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1、疏水阀专题培训作业四区2014年9月一、天然气疏水阀天然气疏水阀是四川乐山伟业公司2002年研发的中国专利产品（专利证图片），该产品的研制成功淘汰了天然气生产中的落后的人工排水工艺。在不消耗任何能源的条件下，实现了全自动排水，降低了工人的劳动强度，提高了安全性，达到了节能环保和清洁生产的目的。专利证书天然气疏水阀结构，原理和应用结构如下图所示：4.0MPa疏水阀结构图疏水阀橇装实物图疏水阀安装实物图疏水阀的工艺安装图实物图原理：A 动力原理：利用阿基米德定律和杠杆原理，精确计算所需动力以满足疏水阀在运行中的动力条件。B 自动原理 ：利用连通器原理和介质密度差设计自动回气系统，使其在运行中能连续
2、地将疏水阀中的气体回流到分离器中，以达到疏水阀连续和全自动运行的目的。系统安装图 其具体运行流程如图所示：天然气疏水阀进液管a和天然气井分离器相接，排液前液体在重力作用下进入疏水阀，通过防冲环b改变液体流向，垂直向下运动。当液面升高到一定程度时，动力系统c启动向上运动并开启阀门，疏水阀开始排液。液体在系统压力的作用下，经转向罩d在排水腔内向上作垂直运动，经阀芯e、排液管f排出阀体外。此时由于渣的重力方向与液流动方向重合而沉于阀体底部（经排污口定时排除）避免渣质可能对阀芯的污染，确保疏水阀正常运行。当液体排完，液位下降到某一高度h时，动力系统向下运动，关闭阀门。液体在阀体内形成高位水封将天然气严
3、密封锁而无丝毫泄漏。这就完成了一个排液周期。当分离器中再来液时，根据连通器原理，液体将阀腔内上一运行周期结束时进入疏水阀的天然气置换回到分离器中，液体到一定高度时，动力系统再度启动，打开阀门排液，重复上一运行过程，如此往复循环，就形成了连续的全自动排液作业。从以上的作业过程中可以看出TSS43H型天然气疏水阀有几个显著的特点：TSS43H型天然气疏水阀不使用其它任何动力，它的动力来源于古老的阿基米德定律所确定的物体浮力和重力的交替作用，再利用杠杆原理把力放大使之达到所需要的力度，即有水时动力系统中浮子的浮力大于它的重力和阀体内压力，使浮子上浮并通过杠杆使连接在另一端的阀瓣打开进行排水，当水被排
4、完以后，浮子的重力要大于其浮力，使浮子向下运动而关闭阀瓣。4.0MPa启闭结构图其力学平衡图如下:临界开启时的力矩平衡方程式b、TSS43H型天然气疏水阀的排水作业是连续和全自动的。它不受外界任何因素的影响，只与分离器是否有水有关，因而是全天候的主动关闭和被动开启过程（气候特别寒冷的地方要采取保温措施或加防冻剂）。它利用了联通器中两个相连容器的压力趋于平衡的原理，使分离中的水和疏水阀中的天然气能够通过特设的回气管道进行位置交换，这就为疏水阀的连续作业创造了条件，因而能够达到有水就排、排完关闭的效果。天然气疏水阀安装示意图图中回气有两个通道，一个是通过连接管回气，一是通过回气管回气。在连接管较低
5、或水量较大时一般采用回气管回气。c、疏水阀在作业过程中无丝毫天然气流失，即天然气为零泄漏。这一特点使它实现了节能、环保和安全的作用。这一特点是该产品设计结构，零件精度以及严密的产品试验、严格的产品检验所决定的。天然气疏水阀的阀腔采用了“U”型结构，腔中的转向罩将阀腔分成了进水腔和排水腔。液体在腔内的运动按照规定的路线进行。在进水腔内作从上到下的垂直运动，而在排水腔内作从下到上的运动，这样液体的运动方向和重力方向重合一致。液体流向示意图如上图所示，这种结构有以下几个方面的作用：a、促进液气和液渣的分离运动方向和重力方向的重合，这使仅仅依靠重力和密度差来进行的分离活动不会受到运动的干扰，和静置时的
6、分离一样。水和渣很容易被分离开来，使渣沉于底部便于定期排放，这就保证了排水机构使其不受渣垢的污染，避免了因渣垢的卡堵而产生的各种事故，特别是天然气泄漏的事故。b、由于水的运动方向是有规律的上下运动，使处于进水腔中的浮子不受无规则压力的冲击，始终处于简单的低频率的上下运动，最大限度地降低了机械磨损，确保各种结构长时间的无故障运行。c、腔中的浮子不仅是动力的提供者，也是信息的传递者。它通过杠杆放大了作用力，同时也将水位的高低信息传到排水腔中的阀芯机构，发出开启或关闭的指示。当进水腔中的水位线随着分离器的水逐渐排完降低到给定的水位高度时，浮子下沉关闭阀芯机构，此时阀腔中的水停止运动，在关闭时的水位线
7、处形成水封，天然气在进水腔中被阻隔。气体不可能向下穿透水层故被水严密封锁而无丝毫泄漏。这就是TSS43H型天然气疏水阀以阀关水，以水封气的关闭方法。阀芯采用高精度不锈钢球作阀瓣，采用密封性能最优的线性密封方式。产品出厂时必须在疏水阀设计压力下（高于实际工作压力）进行密封试验，必须达到滴水不漏的要求时方可出厂。因此阀芯对水的关闭是严密的，形成的稳定的高位水封对天然气的封锁也是严密的。TSS43H型天然气疏水阀（无过滤装置）外形简图如图1、图2所示 图1 图2a、进液口 b、回气口 c、检查放气口 d、排水口 e、检查口 f、排污口附：安装运行规程附：安装运行规程（一）、安装在新开井工程中，天然气
8、疏水阀的安装，应在主体工程结束，完成系统试压和和管道吹扫作业之后进行。若在安装疏水阀之若在安装疏水阀之后进行试压和吹扫管线，则应将天然气疏后进行试压和吹扫管线，则应将天然气疏水阀与系统隔离，启用旁通管线进行吹扫，水阀与系统隔离，启用旁通管线进行吹扫，以避免疏水阀内部受到污染。以避免疏水阀内部受到污染。 图3 图4 图5天然气疏水阀安装示意图 图6天然气疏水阀安装示意图图6天然气疏水阀安装示意图1、天然气气水分离器排水口阀门 5、排水口阀门2、旁通阀门 6、排污口阀门3、天然气疏水阀进水口前端阀门 7、回气口阀门4、天然气疏水阀 8、回气管阀门安装程序如下：1、参考安装示意图，为便于检修和排污工
9、作，应配制好旁通管线等相关管线，安装相应阀门“2”、“3”、“5”、“6”、“7”、“8”，将各阀门处于关闭状态。2、参考外形简图，将疏水阀直立、就位、校平。拆下进水口a、排水口d、排污口e和回气口b处的挡水板，将疏水阀各接口与管线接口连接。疏水阀顶部备用口的作用是当用户认为有必要就近观察疏水阀工作压力时，可自行卸下接口处的螺塞，装上压力表。若天然气气水分离器排水口阀门“1”较低，而天然气疏水阀较高时，可按图5进行安装。特别提示：应在疏水阀顶部回气口处和气水分离器之间安装回气管，回气管应接在输气立管上。应注意：回气管管线走向应始终向上，管中不应有积液的地方存在。（二）、运行1、运行前的检查（1
10、）、检查确定系统压力疏水阀铭牌标定工作压力，且不低于标定工作压力的30%，系统工作压力过低会严重减小疏水阀的排量。（2）、缓开阀门“1”、“3”、“7”、“8”，使疏水阀体带压，然后检查各连接口、阀门、管线有无泄漏，发现问题及时处理，无误后方可进入下一步操作。2、运行步骤如下： （1）、确定阀门“1”、“3”、“7”、“8”处于开启状态后，缓慢开启疏水阀排水口阀门“5”，此时疏水阀开始正常工作。（2）、天然气疏水阀投入运行后，阀门“1”、“3”、“5”、“7”、“8”处于常开状态，阀门“2”、“6”处于常关状态，疏水阀即全天候、全自动运行，有水就排，无水自动关闭，在全部作业过程中天然气泄漏为零
11、。（3）、若一个疏水点装有两台天然气疏水阀时，在保证排量足够的前提下，应做到一开一备，只有在一台排量不能满足时方可两台同时使用。（4）、运行时，应检查系统压力即疏水阀进口压力是否控制在天然气疏水阀的工作压力范围内，不允许超压运行。（5）、在系统排水实现自动化运行后，操作人员的主要职责应是定时巡查，检查设备运动情况，维护保养设备，记录运行各项指标参数，若发现异常情况及时报告并及时处理。2、天然气疏水阀的橇装供货天然气疏水阀在安装时需同时安装旁通系统，而现场安装旁通系统比较复杂、困难，即费工费时又很难规范，因此，产生了对天然气疏水阀橇装供货的需求。即把现场安装中的旁通系统变为工厂生产。这样在安装时
12、只需连接好进出口法兰就行了。不仅方便而且结构紧凑，省工省料。以下是几种典型的疏水阀橇装结构图 a、QTSS43H-40 排量：10m3/h DN65 1、进出口法兰 2、进液口阀门 3、回气口阀门 4、回气口法兰 5、天然气疏水阀门 6、排水口阀门 7、排污口阀门 8、旁通阀门b、QTSS43H-64 排量：20m3/h DN801、进出口法兰 2、进液口阀门 3、回气口阀门 4、回气口法兰 5、天然气疏水阀门 6、排水口阀门 7、排污口阀门 8、旁通阀门c、QTSS43H-100 排量：5m3/h DN501、进出口法兰 2、进液口阀门 3、回气口阀门 4、回气口法兰 5、天然气疏水阀门 6
13、、排水口阀门 7、排污口阀门 8、旁通阀门长庆用撬装二、天然气疏水阀在应用中出现的问题及解决方法几年来天然气疏水阀在使用过程中遇到了各种各样的问题。由于天然气的生产中地层情况复杂，许多事情不是事先可以预见到的。只能遇到什么问题解决什么问题。我们通过问题的解决对天然气疏水阀不断改进、完善和提高，并形成系列产品。（1）抗硫天然气疏水阀（KTSS43H型）有的天然气含有有毒气体H2S。这种气体有较强的腐蚀性，其腐蚀机理为应力腐蚀。解决方法为：a、改变阀芯材质。b、尽量减少结构应力，消除尖角，采取圆滑过度等。c、对筒壁实行专用抗硫化氢涂料处理。（2）抗渣型天然气疏水阀(TSS43H-II)含渣的情况在
14、新井站中时有发生，如木屑、橡胶片等，这些渣质和水的密度差不多，不易沉淀，而随水流到阀芯，随时容易卡塞阀嘴孔，出现天然气泄漏的事故，针对这种情况，我们研制了抗渣型天然气疏水阀。其作法是在天然气疏水阀的进水口处筒内水平安装一抽屉式过滤筒，过滤桶的一端插在进水口内管上。另一端在筒体外管上，使用中过滤筒被一法兰盖封堵于筒体内。如图所示： a、进水口 b、回气口 c、滤网管口 d、排水口 e、检查口 f、排污口 g、检查放气 橡胶块橡胶块 陶粒砂需排渣时关闭进水口阀门，将阀兰盖取下，取出过滤筒，将渣倒掉后，再将过滤筒放回原位，将法兰盖盖好，再打开进水口阀门即可恢复运行，在实用中这一装置对含渣的新井非常有
15、效。过滤筒（3）关于对沙的处理有的天然气井中含有大量的沙，这种沙在高压下对疏水阀的阀芯冲刷非常严重，目前从两个方面来解决这一问题，一是对分离器内部改进，使之具有一定的沉沙功能，加上疏水阀自身的沉沙能力，基本上可以消除沙对阀芯的损害，延长疏水阀的使用寿命。二是对阀芯的结构材质作改进确保阀芯流道畅通，增强其耐磨抗冲刷的能力，也能有效延长疏水阀的使用寿命对密封副材料作了重大改进，采用了氧化锆陶瓷材料。该材料化学性能稳定，不受介质腐蚀作用。更重要的是该材料硬度极高，仅次于金刚石硬度，维氏硬度HV11GPa，比钨钼合金还硬很多，更是原用材料304不可比的，超高的硬度保证了密封副的耐磨、抗冲刷性能，大大提
16、高了密封副的使用寿命，减少了用户的维修工作量。三是采取下进结构流体从疏水阀下部进入，使沙在未沉淀之时即随水排出。闪蒸分液罐用疏水阀闪蒸分液罐是用于闪蒸罐自动排液的装置，它与分离器用天然气疏水阀不同的是它的使用压力很低，某种程度上讲几乎就没有压力，而疏水阀的排液能力与系统压力有关的，排液阀嘴口径一定时，系统压力越大，瞬时排液量越大，而闪蒸分液罐工作压力很低，所以要将分离器产生的所有液量排进污水罐，就必须要求阀嘴口径增大，其排液量公式如下：问题处理清洗过滤筒，看是否过滤筒结冰保温不够，结冰漏气解决办法；更换阀芯疏水阀排液计量公式流体力学中一定流量流体流经某一孔截面的理论计算公式： A=A阀嘴孔流道
17、面积，2，A=d2, d阀嘴孔直径，qv体积流量m3/sP阀嘴孔处内外压力差，MPa液体密度kg/m3流量系数，无量纲，其数值与流体介质及阀内部流道结构有关闪蒸分液罐阀芯结构从结构中可以看出，闪蒸分液罐的阀瓣是双瓣结构，其两个阀瓣在系统内压力受力方向相反，因此，整个阀瓣系统压力为零，所以浮球无需克服系统内外压差力，而只受浮球系统自身的重力的影响。所以阀芯的阀瓣可能做到很大。其缺点是双阀瓣结构的密封性能较差。4.0MPa分离器疏水阀的单孔阀芯只能做到相对较小的口径。优点是密封性能非常好，缺点是不能用较大的阀嘴。4.0MPa阀芯结构图流量简化公式其中Q是流量，单位是升每小时A是面积，单位是平方毫米U是系数P是压差结束，请大家批评指正谢谢大家。
