压力护套，所述碳氢化合物中所含的气体能够扩散穿过所述内部压力护套的壁，并且所述管道包括外部护套和至少一个增强层，所述至少一个增强层位于被包括在所述外部护套和所述内部压力护套之间的环形区域中，所述管道包括连接端配件，所述连接端配件设置有气体排放孔，在所述气体排放孔中安装有根据本发明的阀。
附图说明
通过阅读以下对本发明的一个特定实施例的描述，本发明的其它特定特征和优点将变得显而易见，该实施例以完全非限制性的指示的方式并参考附图给出，其中：
-图1示出了根据第一实施例的根据本发明的差动阀的纵向剖视图；
-图2a-2c示出了根据第二实施例的根据本发明的差动阀的纵向剖视图；
-图2d示出了根据实施例的替代形式的根据图2a-2c的差动阀的纵向剖视图；
图3示意性地示出了根据本发明的阀的操作。
具体实施方式
参考图1，差动阀包括设置有外螺纹2的阀体1，使得它可以在气体排放孔处螺纹连接到挠性管道的相应元件3(例如管道的连接端配件)上，所述配件设置有所述气体排放孔。未示出的挠性管道至少包括被设计成承载碳氢化合物的内部压力护套，碳氢化合物中包含的气体能够穿过内部压力护套的壁扩散到管道的环形区域中，所述环形区域被包括在内部护套以及外部密封护套之间，在所述环形区域中设置有一个或多个加强层或加强护层。
在阀体1的下部部分4中形成有下部连通通道5，所述下部连通通道将布置在阀体1中的内部腔室6连接到挠性管道的内部，并且更具体地连接到挠性管道的环形区域，要排放的气体扩散到所述环形区域中。内部腔室6包括安装有能够在下部连通通道中移动的主阀闸7，所述主阀闸可以根据所述环形区域与内部腔室之间的压力差而打开或关闭。更具体地，主阀闸7包括通过杆连接的圆柱形-锥形头部8和基部或下部部分9。当主阀闸7处于关闭位置时，头部8的锥形部分10支承在固定于阀体1内的锥形下部阀座11上。主阀闸7的基部9固定到弹簧套环12，主弹簧13(旨在用于将主阀闸7朝向其关闭位置推压)在一端支承抵靠所述弹簧套环，所述主弹簧13在其另一端支承在形成于锥形下部阀座11内的肩部14上。主弹簧13因此容纳在锥形下部阀座11内部，并且经由一端支承在固定于主阀闸7的基部9的弹簧套环12上并且经由另一端支承在形成于锥形下部阀座11内的肩部14上。
通常，主弹簧13的弹簧刚度和主阀闸7的横截面被确定为，一旦管道的环形区域中存在的压力和阀的内部腔体中存在的压力之间的压力差变得等于1巴±0.5巴，则主阀闸7的打开就立即生效。用于打开阀的主阀闸7的该压差大致等于1巴，从而使得可以使环形区域中过压的风险最小化，并且因此除了其它方面之外使的外部护套破裂的风险最小化。因此，可以减小该外部护套的厚度，即使对于用于非常深的深度(3000米及以上)应用的管道也可以这样做，这样做有利地允许管道的结构被减轻并且制造的成本被降低。
锥形下部阀座11包括形成于面对主阀闸7的头部8的锥形部分10的支承表面上的环形槽15。在环形槽15中容纳o形环密封件16，以便当主阀闸7处于关闭位置时，支承在主阀闸7的头部8的锥形部分10上。当主阀闸7处于关闭位置时，密封件16确保主阀闸7的头部8与锥形下部阀座11的密封接触。因此，主阀闸7能够重新关闭，由于o形环密封件16而获得足够的密封。
锥形下部阀座11固定在形成于阀体1的内壁上的内肩部17上，所述阀座通过保持螺母18保持在所述肩部上。它还包括远离阀座的上部部分延伸的圆柱形下部部分19，主阀闸7的头部8支承在所述上部部分上，主弹簧13容纳在所述下部部分内部，从而允许所述主弹簧的运动通过其外周引导，特别是通过与圆柱形下部部分的内壁径向接触来引导。因此，形成用于主弹簧13的引导部分的锥形下部阀座11的圆柱形下部部分19的内径基本上等于主弹簧13的外径，其中，具有足够的公差以允许主弹簧13在圆柱形下部部分19中轴向移动。引导主弹簧的运动确保了主阀闸打开-关闭顺序的更好的可重复性。
此外，圆柱形下部部分19经由容纳在形成于圆柱形下部部分19的面向阀体1的内壁的表面中的环形槽中的密封件20而支承抵靠阀体1的内壁。因此，锥形下部阀座11以密封的方式安装在阀体1上。
在阀体1的上部部分21中，内部腔室6被设计成经由能够将内部腔室6连接到外部周围环境的中央连通通道22与外部周围环境相连通。在该连通通道和外部周围环境之间将气体排放系统放置就位，所述气体排放系统由主排放系统和副排放系统或紧急排放系统组成，这将在下面详细描述。
主气体排放系统由多孔构件23形成，所述多孔构件经由上部螺母24和绝缘套环25固定并紧固到阀体、在阀体1的上部部分中、在内部腔室6的中央连通通道中，所述绝缘套环环绕多孔构件23以便使其与阀体1电绝缘。所述绝缘套环25本身被支撑元件26环绕，所述支撑元件经由密封件27以密封的方式抵靠阀体1的内壁附接。多孔构件23起到过滤元件的作用，防止固体颗粒从外部进入阀内部，并且由于其多孔结构允许气体通过其受控制地朝外部扩散。多孔构件23有利地由金属材料制成并且更有利地由镍铜合金组合物制成。优选地，多孔构件23由
此外，金属多孔构件23包括向外部开放的中央开口28，并形成上部阀座40，副阀闸29与所述上部阀座相关联，从而构成副气体排放系统并且使得当副阀闸29处于关闭位置时可以防止气体通过所述中央开口28，并且当副阀闸29处于打开位置时允许气体通过所述中央开口28。而且，用于副阀闸29的上部阀座40至少形成在多孔构件23的一部分中。
副阀闸29安装成能够在金属多孔构件23的中央开口28中相对于阀体1移动并且与主阀闸7同轴地安装。它包括由杆连接的圆柱形-锥形头部30和基部或下部部分31。头部30的锥形部分32在关闭位置中支承在上部阀座的锥形支承表面上。副阀闸29的基部31固定到弹簧套环33，副弹簧34(旨在用于将副阀闸29朝向其关闭位置推压)支承经由一端在所述弹簧套环上，所述副弹簧34经由其另一端支承在形成于上部阀座的中央开口28中的肩部35上。副弹簧34优选地容纳在安装于金属多孔构件23下方、在支承垫圈37和金属多孔构件23之间的圆柱形支撑件36内，从而允许副弹簧34的运动经由其外周引导，特别是通过与圆柱形支撑件36的内部圆柱形壁径向接触来引导。因此，引导支撑件36的内径基本上等于副弹簧34的外径，其中，具有足够的公差以允许副弹簧34在引导支撑件36中轴向移动。正如主弹簧的情况一样，副弹簧34的运动的引导确保了副阀闸29的打开-关闭顺序的更好的可重复性。
根据图1中描述的第一实施例，多孔构件是独立于副阀闸29的固定构件。图2a-2c示出了阀的第二实施例，其中多孔构件此时安装成能够相对于阀体移动并固定到所述副阀闸。在这些图2a-2c中存在与参考图1所描述的元件相同的元件。以加'的后缀对它们进行参考，以便表示相同的参考序列。
因此，参考图2a-2c，布置在阀体1'的下部部分4'中的是主阀闸7'，其安装成能够在下部连通通道5'中移动并且可以根据管道的环形区域和阀的内部腔室6'之间的压力差而打开或关闭。在该实施例中，主阀闸7'包括圆柱形-锥形头部8'和基部9'。在该实施例中，头部8'的锥形部分10'在如图2a所示的关闭位置中支承在由形成于阀体1'的内壁上的锥形肩部所形成的锥形下部阀座11'上。该支承经由容纳在形成于主阀闸7'的头部8'的锥形部分10'中的环形槽中的o形环密封件16'来执行。头部8'的圆柱形部分41在阀体1'的内部腔室6'中延伸。圆柱形部分41在如图2b所示的打开位置中支承在形成圆形肩部的上部阀座40'的下端上。此外，圆柱形部分41在其圆周上包括穿过其厚度形成的至少一个开口43，以便当主阀闸7'打开时，允许气体从管道的环形区域通向内部腔室6'。
旨在推压主阀闸7'进入其关闭位置的主弹簧13'经由一端支承在形成于主阀闸7'的头部8'上的肩部上并且经由其另一端支承在形成于用于副阀闸29'的上部阀座40'处的肩部上，所述上部阀座固定地安装在阀体1'内、在其上部部分中。主弹簧13'因此被容纳在由内部腔室6'限定的容积内并且在主阀闸7'的头部8'与上部阀座40'之间延伸。主弹簧13'的运动通过其外周通过与主阀闸7'的圆柱形-锥形头部8'的圆柱形部分41的内壁径向接触而被引导，所述主阀闸能够相对于阀体1'的壁在内部腔体6'中移动。通常，该主弹簧13'的弹簧刚度符合与参考第一实施例中的主弹簧13所述的相同的条件。
在阀体1'的上部部分21'中，内部腔室6'旨在经由主气体排放系统与外部周围环境相连通，所述主气体排放系统由如过滤器那样起作用的多孔构件23'组成，所述多孔构件优选地展现出与参考图1的实施例所述的相同的材料的特性。根据该第二实施例，多孔构件23'因此安装成固定到副阀闸40'，更具体地，多孔构件23'具有盘形形状并且容纳在形成于副阀闸29'的头部30'中的中央环形空间42中。此外，副阀闸29'包括形成于其头部30'的区域中的环形开口44，以便当气体排放时允许内部腔室6'与外部周围环境经由多孔构件23'连通。作为替代方案，环形开口44由形成于副阀闸29'的头部30'中的多个孔的存在代替。此外，副阀闸29'安装成能够在阀体1'的上部部分21'中、在上部阀座40'的中央开口28'中移动，副阀闸29'与所述上部阀座协作，以便限定副阀闸29'的打开和关闭位置，分别使得可以允许(图2c)和防止(图2b)气体从内部腔室6'通过所述开口28'流向外部。为此，副阀闸29'的圆柱形-锥形头部30'的锥形部分32'在关闭位置中支承在上部阀座40'的相应的锥形支承表面上，并且副弹簧34'旨在将副阀闸29'朝向其关闭位置推压。副弹簧34'在主弹簧13'的内部延伸，并且安装成通过一端固定到副阀闸29'的与其头部30'相对的基部31'并且经由其另一端支承在形成于上部阀座40'的中央部分中的肩部上。将主阀闸7'和副阀闸29'朝向关闭位置复位的两个复位弹簧13'和34'的该布置允许阀的特别紧凑的设计。此外，主阀闸7'的头部8'在其上表面上包括与锥形部分10'相对的截顶区域10″，当主阀闸7'移动到打开位置而副阀闸29'保持在关闭位置时，所述截顶区域能够容纳副阀闸29'的基部31'。图2b说明了这两个主阀闸和副阀闸的构造。
在图2d中可见的第二实施例的替代形式中，多个具有开放端部的孔形成在副阀闸29'的主体中并形成横向导管45。导管45与形成于副阀闸29'的主体中的纵向中央导管46相连通，所述纵向中央导管部分地从副阀闸的基部31'延伸远到副阀闸的圆柱形-锥形头部30'中，伸出副阀闸的主体并且开口到中央环形空间42中，与多孔构件23'接触。
根据本发明的差动阀的所有构件，例如阀体1、1'，阀闸7、7'；29、29'，弹簧13、13'；34、34'，弹簧套环12；33，螺母18；24，密封件16、16'；20；27，支承垫圈37，多孔金属构件23、23'，锥形下部阀座11、11'，上部阀座40、40'由金属或聚合物材料制成，所述材料具有优异的耐化学性，特别是在存在硫化氢(h2s)分子的情况下在酸性环境中的耐腐蚀性。当这种分子存在时，条件称为“酸性服役”。
具体地，在“酸性服役”条件下，在挠性管道的流动通道内循环的碳氢化合物流体中包含的更多或更少量的h2s分子穿过压力护套扩散到存在水分子的环形区域中。结果，这些分子彼此反应导致在管道的金属加强层处以及在与环形区域相连通的所有金属和/或聚合物构件处发生腐蚀现象。
参考图3，根据本发明的第一实施例或第二实施例的阀的工作方式如下。因此，阀被设计成相对于气体排放方向将气体从上游朝向下游排放，换句话说，从管道的环形空间朝向外部周围环境排放。当主阀闸和副阀闸都处于关闭位置时，阀体1、1'、主阀闸7、7'和副阀闸29、29'限定一定容积的内部腔室6、6'。一旦管道的环形区域中存在的压力与阀的内部腔室6、6'中存在的压力之间的预定压力差例如等于或大于1巴±0.5巴，则安装在与环形区域相连通的阀体的下部部分中的主阀闸7、7'打开。结果，气体从管道的环形区域通过处于打开位置的主阀闸7、7'朝向内部腔室6、6'被引导，从那里它们通过由金属多孔构件23、23'构成的过滤元件逃逸到周围环境，气体通过该金属多孔构件23、23'向周围环境扩散。根据优选实施例的由
根据图2d所示的第二实施例的替代形式的阀的操作与上述第一实施例和第二实施例的不同之处在于，一旦管道的环形区域与阀的腔室6'内存在的压力之间的压力差变得太大，则主阀闸7'打开并且气体从管道的环形区域朝向内部腔室6'被引导。然后，气体一方面通过形成于副阀闸29'的头部30'中的环形开口44被引导，另一方面通过各种横向导管45然后通过纵向中央管道46被引导，所述环形开口44和所述中央导管46都允许通向由金属多孔构件23'构成的过滤元件，然后气体通过该金属多孔构件23'向周围环境扩散。在该替代形式中，从内部腔室6'穿过金属多孔构件23'朝向外部周围环境的主排放路径38既由环形开口44提供又部分地由形成于所述副阀闸29'的主体中的导管45；46提供。
相比之下，当在金属多孔构件23、23'饱和的情况下主排放通道38发现自己被阻塞时，无论该饱和是金属多孔构件23、23'的孔由固体颗粒和/或海洋生物至少部分堵塞的结果，还是由于要排放的气体的过量流率的结果，阀的内部腔室6、6'中的压力继而增加，并且副弹簧34、34'不再足以阻止插入上部阀座40、40'的中央开口28、28'中的副阀闸29、29'打开。通常，副弹簧34、34'的弹簧刚度和副阀闸29、29'的横截面被确定为，一旦金属多孔体构件饱和而在内部腔室中产生过压，则副阀闸29、29'的打开就立即生效。
因此，通过该中央开口28、28'到达外部的通道打开，并且通过主阀闸7、7'引入到内部腔室6、6'中的气体经由副阀闸29、29'遵循其开口沿着副排放通道39逃逸。因此处于打开位置的副阀闸29、29'使得可以当金属多孔构件23、23'饱和而导致气体排放到外部所经由的主排放通道38被阻塞时，形成用于通过中央开口28、28'排放已经从环形区域通过主阀闸7、7'的气体的副排放通道或紧急排放路径39。应注意的是，副阀闸29、29'旨在仅在金属多孔构件23、23'饱和并且特别是要排放的气体具有高流率的特定情况下打开，这意味着固体颗粒经由下游侧进入的风险大大降低。