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可調(diào)式燃?xì)夤芫€自動(dòng)防噴安全閥設(shè)計(jì)

文檔作者：王志云文檔來源：山東省東營(yíng)職業(yè)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月03日
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2010年第39卷
第2期第79頁
石油礦場(chǎng)機(jī)械
OIL FIELD EQUIPMENT
文章編號(hào)：1001_3482(2O10)02 0079 04
可調(diào)式燃?xì)夤芫€自動(dòng)防噴安全閥設(shè)計(jì)
王志云
(山東省東營(yíng)職業(yè)學(xué)院工業(yè)工程系，山東東營(yíng)257091)
摘要：針對(duì)高壓輸氣管線易發(fā)生噴漏事故的問題，研究設(shè)計(jì)了一種可調(diào)式燃?xì)夤芫€自動(dòng)防噴安全
閥。將該閥安裝在高壓輸氣管路中，正常生產(chǎn)時(shí)不起作用；無論何種原因造成管路內(nèi)氣流量大于限
定流量(例如管線爆裂、閘閥失控等)時(shí)，該閥均能立即自動(dòng)關(guān)閉，截?cái)鄽庠矗浦故鹿实臄U(kuò)大和蔓
延，并能在修好管路后，自動(dòng)打開，恢復(fù)生產(chǎn)。為適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)的不同流量要求，該閥設(shè)計(jì)了限定流
量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以方便地?zé)o級(jí)調(diào)節(jié)限定流量。
關(guān)鍵詞：燃?xì)夤芫€；自動(dòng)防噴；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
中圖分類號(hào)：TE927．7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Adj ustable Automatic Gas Pipeline BOP Valve Design
W ANG Zhi—yun
(Dongying Vocational College of Shandong ，Dongying 257091，China)
Abstract：For high—pressure gas line leak jet accident—prone issues，research and design of a gas
pipeline automatically adjustable valve BOP were made．The valve was installed in the high—pres
sure gas pipeline routes，the normal production does not work；whatever causes gas pipeline m ore
than limit the traffic flow (such as a large number of pipeline burst，out—of—control valve，etc．)，
the valve can autom atically shut down，cut off gas to stop the expansion and spread of the inci—
dent and after the line fixed，automatic open，to resum e production． In order to m eet the produc—
tion requirements of different flows the valve was designed to limit the flow regulating agencies，
and can easily limit free adj ustment．
Key words：gas pipeline；auto—BOP；regulating agencies
天然氣是清潔能源，更是極為重要的廉價(jià)化工
原料，越來越受到人們的重視，因此，在世界各油田，
天然氣的開發(fā)比重越來越大。隨著對(duì)天然氣開發(fā)規(guī)
模的擴(kuò)大，天然氣的安全輸送問題越來越顯得重要，
因?yàn)楦邏喝細(xì)庖坏┦Э兀浜蠊筒豢霸O(shè)想。由于
輸氣管線的腐蝕、老化和破壞等原因，使高壓燃?xì)夤?
線的泄漏事故不可能完全避免。隨著安全生產(chǎn)意識(shí)
的加強(qiáng)，尤其是在海洋油氣開采中，油氣輸送設(shè)備中
的安全裝置越來越受到人們的高度重視。為此，有
必要設(shè)計(jì)一種燃?xì)夤芫€自動(dòng)防噴安全閥，將它安裝
在高壓輸氣管線中，正常生產(chǎn)時(shí)，不影響生產(chǎn)；如果
安全閥以后輸氣管線內(nèi)氣流量突然增大(如管線爆
裂、閘閥失控等)時(shí)，該閥能立即自動(dòng)關(guān)閉，截?cái)鄽?
源，制止事故的擴(kuò)大和蔓延，最大限度地減小事故損
失，給管線設(shè)備的修復(fù)留有足夠的時(shí)間和可能，并能
在修好管路后，自動(dòng)打開，恢復(fù)生產(chǎn)。調(diào)查中，設(shè)計(jì)
該種安全閥受到普遍支持。以前曾設(shè)計(jì)過一種氣井
安全裝置 ]，也曾研制成功了一種燃?xì)夤芫€自動(dòng)安
全閥 ]，雖然該燃?xì)夤芫€自動(dòng)安全閥能夠滿足以上
工作要求，但其限定流量調(diào)節(jié)分級(jí)，不能進(jìn)行無級(jí)調(diào)
收稿日期：2009—08—01
作者簡(jiǎn)介：王志云(1964一)，女，山東青州人，副教授，主要從事石油礦場(chǎng)機(jī)械的教學(xué)和科研工作，E—mail：zhiyunwang02@
126．corn 。
孑彳油礦場(chǎng)機(jī)械
節(jié)，且調(diào)節(jié)時(shí)必須全部拆卸，用更換彈簧的方法調(diào)節(jié)
限定流量。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)流量的要求變化很大，
要求隨時(shí)調(diào)節(jié)限定產(chǎn)量。為此，研制了一種可調(diào)式
燃?xì)夤芫€自動(dòng)安全閥，在滿足以上要求的同時(shí)，還可
以隨時(shí)凋節(jié)限定流量。
1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
經(jīng)過分析對(duì)比和反復(fù)論證，確定本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)
方案如圖1。閥體外部具有入口法蘭(左)和出口法
蘭(下)，便于與輸氣管線連接；內(nèi)部具有主閥腔和調(diào)
l節(jié)閥腔，腔內(nèi)分別裝有主閥部分和調(diào)節(jié)部分。
主閥部分主要由主閥芯、閥座、閥 芷=彈簧組成，
安裝在閥體和絲堵形成的主閥腔內(nèi)；主閥 下端為
倒錐體， 段和中段均為圓柱體，』二段橫截面積大于
下段錐體的有效橫截面積，．且與閥體之間為較大的
間隙配合；閥芯彈簧裝在主閥 和絲堵之間，其作用
是為主閥芯下行復(fù)位克服摩擦力。
A
主氣流 一挎制氣流 A～ 節(jié)流門
1_闊體；2 主閥芯；3 閡鷹；4 閥芯彈簧；5 調(diào)節(jié)閥芯；
6～導(dǎo)桿；7 壓帽；8一捌節(jié)彈簧；9一密封環(huán)；10 調(diào)節(jié)桿；
11 高壓組合桁封；12 密封壓帽；13～()形密封罔；
14 絲堵；1 5 減 螺釘
圖1 口 調(diào)試燃?xì)夤芫€自動(dòng)防噴安全閥結(jié)構(gòu)
涮節(jié)部分主要由調(diào)節(jié)閥芯、導(dǎo)桿、壓帽、調(diào)節(jié)彈
簧、調(diào)節(jié)桿、高壓組合密封組成，安裝在由閥體和密
封壓帽形成的調(diào)節(jié)閥腔內(nèi)；調(diào)節(jié)閥芯下部為錐體，上
部有內(nèi)螺紋，與導(dǎo)桿螺紋連接；導(dǎo)桿裝在調(diào)節(jié)桿的孔
內(nèi)，上端有臺(tái)肩，由調(diào)節(jié)彈簧支承在壓帽上；壓帽與
調(diào)節(jié)桿螺紋連接，限定了調(diào)節(jié)彈簧的工作位置；調(diào)節(jié)
桿下部為筒體，中部臺(tái)肩為螺紋，與閥體螺紋連接，
上部為光滑圓柱體，與高壓組合密封形成密封，上端
為正方柱，以便使用扳手進(jìn)行調(diào)節(jié)；密封壓帽與閥體
螺紋連接，以便壓緊高壓組合密封。
減壓螺釘?shù)淖饔檬窃谔厥馇闆r下給閥內(nèi)泄壓。
2 工作原理
將該安全閥安裝在輸氣管線的閘板閥之后，轉(zhuǎn)
動(dòng)調(diào)節(jié)桿至要求的限定流量位置。當(dāng)打開閘板閥
時(shí)，主氣流從安全閥人L=l進(jìn)入主閥腔，如圖1。部分
氣流(即控制氣流)便通過主閥芯上段與閥體問的配
合間隙進(jìn)入調(diào)節(jié)閥腔，流過調(diào)節(jié)閥芯下的節(jié)流口，進(jìn)
人安全閥出口。設(shè)入口壓力為P ，主閥芯上端壓力
為P。，出口壓力為P。。
正常工作時(shí)，節(jié)流口A上的壓力降很小，主閥
芯的上下端壓力幾乎相等，即P ≈P。，但由于主閥
芯上端截面積大于下端截商積，主閥芯在壓差
Ap 一P 一P。的作用下，克服閥芯彈簧力和自身重
力向上開肩并保持在一定的高度，使主氣流通過主
閥芯與閥座間的環(huán)形空間，排往管線。由于形成主
氣流和控制氣流的壓差相同，所以主氣流和控制氣
流的流量大小成正比關(guān)系。
當(dāng)安全閥后的輸氣管線發(fā)生泄漏時(shí)，安全閥出
口壓力P。下降；由于主閥 芒：上下端連通，出口壓力
P 的下降對(duì)主閥芯的工作狀態(tài)影響不大，但對(duì)調(diào)節(jié)
閥芯影響顯著，因?yàn)橥ㄟ^安全閥主閥腔內(nèi)的主氣流
很快增加的同時(shí)，調(diào)節(jié)閥腔內(nèi)的控制氣流也很快增
加，節(jié)流口A 的節(jié)流損失增大，調(diào)節(jié)閥芯的上下壓
差增大，在這個(gè)壓差力的作用下，調(diào)節(jié)閥芯拉動(dòng)導(dǎo)
桿，克服調(diào)節(jié)彈簧的彈力，下行關(guān)閉節(jié)流口A，截?cái)?
控制氣流，從而使P 升高到P ，此時(shí)主閥芯在P
的作用下，下行關(guān)閉全部氣路。
管路修復(fù)后，如果安全閥出口壓力恢復(fù)到正常
回壓，調(diào)節(jié)閥芯在調(diào)節(jié)彈簧的彈力作用下自動(dòng)打開，
恢復(fù)正常生產(chǎn)。特殊情況下，如果出口管線中回壓
太低，或者入口管線中壓力太高，調(diào)節(jié)閥芯不能打開
時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉安全閥前的閘板閥，然后旋開減壓螺
釘，卸掉閥內(nèi)壓力；調(diào)節(jié)閥芯打開后旋緊減壓螺釘，
緩慢打開閘板閥，可恢復(fù)生產(chǎn)。
3 限定流量的調(diào)節(jié)原理
由以上工作原理知，能使調(diào)節(jié)閥芯下行、關(guān)閉節(jié)
流口A 的動(dòng)力是調(diào)節(jié)閥芯的上下壓差；而這個(gè)壓差
是由控制氣流通過節(jié)流口A時(shí)所受的阻力形成的，
其大小取決于節(jié)流口A的過流面積和流量，過流面
積一定時(shí)，形成關(guān)閉壓差所需要的流量也一定；過流
面積增大，形成關(guān)閉壓差所需要的流量也增大，反之
第39卷第2期 王志云：可調(diào)式燃?xì)夤芫€自動(dòng)防噴安全閥設(shè)計(jì)
則減??；而該過流面積的大小取決于調(diào)節(jié)閥芯與錐
孔縫隙的大??；由于控制氣流與主氣流成比例，所以
調(diào)節(jié)該閥限定流量的關(guān)鍵是調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥芯與錐孔的
縫隙大??；所以旋出或旋進(jìn)調(diào)節(jié)桿就可以使該閥的
限定流量變大或變小。
調(diào)節(jié)閥芯的某一相對(duì)高度下的限定流量的計(jì)算
很繁瑣，且很不準(zhǔn)確，因此本文不作敘述。本設(shè)計(jì)的
各種相對(duì)高度下的限定流量是在結(jié)構(gòu)一定的條件下
由試驗(yàn)得出的。
4 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
所設(shè)計(jì)安全閥必須滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的輸氣量
要求，以保證正常生產(chǎn)時(shí)不會(huì)關(guān)井；同時(shí)滿足實(shí)際工
作壓力和環(huán)境溫度的要求。據(jù)我國(guó)天然氣生產(chǎn)的實(shí)
際，確定本設(shè)計(jì)的主要參數(shù)為：最大允許輸氣量
Q 一4×10 m。／h；最大工作壓力P 一70 MPa；
安全閥的最高工作溫度為70℃ 。
5 主要零件的設(shè)計(jì)
5．1 閥體
閥體是最主要的基礎(chǔ)零件，考慮到耐腐蝕要求，
選用材料為0Crl7Ni4Cu4Nb精鑄成型，固溶處理：
鑄件退火后，1 020～ 1 060 dC快冷，480時(shí)效，
HBS375～390。進(jìn)出口法蘭均采用7O MPa標(biāo)準(zhǔn)
6BX型整體發(fā)蘭(SY／T5127—2O02)；主閥腔和調(diào)
節(jié)閥腔內(nèi)各段均提出相應(yīng)的同軸度要求，加工精度
為7級(jí)。閥體危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度計(jì)算如下：
安全閥體只有在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生最大壓
力，該壓力為氣源的最大壓力。本設(shè)計(jì)確定氣源壓
力P 一70 MPa。由結(jié)構(gòu)確定，危險(xiǎn)截面的外徑D。
一120 mm，內(nèi)徑D 一75 mm，徑比K—D。／D 一
120／75—1．6，可確定為一厚壁筒壓力容器。安全閥
體材料為耐腐蝕不銹鋼0Crl7Ni4Cu4Nb，其 一
930 M Pa。
由厚壁筒中徑公式 ]，其周向應(yīng)力為
。一 麗 P z一一 等『_ 二 X 70=152 MPa
安全系數(shù) 一 一而930—6
． 1，安全。
D 上J
5．2 主閥芯與閥座
主閥芯下端設(shè)計(jì)為錐形結(jié)構(gòu)，以便與閥座形成
錐面密封；上端設(shè)計(jì)為柱面結(jié)構(gòu)，用于閥芯導(dǎo)向并形
成縫隙節(jié)流。對(duì)錐面密封的主要要求是關(guān)閉后形成
可靠的密封。在正常工作時(shí)，主閥芯與閥座間有高
速氣流通過，氣流中可能含有地層砂，有可能對(duì)主閥
芯與閥座產(chǎn)生沖蝕使密封性下降。為此主閥芯的下
錐體和閥座均選用高強(qiáng)度、耐腐蝕的納米金屬陶瓷
材料，兩者為30。錐面結(jié)合。成對(duì)研磨形成密封面。
該種結(jié)構(gòu)自封性好，承壓能力高，使用壽命長(zhǎng)。為了
節(jié)省貴重的納米陶瓷材料，主閥芯由2件組合而成，
上主體部分選用耐腐蝕不銹鋼材料，而且作成空心
結(jié)構(gòu)，以減小閥芯的慣性力的影響。
5．3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
為了獲得較高的調(diào)節(jié)靈敏度，在整個(gè)控制氣流
的流道中，錐形調(diào)節(jié)閥芯與其對(duì)應(yīng)的孔座形成的節(jié)
流縫隙是最小的。在正常生產(chǎn)時(shí)縫隙中流量很小，
流速不大，沖蝕作用不強(qiáng)，因而選用與閥體相同的材
料就可以滿足壽命要求。調(diào)節(jié)彈簧的作用是控制調(diào)
節(jié)閥芯在正常生產(chǎn)時(shí)不關(guān)閉，而在輸出管線發(fā)生泄
漏事故，出口壓力p。降低到一定數(shù)值時(shí)關(guān)閉。為了
提高調(diào)節(jié)的靈敏度，調(diào)節(jié)彈簧的剛度選用較小值，本
設(shè)計(jì)剛度選為6 N／mm。
6 安全閥
限定流量和標(biāo)準(zhǔn)體積流量換算：
安全閥的體積流量是以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(標(biāo)準(zhǔn)氣壓
0．101 MPa、標(biāo)準(zhǔn)溫度273．15 K)下的體積流量給出
的，稱為標(biāo)準(zhǔn)體積流量。安全閥所給出的限定流量
是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)定的。若安全閥的限定流量為
q ，安全閥的實(shí)際出口壓力為P，氣體絕對(duì)溫度為
T，在忽略氣體含液量和氣體粘度變化的條件下，有
狀態(tài)方程
一之
T T
式中，q。、q 為分別為標(biāo)準(zhǔn)體積流量和安全閥的限定
流量，m。／h；P。、P分別為標(biāo)準(zhǔn)氣壓和安全閥的實(shí)際
出口壓力，MPa；T。、T為分別為氣體的標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)溫
度和實(shí)際工作溫度，K。
由狀態(tài)方程可以得安全閥實(shí)際限定的標(biāo)準(zhǔn)體積
流量q。為
q。一q 等 (1)
代人參數(shù)得
- qo 一q 2 704q 了P (2)
v 麗 v了 (zJ
反之，若已知需要安全閥實(shí)際限定的標(biāo)準(zhǔn)體積
流量q。，可以得出在該狀態(tài)下所需要安全閥的限定
流量q
2010年第39卷
第2期第82頁
石油礦場(chǎng)機(jī)械
OIL FIELD EQUIPMENT
文章編號(hào)：1O01—3482(2O10)02—0082—05
絞車滾筒亂繩原因分析及解決方法
高加索 ，范吉祥。，劉文娟。
(1．南陽二機(jī)石油裝備(集團(tuán))有限公司，河南南陽473006；2．大慶油田井下作業(yè)分公司，
黑龍江大慶163355；3．長(zhǎng)慶油田分公司機(jī)械制造總廠，西安710201)
摘要：絞車滾筒亂繩是造成鋼絲繩過快磨損和失效的主要原因之一。結(jié)合生產(chǎn)、服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)絞車
滾筒亂繩的原因進(jìn)行了分析，并提出了解決方法，對(duì)油田作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有效解決絞車滾筒亂繩、提高作
業(yè)效率、降低作業(yè)成本提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：絞車；鋼絲繩；亂繩
中圖分類號(hào)：TE923 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
Analysis and Solution for Disorders of W ire Rope on Drawwork Drum
GAO Jia—SUO ，F(xiàn)AN Ji xiang ，LIU Wen—juan。
(1．RG Petro—M achinery (Group)Co．，Ltd．，Nanyang 473006，China；2．DownholeOperation Company
DaqingOilfield，Daqing 163355，China；3．MachineryFactory ofGeneral，Changqing
oiu’ield Company，Xi’an 710201，China)
Abstract：The wire rope disorder is one of the main factors that caused the quick abrasion and the
quick inefficacy of the wire rope．According to the production and service experiences，a system—
atic analysis of wire rope disorders was made，and a corresponding solution for this problem was
? ·● ? ·● ? ·● ? -● ? ·● ? ·● ? -● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? -● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·● ? ● ? ·● ? ·● ? ·● ? ·●
P。T
qv=
代人標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)得
qv= 3．70X 10 4q0
7 結(jié)論
， 而在野外及露天環(huán)境下的工作可靠度高，比電控、液
控等自動(dòng)安全閥具有優(yōu)勢(shì)。
4) 主閥芯和閥座選用高硬度、耐腐蝕金屬陶
瓷材料，具有很高的耐沖蝕能力；其他部件均采用耐
? H s、CO 腐蝕的高強(qiáng)度不銹鋼，適用于輸送各種類
型的天然氣。
1) 設(shè)計(jì)的自動(dòng)防噴安全閥在正常生產(chǎn)時(shí)不影
響生產(chǎn)，一旦管線發(fā)生噴漏，可以立即關(guān)閉，切斷氣
源；事故處理完后不需調(diào)整就可以方便地恢復(fù)生產(chǎn)，
使用方便，維護(hù)費(fèi)用很低。
2) 設(shè)計(jì)了限定流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以方便地?zé)o
級(jí)調(diào)節(jié)限定流量。
3) 純機(jī)械控制的燃?xì)夤芫€自動(dòng)防噴安全閥結(jié)
構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的檢測(cè)系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)，因
參考文獻(xiàn)：
[13 王志云，張積明．全通徑井下自動(dòng)防噴器設(shè)計(jì)EJ]．石
油礦場(chǎng)機(jī)械，2009，38(4)：37—4O．
[2] 王志云，張積明．燃?xì)夤芫€自動(dòng)防噴安全閥的研制
[J]．石油機(jī)械，2009，37(6)：58～61．
[3] 趙正修．石油化工壓力容器設(shè)計(jì)[M]。東營(yíng)：石油大學(xué)
出版社，1996．
[42 陸元章．現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)：2卷[K]．北京：機(jī)械
工業(yè)出版社，1996．
收稿日期：2009—08 19
作者簡(jiǎn)介：高加索(1967一)，男，河南唐河人，高級(jí)工程師，1990年畢業(yè)于西安石油學(xué)院(現(xiàn)西安石油大學(xué))機(jī)械制造工藝與
設(shè)計(jì)專業(yè)，從事鉆采設(shè)備的設(shè)計(jì)制造工作，E—mail：rggjs@126．corn。

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