天然氣自動(dòng)疏水閥閥芯固定結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

陳宇紅

（四川德陽(yáng)聯(lián)益石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)有限公司，四川德陽(yáng) 618000）

0 前言

天然氣氣液分離器是石油天然氣開(kāi)采、輸配氣流程上常用于分離天然氣伴生液、固雜質(zhì)的固定式壓力容器，與之配套的天然氣自動(dòng)疏水閥（見(jiàn)圖1）是一種幫助分離器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排液的裝置，該裝置因其無(wú)需人工輔助操作就可實(shí)現(xiàn)分離器內(nèi)積液自動(dòng)排出，有效地解決了因手動(dòng)排液不及時(shí)導(dǎo)致氣體中已經(jīng)被分離出的液固雜質(zhì)被氣流再次攜帶進(jìn)入輸氣管道內(nèi)的問(wèn)題，對(duì)提高排液效率、提升排液及時(shí)性、減少天然氣跑漏和降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度有很好的促進(jìn)作用。

圖1 天然氣自動(dòng)疏水閥

隨著生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，天然氣自動(dòng)疏水閥被更廣泛地應(yīng)用于無(wú)人值守站和天然氣氣井的生產(chǎn)流程中。但因現(xiàn)有的自動(dòng)疏水閥其自身設(shè)計(jì)、制造上的缺陷，導(dǎo)致該設(shè)備閥芯總成固定支座損壞時(shí)，由于其維修會(huì)涉及動(dòng)火作業(yè)，因此受到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)安全條件的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)就地快速維修。若在其發(fā)生故障時(shí)不能及時(shí)恢復(fù)運(yùn)行，分離器內(nèi)積液得不到及時(shí)排出，會(huì)導(dǎo)致固體雜質(zhì)在分離器內(nèi)沉積，造成分離器排污管線堵塞。同時(shí)，未能及時(shí)排出的液體還會(huì)再次被高速氣流攜帶進(jìn)入輸氣管道，在管道低洼和彎管處聚集，堵塞輸氣管道，造成管輸效率降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)流程憋壓，引發(fā)特種設(shè)備安全事故和人員傷亡事故[1]。積液長(zhǎng)期存在于輸氣管道低洼處，也會(huì)加速管道內(nèi)腐蝕后穿孔，引發(fā)環(huán)境污染事件，嚴(yán)重影響企業(yè)形象[2]。

在新井投產(chǎn)、老井挖潛中所采用的加沙壓裂等優(yōu)化產(chǎn)層的工藝措施，都不同程度上增加了流經(jīng)氣液分離器的天然氣中攜帶的液、固體雜質(zhì)的含量。自動(dòng)疏水閥在排液過(guò)程中，排液口受到含有固態(tài)雜質(zhì)的液體的頻繁沖刷，其密封面極易被刺壞，導(dǎo)致閥芯總成關(guān)閉不嚴(yán)，形成內(nèi)漏外跑的問(wèn)題。由于閥芯總成的固定座板是采用焊接的方式固定在筒體內(nèi)，在對(duì)其進(jìn)行維修時(shí)需對(duì)損壞件脫焊后再焊接新的固定座板。因受到天然氣采、集、配氣生產(chǎn)場(chǎng)所的安全限制，更換閥芯總成固定板無(wú)法實(shí)現(xiàn)就地維修，需從生產(chǎn)流程上將該設(shè)備整體拆下搬離生產(chǎn)區(qū)域才能進(jìn)行維修，其維修耗時(shí)長(zhǎng)且費(fèi)用高，對(duì)生產(chǎn)的安全、環(huán)保和生產(chǎn)的連續(xù)性造成了較大影響。為避免因天然氣內(nèi)漏外跑對(duì)生產(chǎn)和環(huán)境的影響，不得不停用疏水閥，改用手動(dòng)排液的方式，甚至出現(xiàn)設(shè)備長(zhǎng)期閑置的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了設(shè)備利用率[3]。

為提升設(shè)備安全性和維修效率，降低維修成本和對(duì)生產(chǎn)造成的影響，必須對(duì)閥芯總成固定結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以解決該設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)就地維修的問(wèn)題，從而達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提升設(shè)備利用率，降低維修安全風(fēng)險(xiǎn)的目的[4]。

1 改造思路

從圖2中可以看出，由于閥芯總成排水口密封端板（紅色框內(nèi)）是采用焊接的方式將其固定在筒體上的，因其四邊部位與筒體之間存在間隙（箭頭2所指部位），排液時(shí)，液體會(huì)在間隙位置形成旋轉(zhuǎn)流，出水管因受到該流體的頻繁沖刷而被刺穿，同時(shí)閥芯總成排水口密封面（箭頭1所指位置）也會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)期受到?jīng)_刷而刺壞，導(dǎo)致閥芯總成關(guān)閉不嚴(yán)，形成內(nèi)漏，給生產(chǎn)安全造成極大的安全隱患。

圖2 閥芯固定改進(jìn)前

由于采輸氣生產(chǎn)流程輸送的介質(zhì)為易燃易爆的天然氣，現(xiàn)場(chǎng)維修需要辦理的手續(xù)繁多，且直接在生產(chǎn)流程上進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)也存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，只能將設(shè)備從流程上拆除移送到非生產(chǎn)區(qū)域才能進(jìn)行焊接維修，但若不改變現(xiàn)有閥芯總成排水口密封端板固定的方式，當(dāng)設(shè)備再次發(fā)生類(lèi)似故障時(shí)，還是只能采取整體拆離維修的方式進(jìn)行修復(fù)，這對(duì)生產(chǎn)的正常運(yùn)行和安全造成影響。

經(jīng)對(duì)故障現(xiàn)象的分析，只有改變閥芯總成排水口密封端板與筒體的連接方式和閥芯總成支座結(jié)構(gòu)，才能有效解決該問(wèn)題引發(fā)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)安全就地維修，降低對(duì)生產(chǎn)影響的目的[5]。

該裝置改造需要考慮以下問(wèn)題：①裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建立在不改變現(xiàn)有閥芯總成結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上；②裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于拆、裝維護(hù)；③裝置不改變閥體的承壓級(jí)別，密封性符合使用要求；

2 裝置設(shè)計(jì)

按照改造要求，閥芯總成固定裝置要起到連接閥體和固定閥芯總成的作用，且不影響閥芯總成的正常啟閉。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)繪，最終確定支座裝置設(shè)計(jì)圖（圖3結(jié)構(gòu)剖視圖）。其特征包括支座（1）、閥芯安裝板（2）和緊固扣件（3）。

圖3 結(jié)構(gòu)剖視圖

該裝置采用分段式設(shè)計(jì)，將支座由三段構(gòu)成，當(dāng)出水口刺壞或出水管刺壞后，只需就地更換相應(yīng)位置的配件即可恢復(fù)自動(dòng)疏水閥正常使用，省去了從流程上拆、裝自動(dòng)疏水閥的時(shí)間，避免動(dòng)火焊接作業(yè)。在滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢維修安全要求的同時(shí)，縮短了維修時(shí)間，減少了維修工作量，降低了維修成本[6]。

3 裝置制作及應(yīng)用

3.1 裝置連接方式

支座（1）能夠與疏水閥筒壁可拆卸連接，閥芯安裝板（2）能夠與閥芯總成可拆卸連接，閥芯安裝板（2）設(shè)置貫穿的連接孔（4），支座（1）穿過(guò)連接孔（4）后與緊固扣件（3）可拆卸連接，支座（1）設(shè)置第一通孔（5），緊固扣件（3）設(shè)置第二通孔（6），第一通孔（5）和第二通孔（6）貫通形成流體通道。

3.2 裝置加工

閥芯安裝板（2）開(kāi)孔（6）內(nèi)徑尺寸和緊固扣件（3）外觀和（11）孔位尺寸按設(shè)備原尺寸加工，確保與原閥芯總成的尺寸匹配。支座（1）通過(guò)（10）與閥體以螺紋方式連接，閥體開(kāi)孔位置在原出水口的位置，用攻絲的方式開(kāi)孔，其開(kāi)孔大小略大于原出水管，第一開(kāi)孔（5）與第二開(kāi)孔（6）采用螺紋連接。具體尺寸根據(jù)自動(dòng)疏水閥的實(shí)際尺寸來(lái)確定。

3.3 裝置應(yīng)用

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安裝試驗(yàn)，該裝置可以與設(shè)備其他配件很好地結(jié)合，運(yùn)行情況良好，裝置采用分段式可以根據(jù)故障情況更換對(duì)應(yīng)的零件部分，實(shí)現(xiàn)免焊接、就地快速維修，能有效解決自動(dòng)疏水閥自身設(shè)計(jì)制造上的不足造成的現(xiàn)場(chǎng)檢維修困難的問(wèn)題，確保了生產(chǎn)安全和連續(xù)性[7]。（圖4、圖5）

圖4 閥芯改進(jìn)后的正面

圖5 閥芯改進(jìn)后的側(cè)面圖

3.4 改造經(jīng)濟(jì)效益分析

改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足自動(dòng)排污閥安全使用要求，解決設(shè)備設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的不能就地維修的問(wèn)題，很好地解決目前設(shè)備設(shè)計(jì)上存在的問(wèn)題，對(duì)降低設(shè)備故障率、縮短維修周期、提升維修效率、減少維護(hù)成本，對(duì)延長(zhǎng)氣液分離器和自動(dòng)排污閥使用壽命有積極的促進(jìn)作用。該裝置已獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局實(shí)用新型專(zhuān)利授權(quán)（專(zhuān)利號(hào)：ZL 2023 2 0930402.6）。

經(jīng)濟(jì)效益分析如下：

（1）改造后，單臺(tái)維修可節(jié)省油建作業(yè)2臺(tái)班時(shí)，維修4人工時(shí)，費(fèi)用0.84萬(wàn)元。按目前現(xiàn)場(chǎng)投用自動(dòng)疏水閥66臺(tái)套，預(yù)計(jì)可節(jié)約維修費(fèi)支出55.44萬(wàn)元。

（2）改造后，縮短設(shè)備維修停待時(shí)間。改造前，維修一臺(tái)需要6 ～8 h，改造后，維修一臺(tái)僅需1.5 h，極大地降低了因設(shè)備檢修停用時(shí)間長(zhǎng)對(duì)生產(chǎn)的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)疏水閥在經(jīng)過(guò)改造后，可避免因設(shè)備刺漏后無(wú)法及時(shí)維修導(dǎo)致的天然氣跑冒和地層水滲漏引發(fā)的安全環(huán)保問(wèn)題，可有效保證氣液分離器的高效、安全運(yùn)行，避免壓力容器和壓力管道安全事故的發(fā)生，對(duì)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提升設(shè)備利用率，降低維修風(fēng)險(xiǎn)，縮短維修周期，減少維修成本，促進(jìn)企業(yè)的安全、平穩(wěn)生產(chǎn)。