CN203176417U

CN203176417U - 一种煤层气开采井口套压调节阀

Info

Publication number: CN203176417U
Application number: CN 201320158300
Authority: CN
Inventors: 王锡金; 王玉田; 缪亚光; 李鹏
Original assignee: WEIKETUO VALVE GROUP Co Ltd
Current assignee: WEIKETUO VALVE GROUP Co Ltd
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2023-04-01

Abstract

本实用新型公开了一种煤层气开采井口套压调节阀，包括阀盖、阀体、阀座、阀杆、蜗轮传动箱和手轮，其中，阀盖装配在阀体上，阀盖和阀体内部对称安装有一对阀座，阀座之间安装有球体，球体上安装有阀杆的一端，阀杆的另一端与蜗轮传动箱相连，蜗轮传动箱上安装有用于驱动蜗轮转动的手轮，蜗轮传动箱采用连接盘连接阀盖和阀体；本实用新型的煤层气开采井口套压调节阀对于小开度流量的调节精准、易操作、效率高；套压控制稳定；可以自动保存设定的井口套压；不会由于管道震动产生设定数据变化；阀门寿命长，密封有可靠保证。

Description

一种煤层气开采井口套压调节阀

技术领域

本实用新型属于管道流体控制阀门领域，具体涉及一种煤层气开采井口套压调节阀。

背景技术

在国际能源局势趋紧的情况下，作为一种优质高效清洁能源，煤层气的大规模开发利用前景诱人，属于国家重点发展的能源项目。然而当今煤层气开采用设备还处于摸索期，很多传统设备还不能很好的满足开采工艺的需求。其采气的主要设备压力调节控制阀存在着很多问题，直接影响着气井寿命、生产效率，存在开采过程中的资源浪费。在煤层气开采工艺中主要的难点是：对于套压的精确控制和对于小开度流量的准确调整、控制。

当今国内外所使用的压力调节控制阀主要采用针型阀结构。由于针型阀结构采用的是螺纹传动调节阀瓣开启高度来调节输出流量的调节方式，在实际使用过程中存在以下问题：（1）当采气工艺需要输出流量以极小的数值增加（约50立方米/天）时，针型阀基本做不到；（2）当输出流量达到1000立方米/天以上，针型阀的可控调节范围变得更大，基本不能满足工艺的需要；（3）由于采用的螺纹传动调节结构，在管道的工作震动过程中，调节好的数值很难得到保持；（4）由于煤层气中不可避免含有煤灰等硬质颗粒，堆积在密封面上后，在阀的关闭过程中常常损坏密封面，由于密封失效而更换阀门；（5）螺纹传动用的螺杆，由于带压开关和材质为调质钢的缘故，在转动过程中磨损很快，因此造成螺纹中径间隙加大，自锁性能降低或失效而更换阀门。

随着煤层气开采工艺的发展，现在采用的针型阀越来越不能满足采气工艺的需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种煤层气开采井口套压调节阀，针对煤层气开采时所涉及的特殊工艺要求，能实现精确控制井口套压及产气流量

为了实现上述任务，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种煤层气开采井口套压调节阀，包括阀盖、阀体、阀座、球体、阀杆、蜗轮传动箱和手轮，其中：

所述的球体上加工有阀杆安装孔，在球体4的与阀杆安装孔轴线相垂直的一侧截去球冠的平面上垂直加工有圆形孔，在球体的另一侧加工有与圆形孔相通的节流孔，所述的节流孔由V形节流孔和矩形节流孔组成，V形节流孔和矩形节流孔相连，V形节流孔的高度和矩形节流孔的长度相等，V形节流孔的底边长度和矩形节流孔的宽度相等；

阀盖装配在阀体上，阀盖和阀体内部对称安装有一对阀座，阀座之间安装有球体，球体的节流平面朝向阀盖，球体的阀杆安装孔上安装有阀杆的一端，阀杆的另一端与蜗轮传动箱相连，蜗轮传动箱上安装有用于驱动蜗轮转动的手轮，蜗轮传动箱采用连接盘连接阀盖和阀体；

所述的阀座和阀盖以及阀座和阀体之间分别安装有用于减震的高硬度蝶形弹簧，阀座的密封面加工为具有自洁功能的刮削结构密封面。

本实用新型还具有如下技术特点：

所述的蜗轮传动箱的蜗轮蜗杆传动比为37:1。

所述的蜗轮传动箱使用PID控制仪替换以实现自动化控制，PID控制仪采用型号为DY21AFI060P的PID控制仪，PID控制仪的输入端和安装在阀前的DY P210BS压力变送器连接，PID控制仪的输出端和型号为HLZ-40的阀门电动执行器连接，阀门电动执行器与阀杆相连。

所述的阀杆上安装有防静电装置。

所述的阀杆通过滑动轴承安装在阀盖和阀体上。

所述的阀座采用氟橡胶O型密封圈和柔性石墨密封环密封。

所述的阀杆采用氟橡胶O型密封圈和柔性石墨填料层密封。

本实用新型的煤层气开采井口套压调节阀对于小开度流量的调节精准、易操作、效率高；套压控制稳定；可以自动保存设定的井口套压；不会由于管道震动产生设定数据变化；阀门寿命长，密封有可靠保证。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是图1中的X处的局部放大图。

图3是图1中的Y处的局部放大图。

图4是球体的正视结构示意图。

图5是球体的左视结构示意图。

图6是球体的俯视结构示意图。

图7是自动化控制部分连接关系示意图。

图8是球体的开度和流量系数关系示意图。

图中各个标号的含义为：1-阀盖，2-阀体，3-阀座，4-球体，5-阀杆，6-蜗轮传动箱，7-手轮，8-氟橡胶O型密封圈，9-防静电装置，10-连接盘，11-压力变送器，12-PID控制仪，13-阀门电动执行器，31-密封面，32-柔性石墨密封环，33-蝶形弹簧，41-阀杆安装孔，42-圆形孔，43-节流孔，44-V形节流口，45-矩形节流口，51-滑动轴承，52-柔性石墨填料层。

以下结合附图和实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细地说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

遵从上述技术方案，如图1至图7所示，一种煤层气开采井口套压调节阀，其特征在于，包括阀盖1、阀体2、阀座3、球体4、阀杆5、蜗轮传动箱6和手轮7，其中：

所述的球体4上加工有阀杆安装孔41，在球体4的与阀杆安装孔41轴线相垂直的一侧截去球冠的平面上垂直加工有圆形孔42，在球体4的另一侧加工有与圆形孔42相通的节流孔43，所述的节流孔43由V形节流孔44和矩形节流孔45组成，V形节流孔44和矩形节流孔45相连，V形节流孔44的高度和矩形节流孔45的长度相等，V形节流孔44的底边长度和矩形节流孔45的宽度相等；

阀盖1装配在阀体2上，阀盖1和阀体2内部对称安装有一对阀座3，阀座3之间安装有球体4，球体4的节流平面44朝向阀盖1，球体4的阀杆安装孔41上安装有阀杆5的一端，阀杆5的另一端与蜗轮传动箱6相连，蜗轮传动箱6上安装有用于驱动蜗轮转动的手轮7，蜗轮传动箱6采用连接盘10连接阀盖1和阀体2；

所述的阀座3和阀盖1以及阀座3和阀体2之间分别安装有用于减震的高硬度蝶形弹簧33，阀座3的密封面31加工为具有自洁功能的刮削结构密封面。

球体4采用V形节流孔44和矩形节流孔45对半结合的调节结构，当阀杆5带动球体4旋转时，V形节流孔44与阀座3之间形成不同的开度，从而通过改变节流面积来实现流量与压力的调节。如图8所示，当套压调节阀由开启到开度50%时，V形节流孔44逐渐开放，流量系数呈百分比特征；当套压调节阀的开度由50%到全开时，矩形节流口45逐渐开放，流量呈线性特征。球体4在任意位置时即使在小流量的情况下，也可在整个调节范围内精确调控，适应了现场对高精度、大范围调节的要求。并且吸收球阀的优点，既具有自洁功能又可防止球体4卡死，特别适用于管线结垢冻结或介质中悬浮固体颗粒的场合。当阀门要求切断介质流通时，球体4和阀座3形成金属-金属密封副，可保证可靠的密封。圆形孔42的体积大于节流孔43的体积，以缓冲流体压力。

套压调节阀全开，过流面积为205mm²,套压调节阀开启到关闭,球体4角位移90°，球体4线性旋转位移42.5mm。当阀前压力1MPa(阀后压力为标准大气压)，套压调节阀全开时，最大流量154m³/h。

蜗轮传动箱6的蜗轮蜗杆传动比为37:1，蜗轮蜗杆的自锁性能高，输出性能稳定；手轮转动9.3圈阀门从关闭到全开，可调比大，实现了小调节率控制。

当用PID控制仪12替换蜗轮传动箱6时，可以方便的实现压力的自动控制。PID控制仪12采用型号为DY21AFI060P的PID控制仪，PID控制仪12的输入端和安装在阀前的DY P210BS压力变送器11连接，PID控制仪12的输出端和型号为HLZ-40的阀门电动执行器13连接；该电动执行器13和阀杆5连接。当PID控制仪12接收到压力变送器11的输入信号时，和设定的压力值进行比对后向电动执行器13输入端发出动作信号，电动执行器13驱动阀杆5转动，从而带动球体4转动达到改变节流口面积的目的；节流面积改变后会引起阀前压力发生变化，从而PID控制仪12会接收到新的输入信号，再经过比对-调节这样的不断循环，使阀前压力值稳定在设定压力值，误差在0.5%范围内。

阀杆5上安装有防静电装置9，可保证使用安全。

阀杆5通过滑动轴承51安装在阀盖1和阀体2上。

阀座3采用氟橡胶O型密封圈8和柔性石墨密封环32密封。

阀杆5采用氟橡胶O型密封圈8和柔性石墨填料层密封52。

阀体2采用A105，抗硫化氢处理。

球体4采用304渗氮处理，硬度大于60HRC。

阀座3采用304+STL，硬度大于48-52HRC,完全可以经受煤灰等硬固体颗粒磨损，使用寿命长，密封性能可靠，可达到零泄漏。

阀杆5采用2Cr13不锈钢调质材料，强度高；阀杆加装防静电装置。

实施例1：手动控制

逆时针转动手轮7，蜗轮传动箱6中的蜗轮机构带动阀杆5，阀杆5带动球体4作角位移。介质通过节流孔43进入圆形孔42，改变球体4角度，从而改变节流面积，实现压力或流量的改变和控制。此时，对照压力表或流量计，将套压调节阀的开度调整到合适的位置，达到所需要的控制参数的要求；当井口压力改变，对其进行微调，使输出参数稳定在要求的数值为止（蜗轮每转一圈球体角位移2.4°）。套压调节阀关闭：顺时针转动手轮，当蜗轮转动到起始位置，球体4处于关闭状态，套压调节阀关闭，介质不流通。

实施例2：自动控制

按照工艺要求，对PID控制仪12设定一个需要的压力数值，压力变送器11实时采集阀前压力信号，PID控制仪12通过对采样压力信号与设定压力值比对后输出控制信号，控制电动阀门执行器13带动球体4旋转，达到适合的开度，介质流通；经过PID控制仪12对采样信号和设定压力值进行不断比对，球体4进行不断的细微调整，将阀前压力稳定在设定的压力值；当压力发生变化时，PID控制仪12会立即通过电动阀门执行器13改变球体4的节流口大小，始终将井口套压值稳定在设定压力值范围。

本实用新型的套压调节阀很好地解决了采气工艺中套压、流量控制过程中的以下问题：

（1）小开度流量调节无法控制或不能实现，调节时人工效率低；

（2）套压控制不稳定；

（3）不能自动调节井口套压；

（4）煤灰等杂质损坏密封面；

（5）管道震动引起的已调节好的工艺数据失效。

Claims

1.一种煤层气开采井口套压调节阀，其特征在于，包括阀盖（1）、阀体（2）、阀座（3）、球体（4）、阀杆（5）、蜗轮传动箱（6）和手轮（7），其中：

所述的球体（4）上加工有阀杆安装孔（41），在球体（4）的与阀杆安装孔（41）轴线相垂直的一侧截去球冠的平面上垂直加工有圆形孔（42），在球体（4）的另一侧加工有与圆形孔（42）相通的节流孔（43），所述的节流孔（43）由V形节流孔（44）和矩形节流孔（45）组成，V形节流孔（44）和矩形节流孔（45）相连，V形节流孔（44）的高度和矩形节流孔（45）的长度相等，V形节流孔（44）的底边长度和矩形节流孔（45）的宽度相等；

阀盖（1）装配在阀体（2）上，阀盖（1）和阀体（2）内部对称安装有一对阀座（3），阀座（3）之间安装有球体（4），球体（4）的节流平面（44）朝向阀盖（1），球体（4）的阀杆安装孔（41）上安装有阀杆（5）的一端，阀杆（5）的另一端与蜗轮传动箱（6）相连，蜗轮传动箱（6）上安装有用于驱动蜗轮转动的手轮（7），蜗轮传动箱（6）采用连接盘（10）连接阀盖（1）和阀体（2）；

所述的阀座（3）和阀盖（1）以及阀座（3）和阀体（2）之间分别安装有用于减震的高硬度蝶形弹簧（33），阀座（3）的密封面（31）加工为具有自洁功能的刮削结构密封面。

2.如权利要求1所述的煤层气开采井口套压调节阀，其特征在于，所述的蜗轮传动箱（6）的蜗轮蜗杆传动比为37:1。

3.如权利要求1所述的煤层气开采井口套压调节阀，其特征在于，所述的蜗轮传动箱（6）使用PID控制仪（12）替换以实现自动化控制，PID控制仪（12）采用型号为DY21AFI060P的PID控制仪，PID控制仪（12）的输入端和安装在阀前的DY P210BS压力变送器（11）连接，PID控制仪（12）的输出端和型号为HLZ-40的阀门电动执行器（13）连接，阀门电动执行器（13）与阀杆（5）相连。

4.如权利要求1所述的煤层气开采井口套压调节阀，其特征在于，所述的阀杆（5）上安装有防静电装置（9）。

5.如权利要求1所述的煤层气开采井口套压调节阀，其特征在于，所述的阀杆（5）通过滑动轴承（51）安装在阀盖（1）和阀体（2）上。

6.如权利要求1所述的煤层气开采井口套压调节阀，其特征在于，所述的阀座（3）采用氟橡胶O型密封圈（8）和柔性石墨密封环（32）密封。

7.如权利要求1所述的煤层气开采井口套压调节阀，其特征在于，所述的阀杆（5）采用氟橡胶O型密封圈（8）和柔性石墨填料层（52）密封。