一种防冰堵隔离阀的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种防冰堵隔离阀，包括阀体、缸体、带通孔的球体及其径向密封调整装置、阀座和阀杆及其支撑密封装置，阀杆与球体固定连接并控制球体相对于阀座转动，缸体内腔安装有活塞，且缸体进口端与阀体出口端固定连接；阀座设置两个，并以球体中轴线为对称轴对称分布在球体两侧，其中一个阀座分别与球体的径向密封调整装置、阀体连接，另一个阀座分别与缸体、球体的径向密封调整装置连接；阀杆的支撑密封装置分别与阀体、阀杆连接。本发明可以有效地防止水蒸汽冷凝后结冰附着在管道内部而造成“冰堵”，从根源上解决了因管道低温“冰堵”造成井口安全控制柜控制功能失效的难题，并有利于节能降耗、节约成本。
【专利说明】一种防冰堵隔离阀
【技术领域】
[0001]本发明涉及隔离阀【技术领域】，尤其是涉及一种防冰堵隔离阀。
【背景技术】
[0002]目前，在采气树井口安全控制系统上，需要监测井口天然气的压力来做安全保护和自动控制。常规的压力采样方式是通过管路、球阀、转换接头的连接组合成天然气压力传递监测管路，将天然气井口的压力监测口处的天然气压力从井口直接传递到井口安全控制柜的压力检测口。由于从天然气井口到井口安全控制柜的距离一般为20-50米，井口刚采出的天然气中含有水蒸汽，温度高(通常在60°C以上，有的甚至可超过100°C)，而压力监测口到井口安全控制柜的管路(通常是I / 2英寸)处于自然环境中，在压力传递过程中，由于温差的变化，沿着这数十米的天然气压力传递监测管道，其中的天然气会逐渐冷却，天然气中所含的水蒸汽会冷凝附着在管壁上。在冬季或者寒冷季节，冷凝水会结冰、堆积，造成“冰堵”，导致压力监测失效，整个井口安全控制无法运行或者工作异常，存在安全隐患。
[0003]为了消除“冰堵”，通常是在天然气压力传递监测管路上敷设伴热保温装置，通过电加热或者其他加热方式，防止天然气压力监测管道中的水蒸汽冷凝，从而消除“冰堵”。但是，这种处理方式存在如下问题:首先，增加了初期管道的敷设成本；其次，电加热的方式需要消耗大量的电能，故障率高，在冬季供电紧张或者断电的情况下，“冰堵”故障依然会发生；最后，通常伴热的启停是由温度监测来实现，成本高而可靠性低。另外，由于是将天然气沿着天然气压力传递监测管路直接传输到安全控制柜的压力检测口，天然气中所含的硫化氢等剧毒、腐蚀成分在远距离传输中也增加了泄漏和腐蚀的风险；同时，天然气属于易燃易爆气体，因此，敷设伴热保温装置也对安全控制柜提出了更高的防护、防爆要求，从而增加了成本。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:针对现有技术存在的问题，提供一种防冰堵隔离阀，防止天然气压力传递监测管道发生“冰堵”，并且节能降耗、降低成本。
[0005]本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现:一种防冰堵隔离阀，包括阀体、缸体、带通孔的球体及其径向密封调整装置、阀座和阀杆及其支撑密封装置；所述阀杆与球体固定连接并控制球体相对于阀座转动，所述缸体内腔安装有活塞，且缸体进口端与阀体出口端固定连接；所述阀座设置两个，并以球体中轴线为对称轴对称分布在球体两侧，其中一个阀座分别与球体的径向密封调整装置、阀体连接，另一个阀座分别与缸体、球体的径向密封调整装置连接；所述阀杆的支撑密封装置分别与阀体、阀杆连接；当球体转动到一个指定位置，阀体和缸体的进口端均与球体上的通孔完全导通，当球体转动到另一个指定位置，阀体进口端与缸体进口端之间的通道被球体完全截断。
[0006]进一步地，所述球体的径向密封调整装置包括两个带圆弧面的阀座支撑圈和两个阀座压环，并分别以球体的中轴线为对称轴对称分布在球体的两侧，球体两侧的阀座支撑圈均与相邻的阀座固定连接，所述阀座压环均安装在阀座支撑圈与阀座之间，阀座支撑圈的圆弧面均与球体的球形面密封配合。
[0007]进一步地，所述阀杆的支撑密封装置由止推轴承、阀杆填料和填料压环组成，所述的止推轴承连接在阀杆轴肩与阀体之间，所述阀杆填料包覆阀杆并由填料压环密封固定在阀杆与阀体之间的空腔内。
[0008]进一步地，位于所述缸体内腔的活塞上设置有2个活塞密封圈，且沿着活塞轴线方向相互平行分布。
[0009]进一步地，所述的球体上设置凹槽，位于阀体内部的阀杆末端设置凸起，并且球体上的凹槽与阀杆末端的凸起卡接固定。
[0010]进一步地，所述隔离阀还包括2个平板弹簧，其中一个平板弹簧安装在球体左侧的阀座肩部与阀体之间，另一个平板弹簧安装在球体右侧的阀座肩部与缸体之间。
[0011 ] 进一步地，所述隔离阀还包括手柄、限位块和定位销，所述手柄和限位块均与阀杆固定连接，所述定位销与阀体固定连接，在限位块上设置弧形切口，定位销与弧形切口配合，限制阀杆在限位块的弧形切口范围内转动。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:采用本隔离阀将井口天然气管道与井口控制柜隔离，直接将井口管道内的天然气自身压力转化成液压油的压力传递，使井口天然气经过的通道短，避免了天然气在低温环境中的长距离输送，并避免了天然气介质中的水蒸汽进入压力检测管道，从而有效地防止水蒸汽冷凝后结冰附着在管道内部而造成“冰堵”，从根源上解决了因管道低温“冰堵”造成井口安全控制柜控制功能失效的难题，从而提高了压力检测系统的可靠性和稳定性；另外，还可以避免对压力检测管道敷设伴热保温装置以防止“冰堵”，有利于节能降耗，并大大节约了成本；同时，采用本发明还可杜绝天然气泄露的可能，由于液压油对井口控制柜没有剧毒风险和腐蚀风险，避免了天然气的易爆易燃危害，从而降低了井口控制柜的防护防爆等级要求，减少了安全防护成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明一种防冰堵隔离阀的主视图。
[0014]图2为本发明一种防冰堵隔离阀的左视图。
[0015]图3为本发明一种防冰堵隔离阀的俯视图。
[0016]图中标记:1-阀体，2-缸体，3-球体，4-阀座支撑圈，5-阀座，6-阀座压环，7-阀座密封圈，8-限位块，9-平板弹簧，10-止推轴承，11-蝶形弹簧，12-阀杆填料，13-阀杆，14-填料压环，15-手柄，16-螺母，17-活塞，18-端盖，19-活塞密封圈，20-堵头，21-定位销。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]如图1-图3所示的一种防冰堵隔离阀，主要包括阀体1、缸体2、带通孔的球体3及其径向密封调整装置、阀座5和阀杆13及其支撑密封装置。其中，所述缸体2的内腔安装有可以左右平移的活塞17，且缸体2的进口端与阀体I的出口端焊接固定；为了便于对隔离阀进行维修、保养，可以在缸体2上设置与缸体2内腔相通的螺纹通孔，缸体2通过螺纹通孔与堵头20组成螺纹活动连接，打开堵头20即可排掉缸体2内腔中的残留气体，从而方便隔离阀的清洗、拆卸。所述阀座5设置有两个，并以球体3中轴线为对称轴对称分布在球体3两侧。所述球体3的径向密封调整装置主要是由两个带圆弧面的阀座支撑圈4和两个阀座压环6组成，并分别以球体3的中轴线为对称轴对称分布在球体3的两侧，并且，位于球体3左侧的阀座5分别与球体3左侧的阀座支撑圈4、阀体I连接，位于球体3右侧的阀座5分别与球体3右侧的阀座支撑圈4、缸体2连接，所述阀座压环6均安装在阀座支撑圈4与阀座5之间,且阀座支撑圈4的圆弧面均与球体3的球形面密封配合。所述阀杆13的支撑密封装置主要包括止推轴承10、阀杆填料12和填料压环14，所述的止推轴承10连接在阀杆13轴肩与阀体I之间，所述阀杆填料12包覆阀杆13并由填料压环14密封固定在阀杆13与阀体I之间的空腔内。
[0019]如图1、图2所示，在所述的球体3上设置凹槽，在位于阀体I内部的阀杆13的末端设置凸起，并且球体3上的凹槽与阀杆13末端的凸起卡接固定。所述球体3上的通孔位于球体3的中心，并且与阀杆13相互垂直，球体3上的通孔的孔径与阀体I进口端内径、阀座5内径、缸体2进口端内径均相等。为了方便操作阀杆13的转动，如图1、图3所示，所述隔离阀还包括手柄15、限位块8和定位销21，所述手柄15和限位块8均与阀杆13固定连接，在手柄15顶端，还利用螺母16直接与阀杆13配合以锁紧手柄15，所述定位销21与阀体I固定连接，在限位块8上设置一个四分之一圆周的弧形切口，定位销21与弧形切口配合，限制阀杆13在限位块8的弧形切口范围内转动。由于本隔离阀是通过阀杆13的转动来控制球体3相对于阀座5转动，这样就可以实现当阀杆13控制球体3相对于阀座5转动90度到一个指定位置时，阀体I和缸体2的进口端均与球体3上的通孔完全导通，而当球体3反向转动90度到另一个指定位置时，阀体I进口端与缸体2进口端之间的通道恰好被球体3完全截断。因此，既方便了操作人员对隔离阀是否完全关闭或者导通的操作判断，而且使得通过隔离阀的气流保持均匀一致的压力传递，避免隔离阀工作过程中发生蹿动，提高了井口安全控制柜的检测可靠性。为了防止阀杆13的转动导致限位块8松动，还可以在限位块8与填料压环14之间设置蝶形弹簧11。
[0020]为了防止隔离阀工作过程中球体3发生径向蹿动，保证球体3与阀座支撑圈4的圆弧面始终密封良好，所述的阀座压环6采用耐磨的弹性件压环，通过阀座压环6的弹性变形量来保证隔离阀安装、工作时能够对球体3进行适量的径向调整，从而使得阀座支撑圈4与球体3密封良好，避免水蒸汽等进入阀体I内腔聚集。其中的阀杆填料12是采用柔性石墨压制成型的环形状石墨环，其放入阀杆13与阀体I之间的空腔内之后，再用填料压环14压住并密封，以防止阀杆填料12被磨掉的颗粒散料溢出阀体1，而且由于石墨具有润滑作用，因此，阀杆填料12还可以减轻阀杆13的转动阻力，并提高阀杆13的使用寿命。由于隔离阀在工作时，缸体2内腔的活塞17的左端腔体内是带有水蒸汽的气体介质，而活塞17的右端腔体内是耐低温的液压油，为了提高活塞17的密封效果，可以在活塞17上安装O形活塞密封圈19，且活塞密封圈19是润态丁腈橡胶密封圈，在提高密封效果的同时增强其耐磨性。当活塞17所承受的压力较大时，还可以在活塞17上设置2个活塞密封圈19，并且沿着活塞17的轴线方向相互平行分布，以进一步提高其密封效果和耐磨性。[0021]在所述隔离阀上还可以设置2个平板弹簧9，其中一个平板弹簧9安装在球体3左侧的阀座5肩部与阀体I之间，另一个平板弹簧9安装在球体3右侧的阀座5肩部与缸体2之间。当隔离阀的震动导致球体3发生轴向偏移时，平板弹簧9的弹性可以对球体3进行轴向调整，使球体3与阀座支撑圈4维持密封良好状态。为了提高阀座5与阀体1、缸体2的密封效果，可以在阀座5端部与阀体1、缸体2的连接处均设置O形阀座密封圈7，且阀座密封圈7采用润态丁腈橡胶密封圈，在提高密封效果的同时增强其耐磨性。
[0022]本发明的隔离阀可以将容易结冰的介质如水蒸汽的压力转换成耐低温防冻介质如液压油的压力，并进行长距离传递，是一种具备压力转换、流体隔绝和关断截止功能的特殊阀门。其具体的工作原理如下:在天然气采集井口输出管道上安装一个管道三通接头，如图1所示，可以在隔离阀的阀体I进口端(即隔离阀进口端)设置NPTM螺纹，以方便隔离阀与天然气采集井口管道实现快速连接或者分离；在缸体2的出口端固定有带NPTM螺纹通孔的端盖18，使得隔离阀的缸体2出口端(即隔离阀出口端)可以通过端盖18与压力检测管道进口端组成螺纹活动连接，以方便隔离阀的快速拆装；同时，使端盖18上的通孔的孔径与球体3上的通孔的孔径、阀体I进口端内径、阀座5内径、缸体2进口端内径均相等，当将压力检测管道与井口安全控制柜连接之后，就可以保证通过隔离阀的气流保持均匀一致的压力传递到井口安全控制柜的压力检测感应口。在隔离阀的位于活塞17与压力检测管道进口端之间的缸体2内腔中填满液压油，该液压油在_46°C甚至_60°C的低温环境下不凝固。
[0023]当检测时，通过手柄15使阀杆13转动90度到指定位置，即可使球体3转动以完全打开隔离阀，井口管道喷出的天然气介质(含水蒸汽)即通过隔离阀的阀体I进入缸体2，并推动缸体2内腔中的活塞17向右运动，活塞17的运动再挤压液压油，由于液压油在常规状态下具有不可压缩性，故液压油将在活塞17的推力下产生压力，从而将天然气介质的压力转化成液压油的压力，并经过压力检测管道(即油液管道)传递到井口控制柜的检测感应口。因此，采用本隔离阀实现了井口天然气管道与井口控制柜的隔离，并直接将井口管道内的天然气自身压力转化成液压油的压力传递，使井口天然气经过的通道缩短，避免了天然气在低温环境中的长距离输送，并避免了天然气介质中的水蒸汽进入压力检测管道，从而有效地防止水蒸汽冷凝后结冰附着在管道内部而造成“冰堵”，从根源上解决了因管道低温“冰堵”造成井口安全控制柜控制功能失效的难题，提高了压力检测系统的可靠性和稳定性；同时，利用本发明还可以避免对压力检测管道敷设伴热保温装置以防止“冰堵”，有利于节能降耗，并大大节约了成本；另外，由于本发明的隔离阀是集成式整体结构，安装空间大幅缩小，管道泄漏点少，且无需管道伴热，元件种类和数量均减少，因此，井口天然气的压力检测系统的故障率大大降低，由于可杜绝天然气泄露的可能，再加上液压油对井口控制柜没有剧毒风险和腐蚀风险，避免了天然气的易爆易燃危害，从而降低了井口控制柜的防护防爆等级要求，减少了安全防护成本。当检测到压力出现异常(超过设定的高限或者低限)时，可以通过转动手柄15使得阀体I与缸体2的内部通道被快速截断，井口隔离阀关闭，从而避免发生危险。
[0024]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种防冰堵隔离阀，包括阀体(1)、带通孔的球体⑶以及阀座(5)和阀杆(13)，所述阀杆(13)与球体(3)固定连接并控制球体(3)相对于阀座(5)转动，其特征在于:还包括缸体(2)、球体(3)的径向密封调整装置和阀杆(13)的支撑密封装置，所述缸体(2)内腔安装有活塞(17)，且缸体(2)进口端与阀体(1)出口端固定连接；所述阀座(5)设置两个，并以球体⑶中轴线为对称轴对称分布在球体⑶两侧，其中一个阀座(5)分别与球体(3)的径向密封调整装置、阀体⑴连接，另一个阀座(5)分别与缸体(2)、球体(3)的径向密封调整装置连接；所述阀杆(13)的支撑密封装置分别与阀体(1)、阀杆(13)连接；当球体⑶转动到一个指定位置，阀体⑴和缸体⑵的进口端均与球体⑶上的通孔完全导通，当球体(3)转动到另一个指定位置，阀体(1)进口端与缸体(2)进口端之间的通道被球体⑶完全截断。
2.根据权利要求1所述的一种防冰堵隔离阀，其特征在于:所述球体(3)的径向密封调整装置包括两个带圆弧面的阀座支撑圈(4)和两个阀座压环(6)，并分别以球体(3)的中轴线为对称轴对称分布在球体(3)的两侧，球体(3)两侧的阀座支撑圈(4)均与相邻的阀座(5)固定连接，所述阀座压环(6)均安装在阀座支撑圈⑷与阀座(5)之间，阀座支撑圈(4)的圆弧面均与球体(3)的球形面密封配合。
3.根据权利要求1所述的一种防冰堵隔离阀，其特征在于:所述阀杆(13)的支撑密封装置由止推轴承(10)、阀杆填料(12)和填料压环(14)组成，所述的止推轴承(10)连接在阀杆(13)轴肩与阀体(1)之间，所述阀杆填料(12)包覆阀杆(13)并由填料压环(14)密封固定在阀杆(13)与阀体⑴之间的空腔内。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种防冰堵隔离阀，其特征在于:位于所述缸体(2)内腔的活塞(17)上设置有2个活塞密封圈(19)，且沿着活塞(17)轴线方向相互平行分布。
5 .根据权利要求1-3任一项所述的一种防冰堵隔离阀，其特征在于:所述的球体(3)上设置凹槽，位于阀体⑴内部的阀杆(13)末端设置凸起，并且球体(3)上的凹槽与阀杆(13)末端的凸起卡接固定。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种防冰堵隔离阀，其特征在于:所述隔离阀还包括2个平板弹簧(9)，其中一个平板弹簧(9)安装在球体(3)左侧的阀座(5)肩部与阀体(I)之间，另一个平板弹簧(9)安装在球体(3)右侧的阀座(5)肩部与缸体(2)之间。
7.根据权利要求1-3任一项所述的一种防冰堵隔离阀，其特征在于:所述隔离阀还包括手柄(15)、限位块⑶和定位销(21)，所述手柄(15)和限位块⑶均与阀杆(13)固定连接，所述定位销(21)与阀体(1)固定连接，在限位块(8)上设置弧形切口，定位销(21)与弧形切口配合，限制阀杆(13)在限位块(8)的弧形切口范围内转动。
【文档编号】F16K5/06GK103727091SQ201410028621
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】李瑜, 贺洪波 申请人:成都中寰流体控制设备有限公司