CN104084726B - 水下阀门与过渡管之间焊接的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下阀门与过渡管之间焊接的冷却装置。本发明冷却装置通过在焊接区域阀体内部放置环形迷宫流道，形成冷却液封闭循环通路。利用冷却液循环携带焊接区热量，减缓焊接热向阀门内部传导，降低焊接过程中高温对阀门零部件造成的损坏。该装置可以通过外部控制设备调节冷却液流量和流速，实现对冷却效果的控制。将自来水或冷却液通过所述循环泵和进水管注入流体流道中，再通过所述冷却装置中的迷宫式流道(依次连通的环形腔室Ⅰ、环形腔室Ⅱ和环形腔室Ⅲ)将自来水或冷却液排入冷却循环箱中，从而实现热量的循环交换，实现对金属阀体冷却的目的，保证热量传导不会对阀门内部的密封件产生损伤和破坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下阀门与过渡管之间焊接的冷却装置，属于深海控制阀领域。
背景技术
我国海洋油气勘探和开发起步较晚，缺乏具有自主知识产权的海洋石油水下装备关键技术和设备，基本依赖进口。随着我国石油勘探开发向海洋的战略转移，对海洋石油装备的需求进一步加大，对国外的技术和装备依赖性更大，所以无论是从国家能源安全方面还是从装备制造业未来发展方面考虑，研制适合我国油气勘探和开发的钻采装备都迫在眉睫。
水下阀门装置技术及设备长期被国外公司垄断，国内缺少此方面的投入和研究，近年来，我国的部分企业已经就海洋石油水下装备专项技术及产品展开了研究，取得了很大的进步；但是国内少有企业或机构对水下阀门装置展开系统、全面的研究。
目前陆地阀门连接端与工艺管道端的焊接冷却方法，通常采用风冷或淋水等简单的设备或工艺方法进行，甚至焊接过程中不采用冷却。由于风冷、淋水冷却效果不明显或现场操作受限，无冷却措施，此焊接过程对阀门都会产生热损伤，影响到阀门产品的使用性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种水下阀门与过渡管之间焊接的冷却装置，本发明冷却装置可有效减少焊接过程产生的热量对阀门内件的损伤，保护阀座密封性能，保证阀门产品的长设计寿命内的使用性能。
本发明所提供的一种水下阀门与过渡管之间焊接的冷却装置，包括冷却循环箱、循环泵、进水管、排水管、密封结构件Ⅰ和密封结构件Ⅱ；
所述密封结构件Ⅰ能密封连接于所述过渡管的腔体内，且与所述水下阀门的阀体之间形成一流道腔室，与所述过渡管之间形成一环形腔室；
所述密封结构件Ⅰ上设有至少2个通孔，所述通孔连通所述流道腔室与所述环形腔室；
所述密封结构件Ⅱ设于所述密封结构件Ⅰ上且与所述过渡管和所述水下阀门的阀体密封连接，沿所述水下阀门至所述过渡管的方向，所述密封结构件Ⅱ将所述环形腔室分隔成环形腔室Ⅰ、环形腔室Ⅱ和环形腔室Ⅲ；
所述密封结构件Ⅱ上于所述过渡管与所述水下阀门的阀体焊缝处的两侧均设有一通孔，分别连通所述环形腔室Ⅰ与所述环形腔室Ⅱ以及所述环形腔室Ⅱ与所述环形腔室Ⅲ；
所述冷却循环箱依次与循环泵和进水管相连通，所述进水管的另一端延伸至所述流道腔室中；所述排水管与所述冷却循环箱相连通，所述排水管的另一端与所述环形腔室Ⅲ相连通。
上述的冷却装置中，所述密封结构件Ⅰ上至少对称设置2个所述通孔，以将冷却液均匀导入冷却循环腔室，充分循环交换焊接热量，提高循环冷却效率。
上述的冷却装置中，设于所述密封结构件Ⅰ上的通孔为螺纹孔，以将冷却液均匀导入冷却循环腔室，充分循环交换焊接热量，提高循环冷却效率；也可利用该螺纹孔作为安装工艺孔，将所述结构密封件I和所述密封结构件Ⅱ安装组合在一起。
上述的冷却装置中，所述密封结构件Ⅱ上至少2处设有所述通孔，可以将冷却液均匀导入冷却循环腔室，充分循环交换焊接热量，提高循环冷却效率。
上述的冷却装置中，所述密封结构件Ⅱ上设置至少2个对称的螺纹盲孔，可利用该螺纹孔作为安装工艺孔，将结构密封件Ⅱ和密封结构件I安装组合在一起。
本发明冷却装置的工作原理为：将自来水或冷却液通过所述循环泵和进水管注入所述流体流道中，再通过所述冷却装置中的迷宫式流道(依次连通的环形腔室Ⅰ、环形腔室Ⅱ和环形腔室Ⅲ)将自来水或冷却液排入冷却循环箱中，从而实现热量的循环交换，实现对金属阀体冷却的目的，保证热量传导不会对阀门内部的密封件产生损伤和破坏。通过调节循环泵的排量或转速，可以实现对焊接冷却效果的调节和控制。
附图说明
图1为水下阀门与过渡管之间焊接的冷却装置的剖面图。
图中各标记如下：
1阀体、2密封结构件Ⅰ、3密封结构件Ⅱ、4过渡管、5排水管、6进水管、7，8，9密封件、10冷却循环箱、11低压循环泵、M1，M2螺纹孔、M3螺纹、D1通孔、V1流道腔室、V2环形腔室Ⅰ、V3环形腔室Ⅱ、V4环形腔室Ⅲ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
在海洋水下油气、石油(石油天然气)开采及生产装置中，都会使用到水下阀门及水下执行机构装置，水下阀门与各水下生产装置的连接可以采用法兰连接(水深小于300米)或焊接连接(水深大于300米)。对采用焊接连接的阀门装置，都需在陆地完成各项装置的连接、组装和调试后方可下水使用。在陆地焊接过程中，水下阀门装置需在出厂前提前将过渡管与阀门焊接端焊接完工后，方可出厂再与其他装置进行焊接组装。
在水下阀门制造厂内，为保证焊接对阀门内件的热损伤降至最低，保证水下阀门装置长期免维护，获得高可靠性的使用性能，就需对焊接过程进行控制，为此，本发明提供了图1所示的水下阀门与过渡管之间焊接的冷却装置。
如图1所示，本发明提供的水下阀门与过渡管之间焊接的冷却装置，包括冷却循环箱10、低压循环泵11、进水管6、排水管5、密封结构件Ⅰ2和密封结构件Ⅱ3；密封结构件Ⅰ2能通过密封件7密封连接于水下阀门的阀体1的流道孔内(即过渡管4腔体内)，且与水下阀门的阀体1内的关闭件之间形成一个流道腔室V1，与水下阀门的阀体1流道孔(过渡管4)之间形成一个环形腔室ⅠV2。在密封结构件Ⅰ2上设有2个对称的螺纹孔M1，该螺纹孔M1连通流道腔室V1与环形腔室ⅠV2。
密封结构件Ⅱ3通过密封件7、8、9和连接螺纹M3设于密封结构件Ⅰ上，且与过渡管4和水下阀门的阀体1流道孔密封连接，沿水下阀门流道孔至过渡管4的方向，密封结构件Ⅰ2和密封结构件Ⅱ3将流道孔(环形腔室)分隔成环形腔室ⅠV2、环形腔室ⅡV3和环形腔室ⅢV4。且在密封结构件Ⅰ2和Ⅱ3上，靠近于过渡管4与水下阀门的阀体1焊缝处的两侧设有均设有一个通孔D1，分别连通环形腔室ⅠV2与环形腔室ⅡV3以及环形腔室ⅡV3与环形腔室ⅢV4，形成迷宫式流道。
冷却循环箱10依次与低压循环泵11和进水管6相连通，进水管6的另一端延伸至流道腔室V1中；排水管5与冷却循环箱10相连通，排水管5的另一端与环形腔室ⅢV3相连通。
本发明冷却装置的使用过程如下：
1)确保阀门内部的阀座密封配合件与关闭件处于流道切断配合状态，流道内部清洁、无异物；
2)将密封结构件Ⅰ2、密封结构件Ⅱ3、密封件9，通过螺纹孔M1、M2及螺纹M3组合安装成冷却密封结构装置，并将密封件7和8装入密封槽内；
3)将2)步骤中完成的冷却密封结构装置装配到过渡管4的流道孔中，并通过调整尺寸H，保证密封件8中心与过渡管4焊接端面接近重合；
4)将完成3)步骤的装配部件中的外露部分配合装入阀体1准备焊接端的流道孔内，使过渡管4和阀体1两零件的焊接端面接触或有不大于1mm的间隙，同时应保证密封件8不偏离焊接端面中心带；此时可在焊缝圆周方向均匀点焊若干点；
5)将外部冷却循环系统的出水口接入密封结构件Ⅰ2中的进水管6；将外部冷却循环系统的进水口接入密封结构件Ⅱ3中的排水管5；
6)完成上述各项连接后，启动件低压循环泵11，向阀门内部流道腔室V1(阀门关闭后的阀体流道腔)注入自来水，待流道腔室V1腔接近注满后，自来水先后按照流道腔室V1→螺纹孔M1→环形腔室ⅠV2→通孔D1→环形腔室ⅡV3→通孔D1→环形腔室ⅢV4→排水管5→冷却循环箱10的顺序，完成一个环形迷宫式循环冷却过程，提高冷却效果，保护阀座密封配合不受损伤和破坏；低压循环泵较小功率即可完成自来水循环使用，所需功耗低，且无外排，对环境无任何污染；
7)为了对冷却效果实现可控、可调，可通过以下方式来实现：
A、对低压循环泵11的转速或有效输出排量进行调控来实现；
B、将自来水更换成冷却效果更好的冷却液；
C、对螺纹孔和通孔的数量或直径进行组合调整；
D、对进、排水管直径进行调整；
上述调控操作简便。
8)操作过程可重复进行，在完成一端的焊接后，将冷却密封结构从焊接流道孔中取出后，可重复安装在另一端，节省时间，提高效率；
该装置应用于子课题项目中水下阀门过渡管的焊接模拟验证，阀体焊接端接近阀座密封配合处的阀体外表面温度明显降低，低于阀内非金属密封件的允许最高设计工作温度121℃，不会对密封件及配合产生任何损伤和破坏。
Claims (5)
1.一种水下阀门与过渡管之间焊接的冷却装置，其特征在于：所述冷却装置包括冷却循环箱、循环泵、进水管、排水管、密封结构件Ⅰ和密封结构件Ⅱ；
所述密封结构件Ⅰ能密封连接于所述过渡管的腔体内，且与所述水下阀门的阀体之间形成一流道腔室，与所述过渡管之间形成一环形腔室；
所述密封结构件Ⅰ上设有至少2个通孔，所述通孔连通所述流道腔室与所述环形腔室；
所述密封结构件Ⅱ设于所述密封结构件Ⅰ上且与所述过渡管和所述水下阀门的阀体密封连接，沿所述水下阀门至所述过渡管的方向，所述密封结构件Ⅱ将所述环形腔室分隔成环形腔室Ⅰ、环形腔室Ⅱ和环形腔室Ⅲ；
所述密封结构件Ⅱ上于所述过渡管与所述水下阀门的阀体焊缝处的两侧均设有一通孔，分别连通所述环形腔室Ⅰ与所述环形腔室Ⅱ以及所述环形腔室Ⅱ与所述环形腔室Ⅲ；
所述冷却循环箱依次与循环泵和进水管相连通，所述进水管的另一端延伸至所述流道腔室中；所述排水管与所述冷却循环箱相连通，所述排水管的另一端与所述环形腔室Ⅲ相连通。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：设于所述密封结构件Ⅰ上的2个所述通孔为对称设置。
3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于：设于所述密封结构件Ⅰ上的通孔为螺纹孔。
4.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于：所述密封结构件Ⅱ上至少2处设有所述通孔。
5.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于：所述密封结构件Ⅱ上对称设置螺纹盲孔。
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