NO337385B1 - Tallerkenventil - Google Patents

Description

Tallerkenventil

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører generelt ventiler og beholdere brukt ved produksjon av hydrokarboner, som angitt i innledningen til krav 1. Ventilen ifølge oppfinnelsen er spesielt egnet til undersjøisk bruk.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Ventiler brukt for å sprøyte inn hydrathemmende kjemikalier i undersjøisk utstyr slik som manifolder eller utblåsnings-sikrings-stakker er typisk kuleventiler med en avtakbar in-line-innsatsbeholder eller en ventil av nåletypen med en innvendig aktueringsmekanisme. Ved operering av et injeksjonssystem med en kuleventil fjernes blindinnsatsen, og strømningsinnsatsen settes inn mens kuleventilen er lukket. Når strømningsinnsatsen er sikkert koblet i sin beholder, åpnes kuleventilen. En kuleventil er avhengig av tetninger av polymertypen mellom seter og hus. I systemer som bruker nåleventiler må det legges vinn på utformingen og opereringen av ventilaktueringsmekanismen for å sikre at nåleventilen er i stand til å tåle de betydelige trykkene som kan oppstå i en undersjøisk manifold. Nåleventiler brukt til disse anvendelsene kan være vanskelige å åpne, delvis på grunn av den nødvendige forspenningen.

Typiske innvendige designtrykk for disse ventilene er 10k PSI (690 bar). Ventilene må også være i stand til å tåle store temperaturvariasjoner og ytre trykk. Ventilene kan utsettes for hydrokarboner med temperaturer som spenner mellom f.eks. -30 °C og 150 °C, og de installeres ofte på vanndybder rundt 2000 meter. Operatørene spesifiserer derfor krav til fullstendig metallisk tetning på grunn av høyt trykk og høy temperatur. Det er derfor et formål for oppfinnelsen å finne frem til en ventil som er bedre egnet til å håndtere disse forholdene, og som også er sikrere i bruk, enn ventilene ifølge kjent teknikk.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er fremsatt ogkarakteriserti hovedkravet, mens de uselvstendige kravene beskriver andre egenskaper ved oppfinnelsen.

Det er slik tilveiebrakt en ventil omfattende et hus som har et første innvendig boring og et ventilsete; og et ventilelement som er bevegelig anordnet i forhold til huset og forbundet med ventilopereringsmidler; der ventilelementet omfatter en første overflate konfigurert og anordnet for å tilpasse seg en kraft generert av et fluidtrykk,karakterisertved at ventilelementet ytterligere omfatter en tetningsflate konfigurert for tettende samvirking med ventilsetet og ved at den første overflaten vender bort fra ventilsetet.

I én utførelsesform omfatter ventilopereringsmiddelet en ventilspindel anordnet for gjensidig bevegelse inni minst et parti av en første boring, og ventilsystemet er forbundet med eller dannet integrert med ventilelementet. Ventilsystemet er i én utførelsesform forbundet med eller dannet integrert med ventilelementet på en side som vender bort fra den første overflaten.

Ventilen omfatter ytterligere i én utførelsesform en andre innvendig boring som har en åpning som vender utover, og en indre ende som er fluidforbundet med den første boringen og anordnet i en vinkel som er ulik null i forhold til den første boringens lengdeakse. Den andre boringen er konfigurert for låsende og frigjørbart å motta en innsats som har en metallinnsatstetningsflate, og den andre boringen omfatter et metallinnsatssete konfigurert for tettende samvirking med innsatstetningsflaten.

Tetningsflaten og ventilsetet er metalltetningsflate og sete.

I en utførelsesform er innsatsen en blindinnsats omfattende innsatslåse- og opereringsmiddel.

En spindeltetning er anordnet rundt spindelen i den første boringen. I én utførelsesform er den andre boringens indre ende fluidforbundet med den første boringen mellom spindeltetningen og ventilsetet.

Tetningsflaten og ventilsetet omfatter en første metall-til-metall-tetning, og spindeltetningen omfatter en andre ventil-metall-til-metall-tetning, og innsatstetningsflaten og innsatssetet omfatter en andre innsats-metall-til-metall-tetning.

Kort beskrivelse av tegningene

Disse og andre egenskaper ved oppfinnelsen vil fremgå ut fra følgende beskrivelse av en foretrukket utførelsesform, gitt som et ikke-begrensende eksempel, med henvisning til de medfølgende tegningene, hvori: Figur 1 er et perspektivriss av en utførelsesform av ventilen ifølge oppfinnelsen; der en ventilsammenstilling og en blindinnsats er installert; Figur 2 er et tverrsnittsideriss i x-y-planet av ventilen illustrert i figur 1 og viser både ventilen og blindinnsatsen i lukkede og låste stillinger; Figur 3 er en forstørrelse av boksen merket "A" i figur 2;

Figur 4 ligner figur 2, men viser ventilen i en åpen stilling.

Figur 5 er en forstørrelse av boksen merket "B" i figur 4; og

Figur 6 ligner figur 2, men viser ventilen i en åpen stilling og blindinnsatsen i en ulåst og delvis tilbaketrukket stilling.

Detaljert beskrivelse av en foretrukket utførelsesform

Den følgende beskrivelsen vil bruke betegnelser slik som "horisontal", "vertikal", "lateral", "frem og tilbake", "opp og ned", "øvre", "nedre", "indre", "ytre", "fremre", "bakre" etc. Disse betegnelsene refererer generelt til rissene og orienteringene som vist i tegningene, og som er forbundet med en normal bruk av oppfinnelsen. Betegnelsene anvendes kun som hjelp for leseren og skal ikke være begrensende.

Figur 1 viser en utførelsesform av ventilen 1 ifølge oppfinnelsen, som omfatter et hus 4 som integrerer en ventil og (bare ventilspindelens dreiemoment og aktuatorhus 6 illustrert i figur 1) og en strømningsinnsatsbeholder 41.1 den illustrerte utførelsesformen er huset 4 forbundet med en tilkoplingsende 2 via en boltet forbindelse 3. Tilkoplingsenden 2 kan være del av (dvs. forbundet med) ulikt prosessutstyr (ikke vist), slik som undersjøisk hydrathemmende innsprøytingssystem og høytrykksdeksler montert på manifold-tilkoplingsenden for fremtidige tilkoblinger. En ventildreiemomentspindel 5 strekker seg inn i et ventilaktuatorhus 6 og er roterbar for å operere ventilen, slik det vil forklares nedenfor. Aktuatorhuset 6 er oljefylt og trykkompensert. En blindinnsats 35 er installert i en strømningsinnsatsbeholder 41. En innsatsdreiemomentspindel 7 strekker seg gjennom en innsatsblokkeringsflens 8 og er roterbar for å operere blindinnsatsen, slik det vil forklares nedenfor. En stillingsindikator 9, brukt når innsatsen opereres, er også vist i figur 1. Ventildreiemomentspindelen 5 og innsatsdreiemomentspindelen 7 er begge konfigurert for å opereres på en måte som per se er kjent i teknikken, for eksempel ved hjelp av et dreiemomentverktøy (ikke vist) installert og operert gjennom en fjernstyrt undervannsfarkost (ROV).

Med henvisning til figur 2 omfatter ventilhuset 4 en ventilboring 19 som, når ventilen er forbundet med -tilkoplingsendeen 2, er i fluidkommunikasjon med tilkoplingsendeboringen 10. En innsatsboring 20 som har en ytre åpning 42, er fluidforbundet med ventilboringen 19 ved sin indre åpning 43 og anordnet i en vinkel a med ventilboringen 19. Tetning mellom ventilhuset 4 og -tilkoplingsendeen 2 kan oppnås ved hjelp av en ytre tetning 22 (som håndterer ytre trykk), en indre tetning 23 (som håndterer indre trykk) og en hustetning 24. Den ytre og indre tetningen 22, 23 er i den illustrerte utførelsesformen polymere fjærbelastede leppetetninger. Hustetningen 24 i den illustrerte utførelsesformen er en LX-tetning av U-typen (metallisk trykkaktivert tetning).

Anordnet i enden av ventilboringen 19, og som strekker seg et stykke inn i tilkoplingsendeboringen 10, er en ventilskive 21, i den illustrerte utførelsesformen dannet integrert med en ventilspindel 11 som strekker seg inn i ventilboringen 19. Ventildreiemomentspindelen 5 er roterbart anordnet i aktuatorhuset 6, rundt et parti av ventilspindelen 11. Aktuatorhuset 6 er festet til ventilhuset 4 via låsemuttere 12. En aktuatortetning 25 er anordnet mellom ventilaktuatorhuset 6 og ventildreiemomentspindelen 5, og en hylsetetning 26 er anordnet mellom ventilspindelen 11 og ventildreiemomentspindelen 5. En o-ring 45 er anordnet mellom ventilaktuatorhuset 6 og huset 4. Denne o-ringen, sammen med aktuatortetningen 25 og hylsetetningen 26, tetter ventilaktueringsdelene i huset 4 fra det omgivende sjøvannet. Anordnet rundt ventilspindelen 11 og vendt mot det åpne ventilboringen 19 (på ventilspindelsiden av ventiltallerkenen 21) er en første metall-til-metall spindeltetning 27 (typisk en LX-tetning av U-typen), holdt på plass av en tetningsholder 28 og en tetningsholdelåsemutter 29. Tetningsholderen 28 omfatter spor for andre barriere polymere fjærbelastede leppetetninger 44.

Det henvises nå ytterligere til figur 3, som er en forstørrelse av boksen merket "A" i figur 2. Anordnet rundt et parti av ventilspindelen 11 er spindelmutter 15. Et spindelmutterparti 15a omfatter en glidende antirotasjonsinnretning (en rille eller lignende antirotasjonsinnretning; profil ikke vist) som ligger an mot en holder 18 som holdes på plass av ventilaktuatorhuset 6. Spindelmutteren 15 hindres slik i å rotere på grunn av sin samvirking med holderen, men får bevege seg aksialt (langs x-aksen). En spindelringmutter 17 er gjenget til spindelmutteren 15 (parti 15a) via gjenger 17a, hvorved den forbinder spindelmutteren og får bevege seg aksialt med spindelmutteren. Spindelmutteren 15 er roterbart forbundet med ventildreiemomentspindelen 5 via ventildreiemomentgj enger 16. Låsesegmenter 14 er anordnet i komplementært formede spor 13 i ventilspindelen 11 og i en utsparing 15b i spindelmutteren. Ventilspindelen 11 er slik bevegelig i en avstand d i aksial retning.

I drift, når ventildreiemomentspindelen 5 roteres, overfører dreiemomentgj engene 16 rotasjonsbevegelse til spindelmutteren 15, som hindres i å rotere av holderen 18. Spindelmutteren 15 tvinges derfor til å bevege seg aksialt, og ved å gjøre dette beveger den også låsesegmentene 14, som i sin tur beveger ventilspindelen 11, og følgelig også ventiltallerkenen 21, aksialt. Figur 4 og 5 viser ventilen i en åpen stilling og illustrerer bl.a. hvordan spindelmutteren 15, spindelringmutteren 17, låsesegmentene 14, ventilspindelen 11 og ventiltallerkenen 21 har beveget seg i en aksial avstand d (mot venstre i figurene). Figur 5 viser også åpningen mellom ventiltallerkenen 21 og ventilsetet 30, som derved tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom ventilboringen 19 og -tilkoplingsendeboringen 10. Følgelig tilveiebringes også fluidkommunikasjon mellom innsatsboringen 20 og -tilkoplingsendeboringen 10 når ventilen er i den åpne stillingen.

Med henvisning til figur 2 er en blindinnsats 35 anordnet i innsatsboringen 20 i en låst stilling. Blindinnsatsen låses i innsatsboringen av kragefingre 33 som tvinges mot en utsparing 40 i innsatsboringens indre vegg ved hjelp av krageholderen 34. Et fremre parti av blindinnsatsen omfatter en tetningsflate 36 som tetter mot et korresponderende innsatssete 37 i innsatsboringens indre vegg (se også figur 6). Den "leppeformede" tetningsflaten 36 på blindinnsatsen tetter mot det korresponderende sylinderformede innsatssetet 37 i strømningsinnsatsbeholderen. Innsatsdreiemomentspindelen 7 er forbundet med en innsatsaktueringsmutter 38 som i sin tur ligger an mot et tilstøtende parti 39. Når innsatsens dreiemomentspindel 7 roteres trekkes også krageholderen 34 tilbake, hvorved kragefingrene 33 frigjøres fra sin utsparing 40. Denne frigjorte stillingen er vist i figur 6, i hvilken blindinnsatsen også er trukket en kort avstand ut av innsatsboringen 20. Denne konfigurasjonen for frigjørbart å låse en innsats i en boring ved hjelp av bevegelige kragefingre er velkjent i teknikken og trenger derfor ikke å omtales ytterligere.

Utformingen tillater sikker tilkobling og frakobling av blindinnsatsen fra beholderen ved hjelp av et totrinns låsesystem. Aktuatorgjengene 46 kan avlastes ved å dreie innsatsdreiemomentspindelen 7 etter at blindinnsatsen er låst. Ventilhuset 4 er av en metallkvalitet som er kompatibel med krav til undersjøisk bruk for den gitte anvendelsen. Husets 4 materiale kan for eksempel være Duplex, Super Duplex eller Inconel 625 eller annen nikkellegering. Både ventilsetet 30 og innsatssetet 37 er integrert i huset 4 og er slik også av et metallmateriale. Ventiltallerkenen 21 er av et metallmateriale som er kompatibelt med materialet i huset 4, for eksempel nikkellegering av typen UNS N06625. Tallerkentetningsflaten 21a (se figur 5) og ventilsetet 30 danner derfor en metall-til-metall-tetning 21a, 30. På lignende vis er blindinnsats-tetningsflaten 36 av et metallmateriale som er kompatibelt med materialet til huset 4. Blindinnsatstetningsflaten 36 og innsatssetet 37 danner derfor en metall-til-metall-tetning 36, 37. Et fordelaktig aspekt ved ventilen ifølge oppfinnelsen er at den tilveiebringer to metall-til-metall-tetninger i serie: • for ventilen: tallerkentetningen 21a, 30 og metallspindelens første tetning 27; og

• for innsatsen: tallerkentetningen 21a, 30 og innsatstetningen 36, 37.

Når blindinnsatsen er installert på denne måten, er den faktisk en blindflens som har en metall-til-metall-tetning.

En annen fordel ved oppfinnelsen er at ventilspindelen 11 og dens aktueringsmekanisme (ventildreiemomentspindel 5 og låsesegmenter 14, etc.) er på den motsatte siden av ventiltallerkenens pressflate 21b (se figur 2). Når kraften F generert av trykket inni tilkoplingsendeboringen 10 øker, øker derfor tetningskraften i tallerkentetningen 21a, 30 tilsvarende. Denne konfigurasjonen innebærer at ved lukking av ventilen (i omvendt rekkefølge av den som er beskrevet ovenfor), kan ventiltallerkenen 21 settes opp mot ventilsetet 30 med en sammenlignbart lav settebelastning, ettersom trykket i - tilkoplingsendeboringen 10 vil ha tendens til å bevege ventiltallerkenen 21 i tettere kontakt med ventilsetet 30.1 den forstand er ventilen ifølge oppfinnelsen selvtettende. Ventilen er derfor også feilsikker, ved at en funksjonsfeil eller annen feil i aktueringsmekanismen ikke vil sette tallerkentetningen i fare.

Selv om dette ikke er illustrert, skal det forstås at blindinnsatsen kan erstattes med en strømningsinnsats av en type som per seg er kjent i teknikken, for eksempel for å sprøyte inn hydrathemmere (f.eks. MEG eller metanol) i undersjøiske manifolder.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet med henvisning til innsprøyting av hydrathemmende stoffer, skal det forstås at oppfinnelsen også kan anvendes for å sprøyte inn andre stoffer og gjenstander gjennom innsatsbeholderen. Ventilhuset kan for eksempel være forbundet med et avsenderslusesystem og rørrensere, plugger eller skrapere kan kjøres ved innsprøyting av MEG eller annet drivmedium gjennom innsatsbeholderen.

Claims (9)

1. Ventil (1) omfattende et hus (4) som har en første innvendig boring (19) og et ventilsete (30); og et ventilelement (21) bevegelig anordnet i forhold til huset og forbundet med ventilopereringsmidler (5, 11, 14); der ventilelementet (21) omfatter en første overflate (21b) konfigurert og anordnet for å tilpasse seg en kraft (F) generert av et fluidtrykk,karakterisert vedat ventilelementet (21) ytterligere omfatter en tetningsflate (21a) konfigurert for tettende samvirking med ventilsetet (30) og ved at den første overflaten (21b) vender bort fra ventilsetet (30), og ved en andre innvendig boring (20) som har en åpning (42) som vender utover, og en indre ende (43) som er fluidforbundet med den første boringet (19) og anordnet i en vinkel (a) som er ulik null i forhold til den første boringets (19) lengdeakse (x).

2. Ventilen ifølge krav 1, hvori ventilopereringsmidlene omfatter en ventilspindel (11) anordnet for gjensidig bevegelse inni minst et parti av en første boring (19), og ventilsystemet (11) er forbundet med eller dannet integrert med ventilelementet (21).

3. Ventilen ifølge krav 2, hvori ventilsystemet er forbundet med eller dannet integrert med ventilelementet (21) på en side som vender bort fra den første overflaten (21b).

4. Ventilen ifølge krav et hvilket som helst av kravene 1-3, hvori den andre boringen (20) er konfigurert for låsende og frigjørbart å motta en innsats (35) som har en metallinnsatstetningsflate (36), og den andre boringen omfatter et metallinnsatssete (37) konfigurert for tettende samvirking med innsatstetningsflaten (36).

5. Ventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, hvori tetningsflaten (21a) og ventilsetet (30) er metalltetningsflate og sete.

6. Ventilen ifølge krav 4 eller krav 5, hvori innsatsen (35) en blindinnsats omfattende innsatslåse- og opereringsmidler (7, 33, 34).

7. Ventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 2-6, hvori en spindeltetning (27) er anordnet rundt spindeln (11) i den første boringen.

8. Ventilen ifølge krav 7, hvori den andre boringens indre ende (43) er fluidforbundet med den første boringen (19) mellom spindeltetningen (27) og ventilsetet (30).

9. Ventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 7-8, hvori tetningsflaten (21a) og ventilsetet (30) omfatter en første metall-til-metall-tetning, og spindeltetningen (27) omfatter en andre ventil-metall-til-metall-tetning, og innsatstetningsflaten (36) og innsatssetet (37) omfatter en andre innsats-metall-til-metall-tetning.