KR20240058626A - 시추 플랜트용 수압 파쇄 펌프 시스템의 고압용 플러그 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시추 플랜트용 수압 파쇄 펌프 시스템의 고압용 플러그 밸브에 관한 것으로, 상세하게는 유체의 공급을 위하여 인서트에 의해서 고정되는 플러그가 밸브 보디 내측에 형성됨을 특징으로 하고, 밸브 보디 상측으로 기어박스가 형성되며, 상기 기어 박스를 구동시켜 플러그 밸브를 개폐하는 핸들이 포함됨을 특징으로 하고, 기어박스와 밸브 보디는 플랜지를 이용하여 결합한 상태에서, 플랜지에 형성되는 볼트 공에 고정 볼트를 이용하여 쳬결됨을 특징으로 하고, 밸브 보디의 유체 유입구에 유니온 씰에 구비됨을 특징으로 하는 것으로, 본 발명과 같은 플러그 밸브는, 시추플랜트 수압파쇄 5,000 hp 펌프시스템 4”15,000 psi 플러그 밸브(Plug Valve)를 제공하는 효과가 있으며, 상기의 기술적 효과를 통하여, 수압파쇄를 통해 작업을 진행하는 세일가스 시추를 비롯하여, 수압파쇄 시스템로 운영되는 매니폴드 시스템, 블렌더 파이프라인, 산성파쇄장치, 모레제어라인, 시멘트 서비스, 매니폴드 트레일러, 웰트리킹 케미컬 작업에서, 밸브의 안정성과 밸브의 운영에서 안정된 핸들 토크 조정을 통해, 작업의 효율성을 높이는 효과가 있도록 한 것이다. 통한 가격 경쟁력을 가지는 효과가 있도록 한 것이다.

Description

시추 플랜트용 수압 파쇄 펌프 시스템의 고압용 플러그 밸브{Plug valve for high pressure in hydraulic fracturing pump systems for drilling plants}

본 발명은 시추 플랜트용 수압 파쇄 펌프 시스템의 고압용 플러그 밸브에 관한 것으로, 상세하게는 LT Plug Valve(Lubricated & Tapered Pocket Plug Valve)로서 공칭 내경(Nominal Bore Size)이 4 1/16"이며, 작동압력(Working Pressure) 15,000 psi이며, 본체 테스트 압력(Body Test Pressure)이 22,500 psi를 가지며, 해머 유니온 또는 API 후렌지(Hammer Union or API Flange)방식으로 연결되고, 기어 오퍼레이터 운영방식(Gear-Operator)을 갖는 플러그 밸브에 관한 것이다

공지된 바와 같이, '밸브'는 관로(管路)의 도중 또는 관 끝에 설치하여 관을 통과하는 유체의 차단 또는 유량이나 압력을 제어하는데 이용되는 것으로서 밸브의 개략적인 구조는 관의 도중 또는 관 끝에 결합하는 밸브 보디와, 밸브 보디에 결합되어 밸브 보디에 형성된 유로를 개폐하는 밸브체, 밸브체의 동작 과정에서 밸브 보디와 밸브체 간의 기밀 유지를 하는 밸브시트 등으로 구성된다.

밸브는 용도, 구조상의 형식 등에 따라 여러 가지로 분류 또는 호칭되는데, 대표적인 밸브의 종류를 살펴보면, 밸브 보디 내에 보디와 거의 같은 구경의 내부가 관통된 Ball을 삽입하여 핸들의 조작에 따라 관로를 개폐시키는 ① 볼 밸브(Ball Valve)와, 핸들의 작동에 의해 스핀들이 상하로 작동하여 시트를 개폐시키는 ② 글로브 밸브(Globe Valve)와, 콕(Cock)과 같은 형태로 원추형의 플러그를 보디 내부에서 90° 회전시켜 관로를 개폐시키는 ③ 플러그밸브(Plug Valve)와, 핸들의 조작에 따라 유로의 직각 방향에 설치된 밸브판 직선 운동하여 시트를 개폐시키는 ④ 게이트 밸브(Gate Valve)와, 원판상의 폐자(閉子)를 회전시킴에 따라 유로를 개폐하는 ⑤ 버터플라이 밸브(Butterfly Valve) 등이 있다.

한편, 기술과 산업이 날로 발전함에 따라서 유체의 유량이나 압력 등을 이용하는 각종 기계장치들의 사용이 증가하면서 유체를 안전하고 정밀하게 제어하기 위한 밸브의 중요성이 날로 부각되고 있다.

특히, 석유나 천연가스 등의 시추 시설의 경우에는 매우 높은 압력과 화학적 성분을 함께 가진 유체를 고압으로 분사하여 지층에 구멍을 뚫으면서 시추 작업을 수행하기 때문에 시추 시설에 사용되는 밸브의 경우에 높은 압력과 화학적 성분을 함께 가진 유체의 유량이나 압력의 제어를 위해서 높은 기밀성을 유지하면서 밸브의 개폐가 용이한 플러그밸브(Plug Valve)를 주로 사용하게 된다.

통상의 플러그 밸브는 밸브 보디를 개폐하는 플러그가 테이퍼형으로 되어 밸브보디 내부에 긴밀하게 밀착될 뿐만 아니라, 높은 압력과 화학적 성분(모래)에 견딜 수 있도록 밸브 보디 내부에 플러그의 테이퍼에 대응하는 시트를 설치 하거나, 밸브보디의 내면에 수지층을 형성하게 되는데, 대표적인 종래기술을 살펴보면 다음과 같다.

등록특허공보 제10-1930393호에는 '플러그 밸브'가 게제되어 있다.

상기의 발명은, 플러그 밸브의 사용에서 발생하는 디스크 마모를 방지할 수 있는 것으로, 플러그 간에 테이퍼형 단면 형상을 가지는 인서트를 설치하여, 윤활제수용부를 형성하여, 플러그의 원활한 회전 작동을 보장하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 공개특허공보 제10-2022-0122250호에는 '누설 방지 기능이 향샹된 플러그 밸브'가 게제되어 있다.

상기의 발명은, 밸브 내부에 형성되는 소성 면적의 수용공간과, 상기 수용공간을 가로지르는 유로를 통해, 밸브의 위치제어를 통하여, 유체의 유동에 의해 발생할 수 있는 플러그 부의 회전을 제한하는 것으로 유체의 누설을 차단하는 것을 특징으로 하고 있다.

그러나 상기의 발명은, 시추를 위한 요구되는 높은 압력을 제공하는 것에 미미점이 있다.

상기와 같이 공지된 발명이 가지는 기술적 미비점은, 기존의 석유보다 더 깊은 층에 존재하는 세일가스를 시추하는 작업에 적합하지 않으며, 시추작업에 사용되는 고압력 펌프를 이용한 수압 파쇄법을 운영한 세일가스 시추를 위한 고압 기자재 사용에 제한을 초래하여, 세일가스 시추를 위한 고압 기자재를 운용할 수 있는 플러그 밸브의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 종래의 플러그 밸브가 가지는 문제점을 개선하여, 플러그 밸브를 이용하여 세일가스 시추를 위한 수압파쇄용 고압 기자재를 운형할 수 있도록 하는 것을 발명의 목적으로 한다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하는 수단으로, 개선된 플러그 밸브를 제공한다.

본 발명에 따른 플러그 밸브는, 유체의 공급을 위하여 인서트에 의해서 고정되는 플러그가 밸브 보디 내측에 형성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플러그 밸브는, 밸브 보디 상측으로 기어박스가 형성되며, 상기 기어 박스를 구동시켜 플러그 밸브를 개폐하는 핸들이 포함됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플러그 밸브는, 기어박스와 밸브 보디는 플랜지를 이용하여 결합한 상태에서, 플랜지에 형성되는 볼트 공에 고정 볼트를 이용하여 쳬결됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플러그 밸브는, 밸브 보디의 유체 유입구에 유니온 씰이 구비됨을 특징으로 한다.

본 발명과 같은 플러그 밸브는, 시추플랜트 수압파쇄 5,000 hp 펌프시스템 4 1/16" 15,000 psi 플러그 밸브(Plug Valve)를 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 상기의 기술적 효과를 통하여, 수압파쇄를 통해 작업을 진행하는 세일가스 시추를 비롯하여, 수압파쇄 시스템(Hydraulic Fracturing System)으로 운영되는 매니폴드 시스템(Manifolds system), 블렌더 파이프라인(Blender Pipeline), 산성파쇄장치(Aciding Fracturing Unit), 모레제어라인(Sand Control Line), 시멘트 서비스(Cementing Service), 매니폴드 트레일러(Manifold Trailers), 웰트리킹 케미컬(Well Treating Chemical) 작업에서, 밸브의 안정성과 밸브의 운영에서 안정된 핸들 토크 조정을 통해, 작업의 효율성을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존 제품 대비 적은 부품 수로 인한 제품 공정의 간소화를 통한 가격 경쟁력을 가지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플러그 밸브의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 플러그 밸브의 제조 공정도

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

본 발명에 따른 플러그 밸브를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 플러그 밸브를 설명하는 측면도서, 핸들을 통해 동작하는 기어 박스와, 플러그가 내입된 바디로 구성됨을 알 수 있다.

첨부한 도 2는 플러그 밸브를 설명하는 정면도서, 바디 내측에 삽입된 플러그와 상기의 플러그의 결합 구성을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명을 하기의 실시 예에 따라 좀더 상세하게 설명한다.

본 발명의 플러그 밸브(100)는 유체의 공급을 위하여 인서트(10)에 의해서 고정되는 플러그(20)가 삽입된 밸브 보디(30)로 구성되어 있다.

또한, 상기의 밸브 보디(30)에는 플러그(20)의 고정을 위하여, 어드져스팅 너트(31)가 포함된다.

상기의 어드져스팅 너트(31)는, 플러그(20)의 고정을 위하여, 상하로 고정됨이 바람직하다.

또한, 상기의 인서트(10)는 보디(30) 내부에 4개의 스프링핀으로 고정되어, 플러그(20)를 인서트(10)가 감싸는 형태로 됨이 바람직하다.

또한, 상기의 밸브 보디(30)의 씰링을 위하여, 밸브 보디(30)와 어드져스팅 너트(31)에는 각각 플러그씰(Metal Ring과 Rubber로 성형)을 포함한다.

또한, 상기의 밸브 보디(30)에는 점도가 높은 Lubicate를 주입하기 위한 고압용 Grease Nipple1이 바디의 윗쪽 가운데에 장착되고, 고압에 안전한 Safetap Grease Fitting(32)이 포함된다.

또한, 상기의 밸브 보디(30)는, 보디(30) 상측으로 기어박스(40)가 형성되며, 상기 기어 박스(40)를 구동시켜 플러그 밸브(100)를 개폐하는 핸들(50)을 포함한다.

또한, 상기의 기어박스(40)와 밸브 보디(30)는 플랜지(60)를 이용하여 결합한 상태에서 플랜지(60)에 형성되는 볼트 공에 고정 볼트(70)를 이용하여 체결되며, 상기의 고정 볼트(70)는 통상의 육각 볼트가 사용됨이 바람직하다.

아울러, 고정 볼트(70)의 체결을 견고하게 하는 와셔가 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 플러그 밸브(100)에서, 상기의 인서트(10)는 밸브 보디(30)와 플러그(20)의 기밀 유지를 위한 수단으로 사용되며, 플러그(20)의 원활한 회전을 위하여, 유로를 형성하고 점도가 높은 윤활제가 고압(약 300Bar) 유입되도록 하여, 마찰면에 이물질 제거 및 플러그(20)가 가지는 회전 마찰력을 감소시켜, 밸브 보디(30)에 가해지는 외부 충격을 해소하는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 밸브 보디(30)는 유체의 공급을 위한 유체 유입구(80)의 내주면에 유니온 씰이(90) 구비되며, 유체 유입구(80)는 내측으로 좁아지는 경사면을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 플러그(20)는 밸브 보디(30)와 어드져스팅 너트(31)에 의해 고정되고, 어드져스팅 너트(31)에 장착되는 오-링(O-ring)을 통하여 밸브 보디(30)의 기밀성을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 플러그(20)는, 플러그 축에 의해서 회전하는 것으로, 플러그 축은 핸들(50)의 동작을 통하여 기동하며, 기어 박스(40)에 의해서 플러그(20)의 동작 범위가 결정됨을 알 수 있다.

상기의 동작을 위하여, 플러그축은 밸브 보디(30) 외부로 돌출되고, 기어 박스(40) 내부에 유입되어, 기어 박스(40)를 구성하는 기어에 맞물리는 형태로 동작됨이 바람직 하다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

10. 인서트
20. 플러그
30. 밸브 보디
31.어드져스팅 너트
32. Safetap Grease Fitting
40. 기어 박스
50. 핸들
60. 플랜지
70. 고정 볼트
80. 유체 유입구
90. 유니온 씰(union seal)
100. 플러그 밸브

Claims (2)

1. 유체의 공급을 위하여 인서트(10)에 의해서 고정되는 플러그(20)가 밸브 보디(30) 내측에 형성되고,
   상기의 밸브 보디(30) 상측으로 형성되는 기어 박스(40)와,
   상기의 기어 박스(40)를 구동시켜 플러그(20)를 개폐하는 핸들(50)이 형성되며,
   상기의 기어 박스(40)와 밸브 보디(30)는 플랜지(60)를 이용하여 결합한 상태에서, 플랜지(60)에 형성되는 볼트 공에 고정 볼트(70)를 이용하여 쳬결되는 것고,
   상기의 밸브 보디(30)의 유체 유입구(80)에 유니온 씰(90)이 구비됨을 특징으로 하는, 시추 플랜트용 수압 파쇄 펌프 시스템의 고압용 플러그 밸브.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기의 밸브 보디(30)에는 플러그(20)의 고정을 위하여, 어드져스팅 너트(31)가 포함되며,
   상기의 어드져스팅 너트(31)는, 플러그(20)의 고정을 위하여, 상하로 고정되는 것과,
   상기의 인서트(10)는 보디(30) 내부에 4개의 스프링핀으로 고정되어, 플러그(20)를 인서트(10)가 감싸는 형태로 되는 것과,
   상기의 밸브 보디(30)에는 Safetap Grease Fitting(32)이 포함됨을 특징으로 하는. 시추 플랜트용 수압 파쇄 펌프 시스템의 고압용 플러그 밸브.