RU221691U1 - Устройство обогрева обратного клапана - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к запорным механизмам обратных клапанов, работающих в условиях низких температур. Эффективность нагрева запорного механизма клапана повышается за счет того, что в устройстве обогрева клапана, содержащем стержневой нагревательный элемент, установленный в полый шток клапана, наружная поверхность стержневого нагревательного элемента покрыта теплопроводящей пастой. Температурный датчик установлен на конце стержневого нагревательного элемента со стороны кабельного ввода. Место соединения температурного датчика и нагревательного элемента помещено в коаксиально установленные термоусадочную и металлическую трубки, зазор между которыми заполнен керамико-полимерным теплопроводящим материалом.

Description

Полезная модель относится к нефтегазовому оборудованию, к запорной арматуре нефтегазовых скважин, в частности к запорным механизмам обратных клапанов, работающих в условиях низких температур. Может быть применима при транспортировке скважинной продукции в технологической схеме добычи нефти и газа для защиты от замерзания и поддержания положительной температуры запорных механизмов обратных клапанов.

Известен обогреватель трубопроводной арматуры по патенту на полезную модель RU158219, H05B 6/10, 2015. Обогреватель содержит жесткий корпус с размещенным в нем электрическим нагревательным элементом, отличающийся тем, что электрический нагревательный элемент представляет собой индуктор, подключенный к источнику переменного тока промышленной или повышенной частоты, греющая поверхность которого выведена на внешнюю сторону корпуса обогревателя, сопряженную с обогреваемым участком трубопроводной арматуры, защищена термостойким немагнитным материалом с герметизацией расположенных в корпусе элементов термостойким компаундом, а для поддержания температуры в зоне нагрева в корпусе установлен терморегулятор релейного типа, запрещающий работу индуктора при достижении температуры в зоне нагрева выше заданной уставки терморегулятора и разрешающий работу индуктора в случае снижения температуры ниже заданной уставки терморегулятора. Недостатком являются высокие теплопотери обогревателя, обусловленные его большими габаритами и сложностью установки на участке трубопроводной арматуры, недостаточной эффективностью теплоизоляции.

Известен обогреватель клапана устья скважины, по патенту РФ на полезную модель RU91151, F28D 1/00, 2010. Обогреватель клапана, установленный на линии отвода газа из затрубного пространства скважины в нефтегазосборный трубопровод, состоящий из корпус-трубы, который соединен с трубой двумя боковыми стенками, вверху обогревателя находится заливная горловина с крышкой, имеющая прорези на внутренней резьбовой стороне, а в нижней части приварен патрубок с фланцем для соединения с блоком взрывозащищенного электронагревателя. Недостатками являются большие потери тепла из-за наличия промежуточного теплоносителя.

Известен обогреватель клапана устья скважины, по патенту РФ на полезную модель RU214997, H05B 3/30, 2022. Обогреватель клапана устья скважины, включает кабель с элементами подключения к сети и корпус, состоящий из двух соединяющихся между собой половин. Греющий кабель закреплен в пазах, которые выполнены на внутренней поверхности корпуса, и полых элементах связи, которые установлены в верхней и нижней частях. В центре внешней поверхности корпуса жестко закреплена ручка, а на боковой стороне на верхней и нижней частях установлены крепления, в которых выполнен дополнительный паз. Верхняя и нижняя части корпуса выполнены укороченными и образуют зазор, с противоположной стороны установлено крепление с шарниром. Внутри верхней и нижней частей корпуса выполнена полость, в которой закреплен теплоизоляционный материал, в качестве которого используют эковату. Недостатками такого обогревателя является невысокая эффективность нагрева вследствие отсутствия контроля температуры и возможности регулирования степени нагрева.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран обратный клапан с точечным обогревом, по патенту РФ на полезную модель RU190878, F16K 15/02, 2019. Обратный клапан содержит корпус, выполненный из двух соединенных друг с другом основного корпуса и стакана, и запорный механизм для пропуска скважинной продукции в одном направлении. При этом внутри стакана размещен картриджный обогреватель, являющийся частью запорного механизма, выполненный в виде полого металлического штока, жестко соединенного с металлическим плунжером. Для контролирования температуры нагрева внутри полого штока установлена термопара, контактирующая с плунжером, выполняющим функцию запорного элемента обратного клапана. Недостатком является низкая эффективность передачи тепла от картриджного нагревателя к элементам запорного механизма из-за наличия зазора между ними. Кроме того, расположение термопары ниже нагревательного элемента может привести к некорректным показаниям температуры и работе картриджного нагревателя.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективности нагрева запорного механизма клапана.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве обогрева обратного клапана, содержащем стержневой нагревательный элемент, для установки в полый шток клапана, температурный датчик, соединенный со стержневым нагревательным элементом, кабельный ввод с кабелями для соединения с устройством регулирования температуры, согласно полезной модели, наружная поверхность стержневого нагревательного элемента покрыта теплопроводящей пастой, температурный датчик установлен на конце стержневого нагревательного элемента со стороны кабельного ввода, место соединения температурного датчика и нагревательного элемента помещено в коаксиально установленные термоусадочную и металлическую трубки, зазор между которыми заполнен керамико-полимерным теплопроводящим материалом.

Достижение технического результата обеспечивается за счет использования покрытия из высокотемпературной теплопроводящей пасты. С помощью покрытия, нанесенного на наружную поверхность стержневого нагревательного элемента, устраняют зазор между внутренней поверхностью штока запорного элемента и поверхностью нагревательного элемента, обеспечивают плотный тепловой контакт этих элементов, снижая тем самым тепловые потери на нагрев воздушного пространства в зазоре. Кроме того, эффективность нагрева запорного элемента повышается и за счет теплопроводящих свойств самой высокотемпературной теплопроводящей пасты. Установка температурного датчика на конце стержневого нагревательного элемента со стороны кабельного ввода, а не на свободном его конце, как в ближайшем аналоге, позволяет избежать некорректных показаний температуры. Тепло от нагревательного элемента в устройстве движется снизу вверх, и при расположении температурного датчика выше нагревательного элемента более точно определяется температура в области запорного механизма. Также исключается влияние температуры среды в воздушном зазоре на показания температурного датчика. Корректные показания температурного датчика, передаваемые на управляющее устройство, позволяют обеспечить эффективность нагрева за счет возможности своевременного регулирования тепловых параметров, например, при снижении температуры ниже допустимой. Установка термоусадочной и металлической трубок коаксиально по отношению друг к другу и к продольной оси устройства и заполнение зазора между ними керамико-полимерным теплопроводящим материалом позволяет улучшить тепловой контакт между запорным механизмом обогреваемого обратного клапана и температурным датчиком. Наличие теплопроводящего материала улучшает процесс теплоотдачи от стенки запорного механизма к датчику температуры, позволяет измерить фактическую температуру штока, которая является определяющей в работе запорного механизма. За счет использования керамических включений материала обеспечивают высокий равномерный прогрев штока запорного механизма в течении длительного времени. Все это способствует повышению эффективности нагрева запорного механизма клапана.

На фигуре 1 представлен продольный разрез устройства обогрева клапана.

На фигуре 2 представлен обратный клапан в разрезе с установленным в нем устройством обогрева.

На фигуре 3 представлена схема размещения обогреваемого обратного клапана в технологическом оборудовании скважины.

Устройство обогрева 1 обратного клапана 17 содержит стержневой нагревательный элемент 2, в качестве которого может быть использован, например, нагреватель патронного типа. Один конец стержневого нагревательного элемента 2 является свободным, второй его конец соединен с температурным датчиком 3, в качестве которого могут использовать термопару или термометр сопротивления. Температурный датчик 3 устанавливают соосно со стержневым нагревателем 2. Место соединения температурного датчика 3 со стержневым нагревательным элементом 2 и сам температурный датчик 3 помещены в термоусадочную полимерную трубку 4. Вокруг термоусадочной трубки 4, коаксиально по отношению к ее оси, расположена защитная металлическая трубка 5. Термоусадочная трубка 4 и металлическая трубка 5 установлены с зазором между ними. Данный зазор заполнен керамико-полимерным теплопроводящим диэлектрическим материалом 8, например, компаундом. Свободный конец стержневого нагревательного элемента 2 покрыт высокотемпературной теплопроводящей пастой 6 на основе минерального масла с мелкодисперсными порошками алюминия и меди. Кабель или провод 7 от температурного датчика 3 выведен из устройства через взрывозащищенный кабельный ввод 10. Кабельный ввод 10 содержит корпус 11, уплотнения 12. Кабель 7 на выходе из взрывозащищенного кабельного ввода 10 помещен в металлорукав 13. Кабельный ввод 10 снабжен переходником 14 с наружной резьбой. Устройство обогрева устанавливают во внутрь стакана 16 обратного клапана 17 и крепят в нем при помощи переходника 14. Обратный клапан 17 содержит запорный механизм, состоящий из полого штока 18 с плунжером 19, уплотнения 20 полого штока 18 и пружину 21, установленные стакане 16. Стакан 16 клапана 17 установлен в отверстие основного корпуса 22 клапана 17 с возможностью перекрытия плунжером 19 перепускного отверстия 23. Габаритные размеры устройства обогрева соответствуют внутреннему диаметру уплотнений 20 и внутреннему диаметру полого штока 18 обратного клапана 17. Стержневой нагревательный элемент 2, покрывают высокотемпературной теплопроводящей пастой 6 и устанавливают внутрь полого штока 18 с упором в его нижнюю торцевую поверхность. Обратный клапан 17 с устройством обогрева устанавливают в отводе, соединяющем выкидную линию с затрубным пространством скважины. Кабель 7 от устройства обогрева, помещенный в металлорукав 13, соединяют с устройством регулирования температуры, соединенным с источником электропитания и размещенным шкафу управления 24.

Устройство обогрева обратного клапана работает следующим образом.

В выходной трубопровод от скважины, работающий в условиях низких температур, устанавливают обратный клапан 17 с устройством обогрева. Кабель 7 подключают к пропорционально-интегрально-дифференцирующему регулятору температуры, расположенному в шкафу управления 24 и задают значение температуру, при которой обеспечивается работа запорного механизма обратного клапана 17. При подаче напряжения на стержневой нагревательный элемент 2 происходит нагрев его поверхности. Нанесенная на поверхность элемента 2 высокотемпературная теплопроводящая паста 6 обеспечивает эффективный тепловой контакт нагревательного элемента 3 с элементами запорного механизма обратного клапана 17. Происходит нагрев штока 18, уплотнения 20, плунжера 19. Прогрев данных элементов предотвращает замерзание потока, проходящего через обратный клапан 17 и примерзание элементов друг к другу. Это исключает возможность нежелательного перекрытия потока, который транспортируется через клапан 17. С помощью температурного датчика 3 производят измерение температуры запорного механизма клапана 17, с помощью пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора температуры регулируют напряжение, подаваемое на стержневой нагревательный элемент 3, и поддерживают заданные необходимые значения тепловых параметров для обеспечения эффективной работы обратного клапана 17.

Таким образом, полезная модель позволяет повысить эффективность нагрева запорного механизма клапана.

Claims (1)

1. Устройство обогрева обратного клапана, содержащее стержневой нагревательный элемент, для установки в полый шток клапана, температурный датчик, соединенный со стержневым нагревательным элементом, кабельный ввод с кабелями для соединения с устройством регулирования температуры, отличающееся тем, что на наружную поверхность стержневого нагревательного элемента нанесена теплопроводящая паста, температурный датчик установлен на конце стержневого нагревательного элемента со стороны кабельного ввода, место соединения температурного датчика и нагревательного элемента помещено в коаксиально установленные термоусадочную и металлическую трубки, зазор между которыми заполнен керамико-полимерным теплопроводящим материалом.