JP7220779B2

JP7220779B2 - 内部弁トランスミッタフランジ

Info

Publication number: JP7220779B2
Application number: JP2021512238A
Authority: JP
Inventors: リーエザリッジ，マシュー; トーマスストロス，トレバー
Original assignee: ローズマウントインコーポレイテッド
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2023-02-10
Anticipated expiration: 2039-06-19
Also published as: EP3857102A1; CN110967140B; CN110967140A; US20200102973A1; CN209570288U; WO2020068197A1; US11067196B2; JP2021535986A

Description

本開示は、内部ドレン弁構成を有する圧力トランスミッタフランジに関する。より具体的には、本開示は、従来の外部弁よりも損傷を受けにくい、作動圧力を高くした弁を提供することに関わる。

圧力トランスミッタの従来のコプレーナ型フランジの既存設計は外部ドレンベント弁を使用するが、プロセス漏洩のおそれがあり、溶接した弁座で約２１，０００ポンド毎平方インチ（ＰＳＩ）までの破壊圧力の能力しかない。プロセス圧力が高くなり続けたため、より高い圧力定格が求められている。また、既存の弁構成はフランジに溶接されており、特に繰り返し使用後に、破裂故障する可能性がある。

一実施形態では、トランスミッタフランジは、弁座と雌ねじとを有する弁開口部をその中に有するフランジボディを含む。内部弁は、弁開口部に保持されるように構成される。内部弁は、弁開口部に内部弁を保持するために、雌ねじにねじ込むように構成される雄ねじを有する。

別の実施形態において、トランスミッタフランジは、弁座を有する弁開口部をその中に有するフランジボディと、弁開口部に保持されるように構成される内部弁とを含む。保持リングは、内部弁を開口部内により深く保持するために、弁開口部にねじ込むように構成される。

本概要および要約は、以下の詳細な説明で詳しく説明する概念の抜粋を簡潔な形で紹介するために提供される。本概要および要約は、請求項に係る発明の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものでも、請求項に係る発明の範囲を決定する一助として使用されることを意図するものでもない。

外部ドレン弁フランジ構成の断面図である。外部ドレン弁構成の損傷したボールの図である。外部ドレン弁構成の無傷なボールの図である。圧力トランスミッタの所定の位置にある外部ドレン弁のフランジの斜視図である。外部ドレン弁フランジの溶接部のより詳細な図である。損傷した外部ドレン弁の図である。本開示の実施形態による内部ドレン弁およびフランジの断面図である。本開示の実施形態による内部ドレン弁、フランジ、および保持リングの分解斜視図である。本開示の実施形態による保持リングの断面図である。本開示の実施形態による２つの異なるベント／ドレン穴を示す断面図である。本開示の実施形態による内部弁を有するフランジの上面図である。外部弁を有するフランジの上面図である。本開示の実施形態による内部弁を有するコプレーナ型フランジの斜視図である。本開示の実施形態による内部圧力付勢弁構成を備えるフランジの側断面図である。図１０Ａのフランジの斜視図である。図１０Ａの実施形態で使用される弁棒の側断面図である。本開示の別の実施形態による内部弁の側断面図である。

図１は、既存の弁棒および弁座アセンブリ１００の断面図である。アセンブリ１００は、フランジ１０４に外部弁１０２を備える。外部弁１０２は、弁座１０６と弁棒ボディ１０８とを備える。弁１０２は、弁座１０６と弁棒ボディ１０８との間の位置に圧着される弁ボール１１０（通例、３１６ＳＳＴなどのステンレススチール）を有する。弁棒ボディ１０８が締め付けられるとき、弁ボール１１０は弁座１０６を塑性変形させて、丸い形のシールを形成する。弁ボール１１０が弁座１０６を変形させると、特に弁ボール１１０に接触する弁棒ボディ１０８の部分１０９にバリまたは他の尖った箇所が存在する場合、弁ボール１１０に押し当たる弁棒ボディ１０８の部分１０９が弁ボール１１０に切り込む可能性がある。弁棒ボディ１０８を十分に締め付けていても、切り込みまたは引っ掻き傷がプロセス漏洩をもたらす可能性がある。また、使用とともに、特にたくさん使用した後は、弁ボール１１０がすり減ることがあり、やはり潜在的なプロセス漏洩につながる可能性がある。弁ボール１１０の切り込みまたは引っ掻き傷２００を、図２Ａにより詳細に図示する。無傷の弁ボール１１０を、図２Ｂに図示する。

図３は、圧力トランスミッタ３００の所定の位置に外部弁１０２を有するフランジ１０４を示す。弁１０２などの外部弁は、弁１０２とフランジ１０４との間の溶接継手３０４の溶接部３０２でフランジ１０４に溶接されている（図１も参照）。代表的な溶接部３０２の拡大図を、図４Ａにより詳細に示している。溶接されたベントドレン弁１０２を備えるフランジ１０４を有するトランスミッタ３００は、弁１０２、フランジ１０４、およびトランスミッタ３００の結合における弱連結部である溶接継手によって、作動圧力が制限される。静水圧試験中、溶接された弁１０２の継手３０４は、システム１００の中で最初に破損する構成要素となる。典型的な弁溶接部３０２は、約２１，０００ポンド毎平方インチ（ＰＳＩ）の圧力で溶接継手が破損する。溶接部３０２のこのような破損が生じると、その結果生じる圧力解放が弁棒ボディ１０８またはその一部、および溶接材料の飛び出しを引き起こす可能性がある。この種の破損は高速飛翔体になり、非常に危険な場合がある。弁１０２の飛翔体部４００を、図４Ｂに図示する。溶接破損が４０２に生じている。

最近のプロセス圧力は、２４，０００ＰＳＩまたはそれ以上に達することがある。典型的な溶接ソリューションでは、この圧力において安全および信頼性を提供することはできない。

本開示の実施形態による内部弁フランジ５００を、図５Ａおよび図５Ｂに示す。フランジ５００は、圧力トランスミッタフランジで使用される内部ドレン弁に向けられている。本開示の実施形態による内部弁ソリューションは、弁の信頼性を改善させ、圧力定格を向上させる。内部弁フランジの実施形態は、溶接を使用せず、シールを施すために使用される部品の量を減らし、追加の安全機能を提供し、標準的な六角アレンレンチを用いて設置しやすい。

フランジ５００は、フランジボディ５０２と、フランジボディ５０２の内部にある内部弁棒５０４と、内部弁棒５０４をフランジボディ５０２内に保持するように構成される保持リング５０６とを備える。フランジボディ５０２は、内部弁棒５０４を収容する大きさに形成された開口部５０８を有し、開口部内に弁座５１０を有する。フランジボディ５０２および内部弁棒５０４はそれぞれ金属製で、フランジボディ５０２と内部弁棒５０４との間の境界面は、内部弁棒５０４の着座面５１１と弁座５１０との間の金属同士のシールである。このようなシールは、開口部５０８のプロセス圧力保持エリア５２０に、ボール１１０などのボールがなく、漏洩を生じさせるほどの著しい塑性変形がなく、図１に図示するボール弁よりも高い圧力を含む幅広い圧力範囲で漏れのない緊密シールを提供する。

一実施形態において、フランジボディ開口部５０８は、内部弁棒５０４を螺合して収容するために、雌ねじがねじ切られている。この実施形態では、内部弁棒５０４は、内部弁棒５０４を開口部５０８内に固定するために、雌ねじにねじ込む雄ねじを有する。一実施形態における内部弁棒５０４は、内部弁棒を開口部５０８にねじ込むために標準的な六角アレンレンチも使用できるように、六角開口部を含む。一実施形態において、開口部５０８は、内部弁棒５０４が弁座５１０に着座するときにフランジ開口部５０８に埋め込まれるような大きさに形成される。埋め込まれた内部弁棒は、弁が作動中に意図せず動くことを防止する。

一実施形態において、フランジ開口部５０８は、弁棒５０４を所定の位置で保持するための保持リング５０６を螺合して収容するために、さらに深くねじ切りされる。この実施形態では、弁棒５０４は開口部５０８にねじ込むことはできないが、保持リング５０６で保持される。あるいは、弁棒５０４は開口部５０８にねじ込むことができ、ねじ切りされた保持リング５０６によってより深く保持される。

保持リング５０６のさらなる詳細を図６に示す。一実施形態において、保持リング５０６は、開口部５０８の雌ねじ５１２と合致する雄ねじ５１４と、六角開口部５１６と、内部弁棒開口部５１８とを有する。内部弁棒開口部５１８は、開口部５１８に、保持リング５０６がフランジ開口部５０８にねじ込まれるときに内部弁棒５０４が押し当てられて保持されるリップ５２２を有する。一実施形態では、保持リング５０６をフランジ開口部５０８内に締め付けるために標準的な六角アレンレンチを使用できるように、六角開口部５１６が構成される。本開示の範囲から逸脱することなく、他の締付け形状を使用できることが理解されるべきである。内部弁棒５０４がねじ切りされる場合、弁は保持リング５０６が所定の位置になくても作動させることができる。

内部弁棒５０４は、弁座５１０でフランジ５０２と密着する。フランジ５００のプロセス圧力保持エリアは、シールのエリア５２０に依存する。プロセス圧力を保持する弁の表面積は、図１の弁のものから著しく減少し、そのため、プロセス圧力によって弁にかかる力も減少する。図１に戻ると、そこに図示される外部弁ソリューションは、１２０で示されるプロセス圧力保持エリアを有する。このプロセス圧力保持エリア１２０は、フランジ５００で示されるプロセス圧力保持エリアよりも著しく大きい。

図１に図示するものなどの典型的な外部弁対図５Ａおよび図５Ｂに図示する内部弁の圧力および面積を表１に示す。外部弁の場合、圧力保持エリア１２０は約０．４２３ｉｎ^２である。プロセス圧力が２０，０００ＰＳＩだと、その圧力による力はほぼ８．５００ポンド・フィート（ｌｂｆ）である。この圧力は、０．１２７ｉｎ^２の溶接面積にわたり溶接部に直接応力を加える結果、溶接部に６６，６００ＰＳＩがかかる。典型的な強度の溶接部はこのような圧力を保持するのに十分ではなく、破損しやすい。

対して、圧力保持エリア５２０は約０．０２８ｉｎ^２である。２０，０００ＰＳＩの同じプロセス圧力では、圧力による力は約５６０ｌｂｆである。図５Ａおよび図５Ｂの実施形態において、内部弁棒５０４もしくは保持リング５０６のねじ、またはその組み合わせがこの圧力を受ける面積である。ねじの面積が約０．０５８ｉｎ^２では、ねじにかかる応力は約９，７００ＰＳＩに減少する。

一実施形態において、フランジ５００の材料は３１６ＳＳＴから作られ、部品の降伏強さは約６５，０００ＰＳＩとなる。圧力計算に基づくと、２０，０００ＰＳＩのプロセス圧力で、外部弁の設計は降伏し始める（６６，６００ＰＳＩ＞６５，０００ＰＳＩ）。フランジ内部弁の実施形態は、降伏点をはるかに下回ったままである（９，７００ＰＳＩ＜６５，０００ＰＳＩ）。本開示の実施形態は、外部の溶接弁およびフランジよりも高い作動圧力限界をもちながら、部品数、複雑さも減じ、より単純な設備を提供する。

一実施形態において、内部弁フランジ５００には、図５に図示されるフランジボディ５０２内に、および図７の左側の弁に、ベント／ドレン穴５３０が設けられている。あるいは、ベント／ドレン穴５４０が、図７の右側の弁７０４に図示される内部弁棒５０４に設けられる。

フランジ５００などのフランジの上面図を、図８Ａに示す。図１の典型的な外部弁フランジの上面図を、図８Ｂに示す。図８Ａのフランジの方が平滑で、落下等による損傷を受けるおそれのある外部部品がない。

図９に図示するように、本開示の実施形態は、コプレーナ型フランジ９００とともに使用することができる。この実施形態では、コプレーナ型フランジとともに使用される雄ねじ付きベント／ドレン弁を、本明細書で説明する雌ねじ付き弁と取り替えてもよい。

図１０Ａおよび図１０Ｂにそれぞれ側断面図および斜視図で図示するように、本明細書で説明するもののような内部弁は、従来のフランジの底部から排出するために使用することができる。フランジ１０００は、フランジボディ１００２の開口部１００８に内部弁棒１００４を有し、保持リング１００６で保持される。この実施形態は、フランジ１０００でそのままプロセス接続が利用できる。この実施形態の弁は、図１０Ｃに図示するように、プロセス圧力１０５０に曝される比較的大量の表面積１０２０を有する。棒に外側／下側の力を及ぼすプロセス圧力がかかり、棒１００４を着座面１０１１で弁座１０１０に押圧する。

非回転弁棒部１１０５および回転弁棒継手１１０７を備える弁棒１１０４の別の実施形態を、図１１に示す。非回転弁棒部１１０５は、本明細書で述べる弁座５１０、１０１０などの弁座に当接する着座面１１１１を有する。非回転弁棒１１０５は、軸１１５０に対して回転しない。回転弁棒継手１１０７は、継目１１１３で非回転弁棒部１１０５に回転可能に連結されている。回転弁棒継手１１０７は、弁棒１１０４を本明細書で述べる開口部５０８，１００８などの開口部にねじ込むためにねじ切りされている。設置中、非回転弁棒部１１０５は軸１１５０に沿って移動するが、軸１１５０に対して回転しない。これにより着座面１１１１の潜在的な摩耗が減る。

本発明を好適な実施形態を参照して説明してきたが、当該技術分野における当業者は、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において変更がなされ得ることを認識するであろう。

５００フランジ
５０２フランジボディ
５０４内部弁棒（内部弁）
５０６保持リング
５０８開口部（弁開口部）
５１０弁座
５１１着座面
５２０圧力保持エリア

Claims

弁座および雌ねじを有する弁開口部をその中に有するフランジボディと、
前記弁開口部に保持されるように構成される内部弁であって、前記内部弁は、前記弁開口部に前記内部弁を保持するために、前記雌ねじにねじ込まれるように構成される雄ねじを有する内部弁と、
前記内部弁を前記弁開口部により深く保持するために、前記弁開口部にねじ込まれるように構成される保持リングと、を備え、
前記保持リングは、前記保持リングがフランジ開口部にねじ込まれたときに前記内部弁を保持するためのリップが形成された内部弁開口部を含む
トランスミッタフランジ。
前記弁開口部はフランジボディの側面にある請求項１のトランスミッタフランジ。
前記内部弁は弁着座面を有し、前記弁着座面および前記弁座は金属製で、その間に、前記内部弁が前記弁開口部に保持されるときに金属同士のシールを形成する請求項１のトランスミッタフランジ。
前記内部弁は、前記フランジボディの面に埋め込まれてその中に保持される請求項１のトランスミッタフランジ。
前記フランジボディはコプレーナ型フランジである請求項１のトランスミッタフランジ。
前記内部弁はその中にドレン穴が機械加工されている請求項１のトランスミッタフランジ。
前記フランジボディは、その中の、前記弁開口部と前記フランジボディの外面との間にドレン穴が機械加工されている請求項１のトランスミッタフランジ。
前記内部弁の弁棒は、
前記弁座に係合するように構成される着座面を有し、前記弁開口部に摺動して係合される非回転弁棒部と、
前記非回転弁棒部に回転可能に連結されて、ねじ付き弁開口部に保持するためにねじ切りされている回転弁棒継手と、
を備える請求項１のトランスミッタフランジ。
前記弁開口部は前記フランジボディの中心を通る請求項１のトランスミッタフランジ。
前記内部弁は、前記フランジボディがプロセスに連結されているとき、弁棒上のプロセス流体によって圧力付勢される弁棒を有するように構成される請求項９のトランスミッタフランジ。
前記内部弁は、前記内部弁を前記弁開口部にねじ込みやすくするように構成される六角開口部を有する請求項１のトランスミッタフランジ。
弁座を有する弁開口部をその中に有するフランジボディと、
前記弁開口部に保持されるように構成される内部弁と、
前記内部弁を前記弁開口部により深く保持するために、前記弁開口部にねじ込まれるように構成される保持リングと、を備え、
前記保持リングは、前記保持リングがフランジ開口部にねじ込まれたときに前記内部弁を保持するためのリップが形成された内部弁開口部を含む
トランスミッタフランジ。
前記保持リングは、前記保持リングを前記弁開口部にねじ込みやすくするように構成される六角開口部を備える請求項１２のトランスミッタフランジ。
前記弁開口部は前記フランジボディの側面にある請求項１２のトランスミッタフランジ。
前記内部弁は弁着座面を有し、前記弁着座面および前記弁座は金属製で、その間に、前記内部弁が前記弁開口部に保持されるときに金属同士のシールを形成する請求項１２のトランスミッタフランジ。
前記内部弁は、前記フランジボディの面に埋め込まれてその中に保持される請求項１２のトランスミッタフランジ。
前記フランジボディはコプレーナ型フランジである請求項１２のトランスミッタフランジ。
前記内部弁はその中にドレン穴が機械加工されている請求項１２のトランスミッタフランジ。
前記フランジボディは、その中の、前記弁開口部と前記フランジボディの外面との間にドレン穴が機械加工されている請求項１２のトランスミッタフランジ。