NO166251B - Nedblaasingsventil med variabelt stroemningstverrsnitt. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en nedblåsningsventil for trykkavlastning i spesielle og eventuelle kritiske situa-

sjoner under drift av prosessutstyr i industri, gass- eller oljevirksomhet. Med sikte på å holde massestrømmen av et gjennomstrømmende fluid på et relativt stabilt nivå under slik nedblåsning, når fluidtrykket på ventilen varierer, er det ønskelig med et selvregulerende gjennomstrømningstverr-

snitt i denne, for dermed å bringe den totale nedblåsnings-

tid ned til et minimum.

Oppfinnelsen tar utgangspunkt i en ventil av den type

som omfatter et ventilhus med et innløp og et utløp samt et ventillegeme i form av en aksielt forskyvbar, hul sylinder (sleide) hvis hulrom er åpent mot og ligger i det vesentlige i flukt med innløpet og som er lukket i den motsatte ende, mens en trykkf jaer under forspenning søker å presse sylinderen (sleiden) i retning mot innløpet slik at sylinderens aksielle posisjon i ventilhuset innstilles ved balanse mellom innløpstrykket og fjærkraften, hvilken sylinder er forsynt med minst en radiell strømningsåpning som kommuniserer med utløpet fra ventilen og som stenges i større eller mindre grad i avhengighet av sylinderens aksielle posisjon.

Fluider som er av interesse i denne forbindelse er

primært gass eller våtgass, som f.eks. opptrer ved olje-

eller gassvirksomhet til havs. Olje- og gassindustrien er således typiske anvendelsesområder med meget stort potensiale, men det kan også dreie seg om annen industri hvor trykkavlastning av utstyr under de nevnte spesielle forhold er nødvendig.

Nedenfor er det gitt en kort omtale av to tyske

patentskrifter som kan ansees å representere den aktuelle kjente teknikk i forhold til denne oppfinnelse.

Fra tysk patent nr. 186.150 er det kjent en strupeven-

til for gass-, luft-, damp- og vannledninger for å holde gjennomstrømningen konstant ved trykksvingninger. Her virker trykket fra mediet på den ene siden og trykket fra en fjær

på den andre side av en hylse som er forsynt med en spalte og kan gli mot et fastspent rør med en hjerteformet avsmal-

nende åpning. Ved økende trykk glir spalten og den avsmal-

nende åpning mot hverandre og det virksomme gjennomstrøm-ningsarealet forandres.

En ventil av ovennevnte kjente type vil bare kunne

brukes når trykket er lavt samtidig som trykkforandringene er relativt små og det aktuelle mediet er en tørr gass.

Under disse betingelser vil ventilen gi en utjevning av trykkendringene fordi gjennomstrømnings-åpningene automatisk forandres med gasstrykket. Men hvis konstruksjonen forsøkes benyttet for høytrykksutstyr, eller for våt, kondenserende gass, vil ulike driftsproblemer oppstå. Benyttes høyt trykk,

vil denne ventilen lett "skjære" seg eller kile seg fast,

fordi det blir store sidekrefter på sylinderen, noe som gir store friksjonstap og varmgang. Benyttes våt gass, så vil kondensat akkumuleres i ventilen og den settes ut av drift.

Ventilen som er beskrevet i dette tyske patentet, må

dessuten være forsynt med en sleide og en styringspinne for å hindre at de samvirkende rørene dreies innbyrdes. Dette gir en komplisert oppbygning og gir ekstra fare for slitasje og fastkiling. At ventilen inneholder mange komponenter, er i seg selv en kilde til redusert pålitelighet, slitasje og økte produksjonskostnader.

Det kan også nevnes at tysk utlegningsskrift nr. 1 212

801 viser en noe beslektet ventilkonstruksjon, men denne løsningen er likeledes beheftet med de ovennevnte svakheter og er derfor uegnet for høye trykk og gasser som inneholder kondensater. Dette patentet er spesielt rettet mot en hydraulisk jekk som skal ha en jevn synkehastighet uansett belastningen på jekken, og angår således et helt annet anvendelsesområde som heller ikke stiller de samme strenge krav som dem denne oppfinnelse tar sikte på å tilfredsstil-

le.

Fransk patent nr. FR2253413 beskriver en trykkregulator med formål å sikre jevn gjennomstrømning av en væske (olje) til et filter for å hindre at den kontinuerlige tilstoppingen av dette reduserer tilførselen av væske til forbrukeren. Ventilens funksjon er nært beslektet med den som er beskrevet i tysk utlegningsskrift nr. 1 212801. Den vil ikke kunne fungere for kompressible fluider (gasser) p.g.a. usymmetrisk utstrømning, reaksjonskrefter, og følgende fastkiling av sleiden. Utstrømningsprofilen er videre utført på en slik måte at ventilens karakteristikk ikke kan bestemmes ut fra utformingen på utstrømningsåpningene i sleiden.

En ventilkonstruksjon i henhold til foreliggende oppfinnelse er spesielt tenkt anvendt i nedblåsningssystemer for trykksatt prosessutstyr for hydrokarbonprosessering.

Slike nedblåsningssystemer er anerkjent til bruk for å lede gass og olje bort fra utstyr som kan være utsatt for brann. Normalt blir hydrokarbonstrømmen ledet til en fakkel for avbrenning.

Ved konstruksjon av et nedblåsingssystem, har det erfaringsmessig vist seg at utformingen bør gjøres så enkel som mulig, dvs. med få og enkle komponenter. Dette fordi systemet skal være pålitelig ved ekstreme situasjoner som brann og eksplosjoner. Det enkleste systemet som kan tenkes, består av en nedblåsningsventil med etterfølgende fast blende for begrensning av den maksimale mengdestrøm gjennom systemet.

Ulempen ved et slikt arrangement er imidlertid at nedblåsningsmengden reduseres raskt etter hvert som trykket i utstyret faller, og nedblåsningstiden blir derfor tilsvar-

ende lang.

Alternative arrangementer som er blitt foreslått,

medfører installasjon av strøm- eller trykkstyrte ventiler for å øke strømningstverrsnittet når trykket i utstyret synker. Slike systemer vil gi en tilnærmet konstant masse-

strøm over nedblåsningstiden som derfor blir tilsvarende kortere.

Problemet med slike alternative arrangementer er at man

ikke umiddelbart kan stole på at de fungerer i alle vanske-

lig driftstilfeller, og spesielt ikke under ekstreme forhold. Feilfunksjon i ventilene kan enten føre til betydelig forlenget nedblåsningstid, til blokkert nedblås-

ning, eller eventuelt til overbelastning av nedblåsnings-systemet, ved at svært høye mengdestrømmer slippes gjennom.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en ny og driftsikker gjennomstrømningsventil for fluider under kritiske betingelser såsom høye trykk og høye temperaturer.

Formålet er videre å fremskaffe en ny ventil som er svært driftsikker fordi den består av få komponenter og fordi den ikke frembringer resulterende sidekrefter eller skråkrefter mot sylinderen. Dette fører til at sylinderen ikke får noen tendens til å presses hardt mot ventilhusveggene og beskadige disse eller sylinderen, eller til å gå varm p.g.a. friksjonsvarme, slik at utstyret "skjærer" seg.

Formålet er videre å fremskaffe en ny ventil hvor sylinderen, selv ved anvendelse av små styringskrefter, kan innstille seg raskt og nøyaktig til en ønskelig posisjon i ventilens lengderetning.

For at en ny ventilkonstruksjon skal kunne aksepteres som sikker under ekstreme forhold, er det viktig å ta utgangspunkt i lignende, anerkjente prinsipper som allerede er i utstrakt bruk innen prosessikringsutstyr.

En godt utprøvet komponent er overtrykkbeskyttelses-ventilen som installeres som det høyeste nivået for beskyt-telse av tanker mot overtrykk. Det er typisk en fjæroperert ventil som åpner ved tilstrekkelig motstående gasstrykk.

Med utgangspunkt i en slik enkel, fjærbelastet ventil, skal nedblåsningventilen fungere slik at den ved høyt prosesstrykk har en gitt minimumsåpning, mens den ved fallende prosesstrykk gradvis øker åpningsarealet slik at en tilnærmet konstant massestrøm, eller en massestrøm med en annen, ønsket karakteristikk oppnåes.

Selve ventilutformingen må bl.a. tilfredstille følgende funksjonelle krav: Enkel design, jfr. en typisk trykkbeskyttelses- ventil.

Ingen usymmetriske trykkrefter på de bevegelige

deler.

Enkel justering av ventilkarakteristikken.

Enkelt inspeksjons- og vedlikeholdsarbeid.

Den beskrevne nedblåsningventilen vil eliminere risikoen for feilfunksjon til et nivå som er sammenlignbart med forholdene ved en fast blende, samtidig som ventilen har den egenskap at strømningstverrsnittet øker med minkende trykk i prosessutstyret.

Ventilen i henhold til foreliggende oppfinnelse vil kunne anvendes i alle trykkavlastningssystemer hvor det er ønskelig å "skreddersy" avlastningsmengden fra individuelle

komponenter eller grupper av komponenter, og særlig der hvor det er viktig å få en enkel og effektiv utforming med størst mulig sikkerhet for tilsiktet funksjon, også under ekstreme forhold som f. eks. under bortfall av hjelpesystemer under en brann.

Ventilkonstruksjonen i henhold til foreliggende oppfinnelse innebærer mange fordeler i forhold til tidligere kjent teknikk.

Gjennomstrømningsventilen ifølge oppfinnelsen er således svært driftsikker og pålitelig, med lite og rimelig vedlikehold fordi den inneholder svært få bevegelige deler.

Videre er ventilen i henhold til oppfinnelsen lett å demontere for ettersyn og vedlikehold, da de innvendige deler kan tas ut på stedet, uten at hele ventilhuset fjernes fra anlegget.

Ventilen er dessuten utformet slik at fjærens karakteristikk kan kontrolleres mens ventilen står tilkoblet.

Ventilen ifølge oppfinnelsen kan også tåle svært høye trykk, da sylinderen i sideretning blir symmetrisk påkjent slik at uheldige sidekrefter og skjevbelastninger med derav følgende påkjenninger og fare for fastskjæring p.g.a. friksjonsvarme unngås, selv ved de høyeste trykk og temperaturer samt ved de sterkeste fluidstrømmer.

Ventilen ifølge oppfinnelsen er også utformet slik at den lett kan innstilles til riktig posisjon selv når den står under trykk.

Endelig skal nevnes at eventuelt kondensat som måtte samle seg i ventilhuset, blir drenert bort slik at det ikke skaper problemer for driften.

Alle disse fordeler oppnås ved å utforme gjennomstrøm-ningsventilen i overensstemmelse med de nedenfor fremsatte patentkrav.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse, vises til nedenstående mer detaljerte beskrivelse av et utførelseseksempel under henvisning til den ledsagende tegning som viser et tverrsnitt av en enkel utførelse av ventilen i henhold til oppfinnelsen.

På figur 1 vises et ventilhus 1 med en bevegelig, hul sylinder 2 som påvirkes av en forspent fjær 3. Sylinderen 2 er forsynt med strømningsåpninger 8A-D for strømningsmediet som er et fluid, dvs. primært en gass eller en våtgass, og disse åpninger 8A-D er formet og/eller arrangert slik at den totale, virksomme gjennomstrømningsåpning øker ved avspen-ning av fjæren.

Sylinderen 2 er således forskyvbar i sin aksielle retning mot eller fra et innløp 21 som ligger direkte i flukt med sylinderens indre hulrom. Sylinderen 2 glir med hensiktsmessig pasning i en boring 5 i ventilhuset 1, og denne boring kan eventuelt med bibehold av samme diameter, være ført helt ut av ventilhuset ved den motsatte ende i forhold til innløpet 21, hvor et deksel 4 kan være montert ved hjelp av bolter på en flens tildannet på ventilhuset 1.

Motsatt i forhold til innløpet 21 er sylinderen 2 lukket med en endevegg 18 som på utsiden er forsynt med en innvendig gjenget stuss innrettet til å ta imot en tilsvarende gjenget plugg eller sokkel 13 som den ene ende av fjæren 3 ligger an mot.

Avhengig av trykket i det innløpende fluid, som virker til å presse sylinderen 2 til høyre på figuren, balansert mot fjaerkraften som virker mot den motsatte side av sylinderen, vil en større eller mindre del av åpningene 8A, 8B, 8C og 8D, være åpne for gjennomstrømning ut til et omgivende ringkammer 6 som forløper rundt hele omkretsen av sylinderen. Den på tegningen viste posisjon av sylinderen svarer til et temmelig lavt innløpstrykk, slik at fjæren 3 har vært i stand til å presse sylinderen tilnærmet til sin venstre endeposisjon mot bunnen av boringen 5. I denne spesielle posisjon er således samtlige strømningsåpninger 8A-D avdekket slik at maksimal gjennomstrømning ved det aktuelle innløpstrykk, vil skje. Dette svarer til den helt avslut-tende fase av en nedblåsning.

Det er klart at det aksielle lengdeparti av sylinderen 2 som til enhver tid ligger innenfor den aksielle lengde av ringkammeret 6, vil kunne omfatte et varierende antall strømningsåpninger, slik at den selvregulerende virkning av det totale gjennomstrømningstverrsnitt blir oppnådd. Arrangementet eller fordelingen av strømningsåpninger 8A-D må dermed avpasses etter denne aksielle lengde av ringkammeret og de respektive endeposisjoner av sylinderbevegelsen, samt av karakteristikkene for fjæren 3.

Det ringformede samle- eller utløpskammer 6, som opptar fluidstrømmene fra alle avdekkede gjennomstrømnings-åpninger 8A-D i ventilhuset, samt fordelingen og formen av strømningsåpningene 8A-D rundt periferien av sylinderen, sørger for at sylinderen ikke blir usymmetrisk belastet av gasstrykket, og sikrer derfor at sylinderen alltid vil bevege seg lett i ventilhuset, også når trykket er ekstremt høyt. En trykkutjevningskanal 9 er anordnet i ventilhusets sidevegg for å sikre rask og lett innstilling av sylinderens posisjon.

Formen av strømningsåpningene kan velges ut fra hva som er mest hensiktsmessig. Såvel sirkulære hull, f.eks. med økende diameter for hullene 8D nærmest fjærsiden av sylinderen (som vist på figuren) samt langsgående slisser, kan være egnet. Utformingen av de respektive åpninger 8A-D langs sylinderen 2 vil bidra til å bestemme ventilens karakteristikk.

Selv om åpningenes form har adskillig interesse, er det mer vesentlig at det er anordnet minst to strømningsåpninger og at disse er symmetrisk plassert rundt omkretsen av sylinderen. Det er dette sammen med det omgivende ringkammer 6 som fører til den fordelaktige symmetriske utstrømning fra sylinderen og dermed en tilsvarende symmetrisk belast-ning som gjør at sylinderen lett kan innstille seg i aksiell retning avhengig av det varierende, vanligvis synkende trykk på innløpet 21 under en nedblåsningsoperasjon.

Ventilutløpet 22 er fortrinnsvis anbragt tangensielt til og med et visst fall fra ringkammeret 6, for å sikre god drenering av eventuelle forekomster av kondensert væske.

Fjæren 3 og sylinderen 2 kan inspiseres og skiftes ut gjennom en åpning som under drift dekkes av dekselet 4. Dermed blir testing og vedlikehold av ventilen mulig ved hjelp av et uttrekksarrangement for. sylinderen 2 og fjæren 3. Dette uttrekksarrangementet er på figuren antydet ved at det benyttes en bolt 14 som etter fjerning av dekselet 4, føres gjennom hullet 11A i spennlokket 11 og inn i sylinderens gjengeparti 7. Sylinder, fjær og spennlokket tas så ut som én enhet ved at spennlokket 11 skrus ut av ventilhusets gjengeparti 15. Spennlokket. er forsynt med et inngrepsorgan 12 for en spesialnøkkel for dette formål. Videre er spennlokket på innsiden forsynt med en støt-absorberende ring 10 for å dempe store sylinderbevegelser ved rask trykk-setting av ventilen.

Testing av fjæren 3 skjer ved; å erstatte den normale ventilsylinderen 2 med en egen testsylinder (ikke vist på figuren) som er uten strømningsåpninger, og deretter trykksette ventilen oppstrøms. Utslaget på fjæren 3 kan leses av på en kalibrert målestav (ikke vist på figuren) skrudd inn i sylinderens gjengeparti 7, slik at målestavens skala stikker ut av hullet 11A i. spennlokket 11.

Den ventil som eksempelvis er illustrert og omtalt i forbindelse med tegningsfiguren, kan modifiseres på for-skjellige måter uten at man kommer utenfor oppfinnelsens ramme. Spesielt kan arrangementet av strømningsåpninger i sylinderen 2 varieres både forsåvidt angår åpningenes form som deres antall og fordeling i lengderetningen av sylinderen. Det må imidlertid som et minimum være anordnet to diametralt motstående åpninger, men også et antall åpninger vesentlig større enn to, fortrinnsvis med tilnærmet jevn fordeling såvel rundt omkretsen som langs lengden av sylinderen, kan være hensiktsmessig i visse tilfeller. Med sikte på en sterkt progressiv økning av det totale gjennom-strømningstverrsnitt etterhvert som innløpstrykket faller, kan det være en fordel at åpningenes strømningstverrsnitt varierer slik langs lengderetningen av sylinderen at åpningene nærmest den lukkede ende 18 av sylinderen 2, er størst. En ujevn fordeling av like store åpninger langs sylinderens lengderetning kan også gi et tilsvarende resultat. I mange konstruksjoner vil en sirkulær form av åpningene være foretrukket, men det kan også tenkes tilfel-

ler hvor det er hensiktsmessig med strømningsåpninger som har form av langsgående slisser, fortrinnsvis med utvidet bredde i retning mot den lukkede ende av sylinderen. Det gjennomstrømmende fluid vil i visse anvendelser kunne inneholde urenheter eller partikler, f.eks. sandkorn,

hvilket tilsier at de enkelte åpninger bør ha tilstrekkelig størrelse for å hindre tilstopning. Med en forholdsvis tykkvegget sylinder kan det videre være aktuelt å gi åpningene en spesiell kontur gjennom sylinderveggen, bl.a. under hensyntagen til mulige slitasjeproblemer ved partik-kelholdige fluider.

Videre (fig. 2) kan det være aktuelt å snevre inn kommunikasjonen (24) mellom sylinderåpningene (ikke vist) og utløpet (22) ved å utforme ventilhuset (1) med lepper (23 A-B) som reduserer det strømningsarealet rundt sylinderens periferi som til enhver tid kommuniserer med utløpet.

Claims (10)

1. Nedblåsningsventil med selvregulerende strømningstverr-snitt for trykkavlastning av kompressible medier i spesielle og evt. kritiske situasjoner under drift av prosessutstyr i industri, olje- eller gassvirksomhet, med sikte på å holde massestrømmen av en gjennomstrømmende gass eller gass/væskeblanding på et relativt stabilt nivå når fluidets innløpstrykk på ventilen varierer, omfattende et ventilhus (1) med et innløp (21) og et utløp (22) samt et ventillegeme i form av en aksielt forskyvbar, hul sylinder (2) hvis hulrom er åpent mot og ligger i det vesentlige i flukt med innløpet (21) og som er lukket (18) i den motsatte ende, mens en trykkfjær (3) under forspenning søker å presse sylinderen (2) i retning mot innløpet (21), slik at sylinderens aksielle posisjon i ventilhuset innstilles ved balanse mellom innløpstrykket og fjærkraften, hvilken sylinder (2) er forsynt med minst en radiell strømnings-åpning som kommuniserer med utløpet (22) fra ventilen og som stenges i større eller mindre grad i avhengighet av sylinderens aksielle posisjon, karakterisert ved at det er anordnet minst to strømningsåpninger (8A-D), at åpningene er symmetrisk plassert rundt omkretsen av sylinderen (2), og at et ringformet kammer (6) i ventilhuset (1) omgir sylinderen (2) langs et lengdeparti av denne, og kommuniserer med utløpet (22) for å motta og videreføre fluidumstrømmene gjennom de mer eller mindre avdekkede deler av de symmetriske strømningsåpninger (8A-D).

2. Ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at det er anordnet et antall strømningsåpninger (8A-D) vesentlig større enn to, og at åpningene fortrinnsvis er tilnærmet jevnt fordelt såvel rundt omkretsen som langs en del av lengden av sylinderen (2).

3. Ventil ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at strømningsåpningene (8A-D) har strøm-ningstverrsnitt som varierer langs lengden av sylinderen (2), fortrinnsvis med de større åpninger (8D) nærmest den lukkede ende (18) av sylinderen (2).

4. Ventil ifølge krav 1, 3 eller 4, karakterisert ved at det er anordnet flere enn to strømnings-åpninger (8A-D) og at åpningene er plassert med ujevn fordeling langs lengden av sylinderen (2).

5. Ventil ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at strømningsåpningene har form av langsgående slisser, fortrinnsvis med økende bredde i retning mot den lukkede ende av sylinderen 2.

6. Ventil ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at utløpet (22) fra det ringformede kammer (6) er rettet tangensielt i forhold til dette og har en slik helning at eventuell kondensert væske kan dreneres fra ventilen.

7. Ventil ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at fjæren (3) er anordnet i et lukket rom bak den lukkede ende (18) av sylinderen (2), og at det fra dette rom er anordnet en trykkutjevningskanal (9) som munner ut i det ringformede kammer (6) eller utløpet (22).

8. Ventil ifølge krav 7, karakterisert ved at det lukkede rom er lukket med et lokk (11) som har et sentralt hull (11A), at det på baksiden av den lukkede ende (18) av sylinderen (2) er tildannet et gjenget hull (7), og at en bolt (14) er innrettet til å kunne innføres gjennom hullet (11A) i lokket (11) og skrus inn i det gjengede hull (7) , slik at sylinderen (2), fjæren (3) og lokket (11) som en enhet kan trekkes ut av ventilhuset (1) for inspeksjon og eventuell utskiftning.

9. Ventil ifølge et av kravene 1-8, karakter i-sert ved at sylinderen (2) er innrettet til å kunne erstattes med en testsylinder som ikke er forsynt med strømningsåpninger, med sikte på å teste konstruksjonen under trykk, eventuelt også kalibrere fjæren (3).

10. Ventil ifølge et av kravene 1-9, karakterisert ved at ventilhuset (1) er utført med lepper (23 A-B) i kommunikasjonen (24) mellom sylinder (2) og utløp (22) for å redusere åpningsspalten langs sylinderens lengdeakse.