CN107044544A - 用于在各压力和温度下对流体流动控制设备进行启动测试的组件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于对流体流动控制设备执行启动测试的组件。该组件包括保持件和密封组件，保持件适于设置在流体流动控制设备的阀体中，密封组件耦接到保持件的一部分，并适于被设置为邻近流体流动控制设备的阀座。密封组件包括一个或多个密封元件，该一个或多个密封元件被配置为在约‑325华氏度与约1250华氏度之间的工作温度下的启动测试期间提供密封。

Description

用于在各压力和温度下对流体流动控制设备进行启动测试的 组件
技术领域
概括地说，本公开内容涉及流体流动控制设备，并且更具体来说，涉及用于在各压力和温度下对流体流动设备执行启动测试的组件。
背景技术
过程控制系统通常包括用于控制各过程参数的各个部件。例如，流体过程控制系统可以包括用于控制流经系统的流体的流动速率、温度、和/或压力的多个控制阀。最终产品取决于对这些参数的控制精度，该控制精度转而取决于控制阀的几何结构和特性。控制阀例如被专门设计和选择为提供特定的流动容量和压力变化。当这些特性被损害时，最终产品的质量可能受到影响。
为了确保最终产品的质量不受影响，在启动期间、即在被部署用于操作之前对过程控制系统的各个部件进行测试。例如，诸如控制阀、管线、管道、气罐、和其它压力容器在被部署之前通常经受水压试验，由此部件(例如，控制阀、管线)被填充有一个或者多个室温下(例如70华氏度)、或者其它基本类似的温度下的一种或多种液体(例如水、油)，以测试部件的强度并识别部件中的任何泄露。在某些情况下，例如当那些部件被用在高温环境中和/或高压下降的地方时，还可能期望使用在显著较高温度下或者具有显著较高温度(例如，超过100华氏度、200华氏度、500华氏度、1000华氏度、或者甚至1200或1250华氏度的温度)的流体(例如蒸汽)来使这些部件经受启动测试。在其它情况下，例如，当那些部件被用在极低温的环境中时，可能期望使用在非常低的温度下或者具有非常低的温度(例如，低于70华氏度、低于32华氏度、制冷温度)的流体来使这些部件经受启动测试。还可能期望使这些部件经受极高压力、极低压力、其它压力、和/或显著的压力下降。
然而，传统上用于执行水压试验的设备常常包括并非被构建为承受较高温度、高压降、和/或极低温度的部件，例如，橡胶或者塑料密封件，以使得该设备不能跨在操作前适当地对过程控制系统部件进行测试(即对过程控制系统部件适当地进行启动测试)所需要的整个温度和/或压力范围而操作。
图1例示了具有固定装置100的形式的这种传统设备的示例，其可用于对控制阀104执行水压试验，该控制阀104具有阀体108和设置在阀体108中的阀座112。固定装置100包括塞子116和布置在塞子116的一个端部124处的橡胶或塑料O型环120，该固定装置在被使用时替代了控制阀104的阀塞和阀笼。塞子116被设置在阀体108中，以使得塞子116的一部分和O型环120接合阀座112。当以这种方式布置时，控制阀104的最终用户可以使用在室温(例如，70华氏度)或者其它类似温度(例如，32华氏度与100华氏度之间的温度)下的流体来对控制阀104和过程控制系统内的任何其它压力容器执行水压试验。但是，由于O型环120由塑料或者橡胶制成，而塑料或者橡胶可能响应于例如超过450华氏度的温度、制冷温度、高压、和高压降而出现拉伸、碎裂、或者其它形式的故障，因此固定装置100不能用于使用在这样的温度下或者具有这样的温度和/或在经受高压和/或高压降时的流体(例如，蒸汽)来对控制阀104进行启动测试。因此，固定装置100必须被移除，并且使用不同的设备、和/或采用不同的测试，以在操作前、在这些不同的温度下适当地对控制阀104进行测试。
发明内容
根据第一示例性方面，提供了用于对流体流动控制设备执行启动测试的组件，所述流体流动控制设备具有阀体和阀座，所述阀体限定入口、出口、和在所述入口与所述出口之间延伸的流体流动路径，所述阀座设置在所述阀体内并限定孔口，所述流体流动路径通过所述孔口。所述组件包括保持件和密封组件，所述保持件适于设置在所述阀体中，所述密封组件耦接到所述保持件的一部分，并适于被设置为邻近所述阀座。所述密封组件包括一个或多个密封元件，所述一个或多个密封元件被配置为在约-325华氏度与约1250华氏度之间的工作温度下的启动测试期间提供密封。
根据第二示例性方面，提供了一种流体流动控制设备，所述流体流动控制设备包括阀体、阀座、和组件，所述阀体限定入口、出口、和在所述入口与所述出口之间延伸的流体流动路径，所述阀座设置在所述阀体内并限定孔口，所述流体流动路径通过所述孔口，所述组件被配置为可移除地耦接到所述流体流动控制设备，以便对所述流体流动控制设备执行启动测试。所述组件包括保持件和密封组件，所述保持件适于被设置在所述阀体中，所述密封组件耦接到所述保持件的一部分，并适于被设置为邻近所述阀座。所述密封组件包括一个或者多个密封元件，所述一个或多个密封元件被配置为在约-325华氏度与约1250华氏度之间的工作温度下的启动测试期间提供密封。
根据第三示例性方面，提供了一种对流体流动控制设备进行启动测试的方法。所述流体流动控制设备具有阀体和阀座，所述阀体限定入口、出口、以及在所述入口与所述出口之间延伸的流体流动路径，所述阀座设置在所述阀体内并限定孔口，所述流体流动路径通过所述孔口。所述方法包括：(1)将组件耦接到所述流体流动控制设备，所述组件包括保持件和密封组件，所述保持件耦接到所述阀体的一部分，所述密封组件耦接到所述保持件的一部分，所述密封组件包括一个或者多个密封元件；(2)当所述组件耦接到所述流体流动控制设备时，在约0华氏度与约200华氏度之间的工作温度下执行所述启动测试的第一部分；(3)当所述组件耦接到所述流体流动控制设备时，在以下温度中的一个的工作温度下执行水压试验的第二部分：(i)约450华氏度与约1250华氏度之间以及(ii)-325华氏度与约-100华氏度之间，所述第二部分在所述第一部分之后执行；以及(4)将所述组件从所述流体流动控制设备移除。
进一步根据上述第一、第二、或第三示例性方面中的任意一个或者多个方面，组件、流体流动控制设备、或者启动测试的方法可以包括以下进一步的优选形式中的任意一个或者多个。
在一个优选形式中，所述密封组件在邻近所述保持件的端部处螺接到所述保持件。
在另一个优选形式中，所述密封组件被布置为在水压试验期间实现单向或者双向密封。
在另一个优选形式中，所述密封组件包括第一密封元件、第二密封元件、以及设置在所述第一密封元件与所述第二密封元件之间的间隔件。
在另一个优选形式中，所述第一密封元件和所述第二密封元件被布置为在所述水压试验期间实现双向密封。
在另一个优选形式中，所述第一密封元件包括第一C-密封件，并且所述第二密封元件包括第二C-密封件。
在另一个优选形式中，所述第一密封元件面对第一方向，并且所述第二密封元件面对与所述第一方向相对的第二方向。
在另一个优选形式中，所述第一密封元件的嘴部面对所述第一方向，并且所述第二元件的嘴部面对所述第二方向。
在另一个优选形式中，所述第一密封元件和所述第二密封元件中的每个密封元件的所述嘴部都面对所述间隔件。
在另一个优选形式中，所述第一密封元件的所述嘴部与所述第二密封元件的所述嘴部沿着共同的纵轴对齐。
在另一个优选形式中，所述间隔件包括一个或多个孔，所述一个或多个孔被配置为在所述启动测试期间有助于朝向所述第一密封元件和/或所述第二密封元件的压力流动。
在另一个优选形式中，所述间隔件被设置为与所述第一密封元件和所述第二密封元件中的每个密封元件接触。
在另一个优选形式中，所述第一密封元件的所述嘴部与所述第二密封元件的所述嘴部沿着所述保持件的纵轴对齐。
附图说明
图1是用于对控制阀执行水压试验的传统固定装置的横截面视图。
图2是根据本发明的示例的教导而构造的、与流体流动控制设备的第一示例组合来使用以在各温度和压力下执行对流体流动控制设备的测试的组件的横截面视图。
图3是图2中左下部分的放大的部分横截面视图。
图4是图2和图3中的组件的横截面视图，但是该组件与流体流动控制设备的第二示例组合来使用，以在各温度和压力下执行对流体流动控制设备的测试。
图5是图4中左下部分的放大的部分横截面视图。
具体实施方式
本公开内容针对一种用于在流体流动控制设备的操作之前在大范围的温度和压力内测试流体流动控制设备的组件。该组件一方面能够用于使用在室温下(即，大约70华氏度)的一种或多种流体(例如，水、油)对流体流动控制设备执行水压试验。同时，组件200能够用于使用在较高温度(例如，超过70华氏度的温度、超过450华氏度的温度、超过1000华氏度的温度)下或具有较高温度的、在极低温度(例如，低于32华氏度的温度、低于0华氏度的温度、制冷温度)下或具有极低温度的、和/或经受高压和显著压降的一种或多种流体(例如，蒸汽、液体)对流体流动控制设备执行启动测试。
图2例示了根据本公开内容的原理而构造的组件200的一个示例。在图2中，组件200耦接到流体流动控制设备204以用于对流体流动控制设备204进行启动测试，该流体流动控制设备在本示例中采用滑动阀杆式控制阀的形式(例如，由艾默生过程管理公司制造的TBX蒸汽调节阀)。在其它示例中，组件200可以替代地结合不同类型的滑动阀杆式控制阀(例如同样由艾默生过程管理制造的CVX蒸汽调节阀)、不同类型的控制阀(例如，旋转控制阀、隔离阀等等)或者完全不同类型的流体流动控制设备来使用。还将意识到，可想到组件200可以替代地用于在启动后(即，初始操作后)以例如定期测试间隔执行对流体流动控制设备204的测试。
如图2中所例示的，控制阀204包括阀体208和设置在阀体208中的阀座212。尽管在图2中仅部分可见，但阀体208限定了入口端口、出口端口、以及在入口端口与出口端口之间延伸的流体流动路径216。阀座212在本示例中采用焊接到阀体208的一部分的环形阀座环的形式，但将意识到，该阀座可以采用其它形式和/或可以螺纹连接、螺栓连接、夹紧或者以其它方式固定到阀体208。阀座212限定了孔口220，流体流动路径216通过该孔口(并且当阀204在操作时流体流动通过该孔口)。如本示例中，组件200用于对流体流动控制设备204执行启动测试，图2中所例示的流体流动控制设备204不包括阀笼、阀塞、或者阀杆；替代地，这些部件(以及任何其它期望的部件，例如，致动器、扩散器)在完成启动测试后并且在将组件200从设备204移除后耦接到流体流动控制设备204。
如图2和图3中所例示的，组件200包括保持件250和密封组件254，该密封组件254耦接到保持件250的一部分，并且被保持件250保持在适当位置。保持件250具有基本上环形的本体258和在保持件250的第一端266处向外延伸的环形法兰262。法兰262设置或落座在阀体208的环形肩部270上，其中基本上环形的本体258向下延伸或悬挂(至少当在图2中查看时)到阀体208的内部，以使得保持件250的与第一端266相对的第二端274紧邻阀座212设置。密封组件254通常在邻近保持件250的第二端274的位置处耦接到保持件250。更具体来说，密封组件254经由邻近保持件250的第二端部274限定或形成在保持件250中的凹陷部或格兰头(gland)来螺接到保持件250的外表面276。因为保持件250的第二端274紧邻阀座212设置，因此密封组件254也紧邻阀座212设置(如图2和图3中所例示的那样)。
现在参照图3，密封组件254包括第一密封元件278、第二密封元件282、和设置在第一密封元件278与第二密封元件282之间的间隔件286。第一密封元件278采用C-密封件290的形式，该C-密封件由能够承受大范围的温度和压力的耐腐蚀的金属(举例来说，例如N07718(Inconel 718))制成。C-密封件290邻近保持件250的肩部部分294螺接到保持件250的外表面276，其中C-密封件290的嘴部298面对第一方向(在这种情形下，向下朝向入口端口)。第二密封元件282采用C-密封件302的形式，该C-密封件302也由能够承受大范围的温度和压力的耐腐蚀的金属(举例来说，例如N07718(Inconel 718))制成。类似于C-密封件290，C-密封件302螺接到保持件250的外表面276，但是螺接到保持件250以使得C-密封件302的嘴部306面对与第一方向相对的第二方向(在这种情形下，向上朝向保持件250的第一端266)。换言之，C-密封件290、302(至少在本示例中)在相对的方向上定向。然而，C-密封件290、302沿着共同的纵轴308彼此对齐。
间隔件286具有顶表面310和底表面314，该顶表面310紧邻C-密封件290设置(例如，与其接触)，该底表面314与顶表面310相对，并紧邻C-密封件302设置(例如，与其接触)。间隔件286还包括穿过其钻取或者以其它方式形成的一个或多个孔，以将压力导入(route)到C-密封件290和/或C-密封件302，以便辅助密封。在本示例中，间隔件286包括一对孔318A、318B，这些孔被布置为有助于C-密封件290和C-密封件302之中或之间的平衡压力分布。孔318A沿着纵轴308延伸，而另一个孔318B沿着垂直于纵轴308而定向的水平轴322延伸。
将意识到，保持件250可以在形状、尺寸、和/或构造方面进行改变，和/或可以以不同的方式耦接到阀体208。例如，除了法兰262设置或落座在阀体的肩部270上，或者作为其替代，保持件250可以螺接、螺栓连接、或者以其它方式固定到阀体208。密封组件254还可以或替代地在形状、尺寸、和/或构造方面进行改变，和/或可以以不同的方式耦接到保持件250。作为示例，第一密封元件278和/或第二密封元件282可以采用E型密封环、U型密封环、和/或某些不同形状的金属密封环的形式。作为另一个示例，密封组件254可以包括多于两个的密封元件。作为进一步的示例，例如，当只要求单向关闭时，密封组件254可以只包括一个密封元件(第一密封元件278或第二密封元件282)；在这种情况下，组件200可以或者可以不包括间隔件286，并且如果包括该间隔件286，则间隔件286可以或者可以不包括孔318A和/或318B。
在任何情况下，当密封组件254耦接到保持件250，并且保持件250耦接到阀体208时，密封组件254中的元件(第一密封元件278、第二密封元件282、和间隔件286)被设置在保持件250的外部部分276与阀座212的径向向内延伸的表面324之间。如此布置，当对控制阀204执行启动测试，并且流体和/或压力经由入口端口或出口端口流到控制阀204中时，密封组件254提供双向密封，该双向密封防止上游和下游的流体和压力。有利地，如上面所讨论的，密封组件254跨在操作之前适当地测试控制阀204所需要的大范围的温度和压力提供了这种密封。更具体来说，当使用在大范围的温度下或者具有大范围的温度(包括极低温度(例如，制冷温度)、极高温度(例如，超过450华氏度的温度、超过1000华氏度的温度、超过1200或1250华氏度的温度)、其它温度(例如，这些温度之间的温度))、并经受大范围的压力(包括非常低的压力、非常高的压力、和大压力变化或压降)的流体来执行启动测试时，密封组件254提供了这种密封。当对控制阀204执行启动测试时，因此可以使用相同的密封组件254，由此消除对附加设备的需求。
如上面简要讨论的，当控制阀204的最终用户已经完成了启动测试时，组件200可以被容易并快速地从控制阀204的阀体208移除。转而，阀笼、阀塞、和阀杆、以及任何其它期望的部件可以被安装在控制阀204内。一旦安装，那些部件将以已知的方式进行操作，因此进一步的细节在此不进行讨论。
最后，尽管为了对控制阀204执行启动测试的目的而使密封组件254结合组件200来实施，但将意识到，为了在控制阀204是可操作时在约-325华氏度与约1100华氏度之间的全温度范围内实现双向密封的目的，密封组件254可以被并入到控制阀204的阀笼或阀塞中。
图4和图5描绘了耦接到流体流动控制设备204的组件200，该流体流动控制设备204基本上类似于，但稍稍不同于图2和图3中的流体流动控制设备，其中使用共同的附图标记来描绘共同的部件。不像图2和图3中的流体流动控制设备204，其中，阀座环212焊接到阀体208，在图4和图5中示出的流体流动控制设备204中，使用多个螺钉350将阀座环212螺栓连接到阀体208。因此，在本示例中采用环形垫圈形式的密封元件354被布置在阀体208与阀座环212的相对表面之间，以便实现阀体208和阀座环212之间的密封。

Claims (24)

1.一种用于对流体流动控制设备执行启动测试的组件，所述流体流动控制设备具有阀体和阀座，所述阀体限定入口、出口、以及在所述入口与所述出口之间延伸的流体流动路径，所述阀座设置在所述阀体内并限定孔口，所述流体流动路径通过所述孔口，所述组件包括：
保持件，所述保持件适于设置在所述阀体中；以及
密封组件，所述密封组件耦接到所述保持件的一部分，并适于被设置为邻近所述阀座，所述密封组件包括一个或多个密封元件，所述一个或多个密封元件被配置为在约-325华氏度与约1250华氏度之间的工作温度下的启动测试期间提供密封。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述密封组件在邻近所述保持件的端部处螺接到所述保持件。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述密封组件包括第一密封元件、第二密封元件、以及设置在所述第一密封元件与所述第二密封元件之间的间隔件。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述第一密封元件和所述第二密封元件被布置为在水压试验期间实现双向密封。
5.根据权利要求3或4所述的组件，其中，所述第一密封元件包括第一C-密封件，并且所述第二密封元件包括第二C-密封件。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的组件，其中，所述第一密封元件面对第一方向，并且所述第二密封元件面对与所述第一方向相对的第二方向。
7.根据权利要求6所述的组件，其中，所述第一密封元件的嘴部面对所述第一方向，并且所述第二密封元件的嘴部面对所述第二方向。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述第一密封元件和所述第二密封元件中的每个密封元件的所述嘴部都面对所述间隔件。
9.根据权利要求7或8所述的组件，其中，所述第一密封元件的所述嘴部与所述第二密封元件的所述嘴部沿着共同的纵轴对齐。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的组件，其中，所述间隔件包括一个或多个孔，所述一个或多个孔被配置为在所述启动测试期间有助于朝向所述第一密封元件和/或所述第二密封元件的压力流动。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的组件，其中，所述间隔件被设置为与所述第一密封元件和所述第二密封元件中的每个密封元件接触。
12.一种流体流动控制设备，包括：
阀体，所述阀体限定入口、出口、以及在所述入口与所述出口之间延伸的流体流动路径；
阀座，所述阀座设置在所述阀体内并限定孔口，所述流体流动路径通过所述孔口；以及
组件，所述组件被配置为可移除地耦接到所述流体流动控制设备，以便对所述流体流动控制设备执行启动测试，所述组件包括：
保持件，所述保持件适于设置在所述阀体中；以及
密封组件，所述密封组件耦接到所述保持件的一部分，并适于被设置为邻近所述阀座，所述密封组件包括一个或多个密封元件，所述一个或多个密封元件被配置为在约-325华氏度与约1250华氏度之间的工作温度下的启动测试期间提供密封。
13.根据权利要求12所述的流体流动控制设备，其中，所述密封组件在邻近所述保持件的端部处螺接到所述保持件。
14.根据权利要求12或13所述的流体流动控制设备，其中，所述密封组件包括第一密封元件、第二密封元件、以及设置在所述第一密封元件与所述第二密封元件之间的间隔件。
15.根据权利要求14所述的流体流动控制设备，其中，所述第一密封元件和所述第二密封元件被布置为在所述启动测试期间实现双向密封。
16.根据权利要求14或15所述的流体流动控制设备，其中，所述第一密封元件包括第一C-密封件，并且所述第二密封元件包括第二C-密封件。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的流体流动控制设备，其中，所述第一密封元件面对第一方向，并且所述第二密封元件面对与所述第一方向相对的第二方向。
18.根据权利要求17所述的流体流动控制设备，其中，所述第一密封元件的嘴部面对所述第一方向，并且所述第二密封元件的嘴部面对所述第二方向。
19.根据权利要求18所述的流体流动控制设备，其中，所述第一密封元件和所述第二密封元件中的每个密封元件的所述嘴部都面对所述间隔件。
20.根据权利要求18或19所述的流体流动控制设备，其中，所述第一密封元件的所述嘴部与所述第二密封元件的所述嘴部沿着所述保持件的纵轴对齐。
21.根据权利要求14至20中任一项所述的流体流动控制设备，其中，所述间隔件包括一个或者多个孔，所述一个或多个孔被配置为在所述启动测试期间有助于朝向所述第一密封元件和/或所述第二密封元件的压力流动。
22.根据权利要求14至20中任一项所述的流体流动控制设备，其中，所述保持件被设置为与所述第一密封元件和所述第二密封元件中的每个密封元件接触。
23.一种对流体流动控制设备进行启动测试的方法，所述流体流动控制设备具有阀体和阀座，所述阀体限定入口、出口、以及在所述入口与所述出口之间延伸的流体流动路径，所述阀座设置在所述阀体内并限定孔口，所述流体流动路径通过所述孔口，所述方法包括：
将组件耦接到所述流体流动控制设备，所述组件包括保持件和密封组件，所述保持件耦接到所述阀体的一部分，所述密封组件耦接到所述保持件的一部分，所述密封组件包括一个或多个密封元件；
当所述组件耦接到所述流体流动控制设备时，在约0华氏度与约200华氏度之间的工作温度下执行所述启动测试的第一部分；
当所述组件耦接到所述流体流动控制设备时，在以下温度中的一个的工作温度下执行水压试验的第二部分：(i)约450华氏度与约1250华氏度之间以及(ii)-325华氏度与约-100华氏度之间，所述第二部分在所述第一部分之后执行；以及
将所述组件从所述流体流动控制设备移除。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述密封组件包括第一密封元件、第二密封元件、以及设置在所述第一密封元件与所述第二密封元件之间的间隔件。
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