天然氣自動疏水閥閥芯固定結構的改進

陳宇紅

（四川德陽聯益石油天然氣勘探開發有限公司，四川德陽 618000）

0 前言

天然氣氣液分離器是石油天然氣開采、輸配氣流程上常用于分離天然氣伴生液、固雜質的固定式壓力容器，與之配套的天然氣自動疏水閥（見圖1）是一種幫助分離器實現自動排液的裝置，該裝置因其無需人工輔助操作就可實現分離器內積液自動排出，有效地解決了因手動排液不及時導致氣體中已經被分離出的液固雜質被氣流再次攜帶進入輸氣管道內的問題，對提高排液效率、提升排液及時性、減少天然氣跑漏和降低員工勞動強度有很好的促進作用。

圖1 天然氣自動疏水閥

隨著生產現場信息化建設的不斷推進，天然氣自動疏水閥被更廣泛地應用于無人值守站和天然氣氣井的生產流程中。但因現有的自動疏水閥其自身設計、制造上的缺陷，導致該設備閥芯總成固定支座損壞時，由于其維修會涉及動火作業，因此受到現場生產安全條件的限制，無法實現就地快速維修。若在其發生故障時不能及時恢復運行，分離器內積液得不到及時排出，會導致固體雜質在分離器內沉積，造成分離器排污管線堵塞。同時，未能及時排出的液體還會再次被高速氣流攜帶進入輸氣管道，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，嚴重時會導致整個生產流程憋壓，引發特種設備安全事故和人員傷亡事故[1]。積液長期存在于輸氣管道低洼處，也會加速管道內腐蝕后穿孔，引發環境污染事件，嚴重影響企業形象[2]。

在新井投產、老井挖潛中所采用的加沙壓裂等優化產層的工藝措施，都不同程度上增加了流經氣液分離器的天然氣中攜帶的液、固體雜質的含量。自動疏水閥在排液過程中，排液口受到含有固態雜質的液體的頻繁沖刷，其密封面極易被刺壞，導致閥芯總成關閉不嚴，形成內漏外跑的問題。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，在對其進行維修時需對損壞件脫焊后再焊接新的固定座板。因受到天然氣采、集、配氣生產場所的安全限制，更換閥芯總成固定板無法實現就地維修，需從生產流程上將該設備整體拆下搬離生產區域才能進行維修，其維修耗時長且費用高，對生產的安全、環保和生產的連續性造成了較大影響。為避免因天然氣內漏外跑對生產和環境的影響，不得不停用疏水閥，改用手動排液的方式，甚至出現設備長期閑置的現象，嚴重影響了設備利用率[3]。

為提升設備安全性和維修效率，降低維修成本和對生產造成的影響，必須對閥芯總成固定結構進行優化改進，以解決該設計缺陷導致無法實現就地維修的問題，從而達到延長設備使用壽命，提升設備利用率，降低維修安全風險的目的[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）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，液體會在間隙位置形成旋轉流，出水管因受到該流體的頻繁沖刷而被刺穿，同時閥芯總成排水口密封面（箭頭1所指位置）也會因為長期受到沖刷而刺壞，導致閥芯總成關閉不嚴，形成內漏，給生產安全造成極大的安全隱患。

圖2 閥芯固定改進前

由于采輸氣生產流程輸送的介質為易燃易爆的天然氣，現場維修需要辦理的手續繁多，且直接在生產流程上進行動火作業也存在較大的安全風險。因此，只能將設備從流程上拆除移送到非生產區域才能進行焊接維修，但若不改變現有閥芯總成排水口密封端板固定的方式，當設備再次發生類似故障時，還是只能采取整體拆離維修的方式進行修復，這對生產的正常運行和安全造成影響。

經對故障現象的分析，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構，才能有效解決該問題引發的問題，實現安全就地維修，降低對生產影響的目的[5]。

該裝置改造需要考慮以下問題：①裝置結構設計建立在不改變現有閥芯總成結構的基礎上；②裝置結構簡單，便于拆、裝維護；③裝置不改變閥體的承壓級別，密封性符合使用要求；

2 裝置設計

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。經現場實際測繪，最終確定支座裝置設計圖（圖3結構剖視圖）。其特征包括支座（1）、閥芯安裝板（2）和緊固扣件（3）。

圖3 結構剖視圖

該裝置采用分段式設計，將支座由三段構成，當出水口刺壞或出水管刺壞后，只需就地更換相應位置的配件即可恢復自動疏水閥正常使用，省去了從流程上拆、裝自動疏水閥的時間，避免動火焊接作業。在滿足現場設備檢維修安全要求的同時，縮短了維修時間，減少了維修工作量，降低了維修成本[6]。

3 裝置制作及應用

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）設置貫穿的連接孔（4），支座（1）穿過連接孔（4）后與緊固扣件（3）可拆卸連接，支座（1）設置第一通孔（5），緊固扣件（3）設置第二通孔（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）開孔（6）內徑尺寸和緊固扣件（3）外觀和（11）孔位尺寸按設備原尺寸加工，確保與原閥芯總成的尺寸匹配。支座（1）通過（10）與閥體以螺紋方式連接，閥體開孔位置在原出水口的位置，用攻絲的方式開孔，其開孔大小略大于原出水管，第一開孔（5）與第二開孔（6）采用螺紋連接。具體尺寸根據自動疏水閥的實際尺寸來確定。

3.3 裝置應用

經現場安裝試驗，該裝置可以與設備其他配件很好地結合，運行情況良好，裝置采用分段式可以根據故障情況更換對應的零件部分，實現免焊接、就地快速維修，能有效解決自動疏水閥自身設計制造上的不足造成的現場檢維修困難的問題，確保了生產安全和連續性[7]。（圖4、圖5）

圖4 閥芯改進后的正面

圖5 閥芯改進后的側面圖

3.4 改造經濟效益分析

改進后的結構滿足自動排污閥安全使用要求，解決設備設計缺陷導致的不能就地維修的問題，很好地解決目前設備設計上存在的問題，對降低設備故障率、縮短維修周期、提升維修效率、減少維護成本，對延長氣液分離器和自動排污閥使用壽命有積極的促進作用。該裝置已獲得國家知識產權局實用新型專利授權（專利號：ZL 2023 2 0930402.6）。

經濟效益分析如下：

（1）改造后，單臺維修可節省油建作業2臺班時，維修4人工時，費用0.84萬元。按目前現場投用自動疏水閥66臺套，預計可節約維修費支出55.44萬元。

（2）改造后，縮短設備維修停待時間。改造前，維修一臺需要6 ～8 h，改造后，維修一臺僅需1.5 h，極大地降低了因設備檢修停用時間長對生產的影響。

4 結語

自動疏水閥在經過改造后，可避免因設備刺漏后無法及時維修導致的天然氣跑冒和地層水滲漏引發的安全環保問題，可有效保證氣液分離器的高效、安全運行，避免壓力容器和壓力管道安全事故的發生，對延長設備使用壽命，提升設備利用率，降低維修風險，縮短維修周期，減少維修成本，促進企業的安全、平穩生產。