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  高压天然气安全生产的重要性
 
    高压天然气井在给人们提供了大量优质能源的同时,也给人们带来不少的麻烦。一旦发生泄漏,后果不堪设想。在金属腐蚀因素和不可预知的人为因素的影响下,输气设备的泄漏是不可能完全避免的。而这些泄漏事故的随机性、偶然性给我们的预防工作增加了难度;处理事故的紧迫要求更使人们感到棘手,因为每拖延一分钟就可能使损失扩大成千上万倍。
 
  输气安全装置的使用现状
 
目前应用较多的输气安全装置一般是液控、气控或电控的闸板式安全装置,在事故发生时,要靠管理人员的指令迅速切断气路,避免事故的扩大。但在管理人员远离现场或无人看管的情况下往往贻误最佳关闭时机。
更先进的电控、液控或气控自动安全阀能够及时自动地关闭气路,但它必须具备一套灵敏可靠的电液(气)控制系统和执行机构。一旦系统的某一元件发生故障,就会使装置失灵;而偶然的管路泄漏事故一年或者几年也不一定发生一次,长期的环境侵蚀和管理者的思想麻痹使保持整个系统灵敏可靠的工作变得困难。
 
  产品介绍
 
燃气管线自动防喷安全阀是一种根据产气流量大小,纯机械自动控制的燃气管线安全工具。适用于高压燃气管线,以保证自动防喷安全阀以后燃气管线的生产安全。
 
  自动防喷安全阀的作用
 
将该阀连接在高压采气井井口生产闸门之后或燃气输送的管路中,只要输气流量不大于预先调定的最大流量,该阀保持畅通,不影响正常生产。 无论何时、何种原因,只要该阀以后(或以前)的管路中产生泄漏(如爆裂、穿孔、盗气等),该阀就会立即自动关闭,切断气流通路。该关闭动作无需任何辅助设备,不会因为电控系统或液控系统的故障而错过最佳关闭时机,造成恶性事故。修好管路后,阀前后恢复到原正常生产压力值,该阀就可以自动打开,恢复正常生产。
 
  结构组成
 
 
1-阀壳; 2-调节环; 3-控制弹簧; 4-前阀座; 5-阀体总成; 6-减压螺钉; 7-后阀座; 8-后阀壳;
 
  主要零部件的结构与作用
 
前阀壳(1)的左端加工有与闸板阀连接的标准法兰盘,以实现与相邻元件的密封连接,也可根据用户要求加工特殊要求连接扣。右端的细牙螺纹与后阀壳(8)连接,用以压紧紫铜调节环(2),实现高压密封。更换不同厚度的调节环(2)可以获得安全阀的不同最大允许流量。前阀座(4)压装在前阀壳的右端孔内。后阀座(7)压装在后阀壳(8)的孔内。具有前、后导向翼的阀体(5)在前、后阀座形成的工作空间内完成双向开、关。控制弹簧(3)支承在前阀壳内孔的突肩上,通过阀体(5)的前翼给阀体(5)一个向左的推力,使非工作状态下的阀体压紧在前阀座(4)上,实现反向密封。后阀壳(8)的右端也加工有标准法兰盘,其用途与前阀壳的左端相同。
 
  安装位置
 
 
  工作原理
 
将该阀连接在高压气井井口的两个生产闸门之间,检验连接螺栓的上紧力矩合格后,打开生产闸门,该阀就处在工作状态。生产气流由左端孔进入,以很小的压差(0.04~0.06MPa)将阀体(5)压开,进入正常工作状态。随着气流量的增大在阀体(5)前后形成的压差就相应增大,作用在阀体上的作用力就增大,控制弹簧(3)被压缩,阀体(5)向右移动。只要通过阀体与阀壳间的流量不大于调定流量,在阀体前后形成的压差就不会将阀体移动到使阀关闭的位置,总处于开启状态,进行正常生产。
当安全阀以后的管路发生泄漏时,阀体与阀壳间的气流量增大,阀体(5)前后压差也增大。当通过阀体与阀壳间的流量大于限定流量时,在气流冲击和压差的共同作用下,阀体克服弹簧力进入后阀座,安全阀立即关闭,切断气路,并及时报警。这样就可以避免了事故的进一步扩大,给处理事故留出足够的时间。
事故处理完成,连好管路后,打开生产闸门,安全阀前后压力恢复到原来生产状态,阀体两边受力也达到原平衡状态,在弹簧的作用下,阀体离开右阀座,进入正常生产状态。
特殊情况下,如外输管线回压过低或者井口油压过高,阀体仍处于关闭状态,要想重新打开,则要将安全阀左边的生产闸门关闭,旋松减压螺钉(6),使阀体左腔压力降低,安全阀就会打开(听到噗的一声)。打开后将减压螺钉旋紧,再缓慢打开左边的生产闸门,就可恢复正常生产。
 
  产品特点
 
1、按API最高级别耐硫化氢腐蚀标准选用优质的不锈钢材料,使该阀具有良好的耐H2S、CO2腐蚀特性。阀体与阀座均采用纳米金属陶瓷材料,具有良好的耐腐蚀和耐气流冲刷的性能。承压能力高,使用寿命长。
2、该安全阀根据流量的大小,采用纯机械的弹簧控制,能在事故发生的瞬时切断气流通路,而且不会因为电控系统或液控系统的故障而错过最佳关井时机,最大限度地减小恶性事故的扩大。
3、该安全阀从结构上保证控制弹簧处于流速最低的部位工作,使弹簧免受高速气流的冲刷,保证了弹簧的工作寿命。
 
  性能参数及相关计算
 
1、最大工作压力pmax,根据用户的要求不同,分别有35MPa,70MPa、105MPa;
2、前后最小工作压差pmin≥0.4MPa。
3、最大工作温度tmax= 135℃。
4、工作寿命10年;
5、标定最大限定产气量Q0:标定试验条件(出口压力为标准大气压,气体温度为0℃)下的使阀体关闭的气体流量。分别有250m3/h、350m3/h、500m3/h、700 m3/h;
 
  气体流量测试计算公式
 
根据惯例,天然气是以标准状态下的气体体积流量来计量的,简称标方。即温度为0℃,压力为1个标准大气压时的1m3气体为1标方。
流过节流口气体的体积流量换算成标准状态下为:当p2/p1≤0.546时,流速在声速区qv=113.4sp1(273/T1)1/2L/min
当p2/p1>0.546时,流速在亚声速区。
qv=227s(p2(p1-p2))1/2(273/T1)1/2L/min
地面测试时,安全阀内流速为声速;正常生产中,安全阀内流速为亚声速;发生失失控事故时,安全阀内流速为声速。
 
  实际最大限定产气量Q的计算
 
安全阀的实际入口压力和实际气体温度下工作时,使其关闭的标准气体流量。有下列经验公式计算
Q=2730pQ0/Tm3/h
式中Q-实际最大限定产气量,m3/h,
p-稳定生产时的入口绝对压力,MPa
Q0-标定最大限定产气量,m3/h,
T-稳定生产时的入口气体热力学温度,T=273+tK
其中t-为入口气体摄氏温度值,℃
 
  适用范围
 
(1)本安全阀适用于管路最大压力小于或等于安全阀最大工作压力的输气管线中,以保证安全阀能够可靠工作。
(2)本安全阀适用于的最大输气量小于或等于安全阀实际最大限定产气量的管路中,以保证不影响管路的正常生产。各型号的安全阀实际最大限定产气量Q=2730pQ0/Tm3/h,详见附表。
(3)本安全阀能在所输送天然气的H2S含量低于200g/m3,CO2含量低于200g/m3,水、油等液相成分体积含量低于1.5%,固相体积含量低于1%的环境下可靠的工作;工作寿命不低于5年。
(4)本安全阀最大允许输水量为各相应输气量的50~60分之一
 
  安装使用
 
现以高压采气井口为例说明安装使用方法。
为了确保安全,该安全阀一般与前后两个同参数的闸板阀配合使用。将该阀连接在两闸板阀之间。
1、打开包装检查安全阀外观,无磕碰,无变形;前后两阀壳之间上紧力矩不小于3200Nm;用专用工具,从入口推动阀芯时,有滑动感为合格。
2、在前后两闸阀均被关严之后,分开两闸阀,按所标的气流方向插入该安全阀(含密封垫环)。按标准的法兰连接要求,上紧两端连接螺栓。
3、检查操作无误后,打开入口闸阀,检查出口闸阀后的管路中回压正常后,缓慢打开出口闸阀。查看管路中压力、流量正常、各密封部位无渗漏后,安装工作结束。
4、正常使用中一般不需维护。
 
  注意事项
 
1、新安装安全阀后,如果输出管路无回压或回压太低,或者出口闸阀打开太快,有可能使安全阀关闭。此时应关闭入口闸阀后,拧松减压螺钉(6),使阀体左腔压力降低,安全阀就会打开。打开后将减压螺钉旋紧,并关闭出口闸阀,再打开入口闸阀,尔后缓慢打开出口闸阀,就可恢复正常生产。
2、若气流中含砂量过高,阀腔中积砂过多会影响安全阀的灵敏度。则需要检查保养。拆修方法是:
(1)确保前后两闸阀关严后,卸去两端法兰连接螺栓,取下安全阀。
(2)用两个专用扳手(产品附件)从前后两通孔内卡住阀体,左旋卸开阀体前后两翼及弹簧。
(3)清洗内腔,并检查弹簧。若弹簧有损伤则更换。
(4)装复方法与拆卸顺序相反。
 

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