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节流阀是石油、天然气行业井控装置用于节流管汇中的核心部件,其功能是在实施油气井压力控制技术时,借助它的开启和关闭维持一定的套压,将井底压力变化稳定在一定窄小的范围内。节流阀的节流元件,大多数采用针形阀结构;也有的是筒形橡胶,由气液驱动橡胶筒外壁来改变其内孔大小;还有的是利用两块重叠金属板,靠其相对转动来改变孔口大小。尽管节流阀结构各异,但原理都是通过改变流体通道大小,使钻井液流过节流元件的阻力大小不同,造成的井口回压也不同,通孔越小阻力越大,回压也越大;通孔越大阻力越小,回压也越小,从而达到节流的目的。节流管汇中的节流阀主要分为两大类,固定式节流器和可调式节流阀。可调式节流阀按照阀瓣的结构可分为针形节流阀、筒形节流阀、笼套式节流阀和孔板式节流阀等。其操作方式有手动、气动、电动和液动。节流阀是石油、天然气行业井控装置用于节流管汇中的核心部件,其功能是在实施油气井压力控制技术时,借助它的开启和关闭维持一定的套压,将井底压力变化稳定在一定窄小的范围内。节流阀的节流元件,大多数采用针形阀结构;也有的是筒形橡胶,由气液驱动橡胶筒外壁来改变其内孔大小;还有的是利用两块重叠金属板,靠其相对转动来改变孔口大小。尽管节流阀固定式节流器的流量是固定不变的,可根据需要更换不同尺寸的节流嘴而得到不同的排量,固定式节流器与可调节流阀配合使用,通常先使用可调节流阀,当井涌量大时才用固定式节流器配合。固定式节流器不是一个阀,而是一个整体装置,里 面有一短接或一节管子。它的尺寸在APISpec6A中有描述。这种提供节流嘴的短节是可以更换的,通过改变其尺寸大小可得到所希望的流量。流量的变化是靠更换具有另一孔径的节流嘴来实现的。固定式节流器适用于压力固定的情况,例如采油树。固定式节流器用于油井(采油树)上,有加热式和非加热式两种。加热式节流器由节流阀体、加热套和油嘴构成,如图11-4所示。(1) 针形节流阀针形节流阀用于节流管汇、髙压油气井口装置等。 针形节流阀有手动和液动两类。此处仅简介手动针形节流阀。针形节流阀主要由法兰、阀体、〇形密封圈、盘根盒、压盖、阀杆、手轮、阀座、轴承、压帽、阀针、螺母、键等组成。一对隐入式节流头和阀座,减少禽速流体造成的损害,一个顶盖大螺母,方便维护保养,测试口便于安装压力检测仪表,如图11-5所示。针形节流阀广泛用于井口系统、管汇、测试等目的。(2) 筒形节流阀筒形节流阀其阀芯为筒形,为整体硬质合金;阀座内圈镶硬质合金;阀盖与介质接触端堆焊有硬质合金, 使之具有良好的耐磨性和耐蚀性。在阀的出口通道上嵌有尼龙的耐磨衬套,以保护阀体不受磨损。筒形节流阀靠液压的推动(图11-6)或手轮的转动 (图11-7)来调节阀瓣的开关,具有流体流动性能好、 振动小的特点。筒形阀瓣由前后止动帽、带槽圆螺母等固定在阀杆上,随阀杆的上下移动调节流量,阀瓣和阀座内套均采用YG8制成,具有耐腐蚀、耐冲刷的性能。 阀体与阀盖、阀体与液缸间用0形密封圈、唇形圈密封。用螺栓连接,且连接部位凸出,远离内腔,消除了腐蚀介质对螺栓和螺孔的侵蚀,并减小了螺栓载荷。手动节流阀由手轮直接与阀杆连接驱动阀芯工作,为减轻操作力矩,也可以在手轮和阀杆之间增加一个带有伞齿轮结构的省力机构(图11-8)。液动筒形节流阀的阀盖尾部是液缸及活塞,靠液压油推动活塞带动阀杆,再带动阀芯前后推进,使阀芯与阀座之间的流道面积改变达到节流目的。为使操作控制台的人员能知道节流阀的开度,故在阀盖的液缸外端装有阀位变送器。液动筒形节流阀具有如下特点:①它具有较好的耐蚀性,耐冲刷性能;②筒形阀芯和阀座内圈为硬质合金,且能颠倒使用,增长了使用寿命;③较大的阀体腔和筒形阀体结构,较之通常的针形节流阀,它具有较大的流量,采用侧进正出的流向,其筒形阀板周围的导筒减少了节流时的振动,减少了噪声;④阀位变送器能借助气压信号,将节流阀阀芯的实际开关位置输送到控制台上显示出来;⑤操作者通过控制台能远程控制节流阀的开关。 操作手动筒形节流阀时,顺时针旋转手轮,开启度变小并趋于关闭;逆时针旋转手轮,开启度变大,节流阀的开启可以从护罩上的刻度显示出来。在旋转手轮快到行程终点时,不可太快,以免损伤阀杆和限位帽。节流阀只能控制压力和流量用,绝不能作截止用,即阀芯与阀座之间不能起密封作用。(3)笼套式节流阀笼套式节流阀利用带孔的笼套结构来改变流体方向,并利用流体力学原理使流体沿笼套的中心线运动,避免对节流元件的冲损和腐蚀,减少运行噪声。 笼套式节流阀可以提供一个可变的流量,且节流通径有较大的调节范围,但是如果要求流量不变时,该节流阀也能够在某一位置,提供固定的流量,这样可以满足用户的不同的流量需求。笼套式节流阀阀芯组合的内部和节流阀阀杆头部都采用碳化钨材料,耐蚀、耐冲损,具有很长的使用寿命。阀体上设有泄压阀,以方便操作者在打开阀盖前安全地释放腔内的压力。阀盖的密封采用了特殊的结构形式和密封材质,耐高压、密封可靠、寿命长。 笼套式节流阀的节流元件采用碳化钨材料,上下多点固定,节流范围广,噪声低,耐高冲损,环形空间有助于减少阀本体腐蚀。笼套式节流阀多孔多向消除能量,可消除紊流冲损现象,大大延长了安全使用寿命,降低了停产维修率。笼套式节流阀维护方便,而针式节流阀由于结构本身的特点使其具有结构简单、价格低廉的特点,同时节流阀针头易损坏,寿命短,针头破损的碎块冲入管道中存在着潜在的危险。这些情况增加了油气井开采后期的作业成本,而且还造成由于更换节流阀而停井的间接油气产量的损失。笼套式节流阀分为活塞笼套式和套筒笼套式。①活塞笼套式如图11-9所示,利用活塞在笼套位置不同实现节流目的,主要用于高流速、中压降的工况。主要应用于海洋及陆地的井口、管汇、分离器、气举、注气。泥浆循环和地面高压注采气等管汇设备。孔板式节流阀(图11-11)分为手动孔板式节流阀和液动孔板式节流阀。孔板式节流阀具有以下特点:①阀杆与阀体之间采用螺栓相连,具有连接安全可靠等优点。②手动孔板式节流阀采用省力结构,靠手轮的传动来改变节流口径,孔板式节流阀采用四缸连动的液动驱动器来驱动,具有开关灵活,操作方便等优点。③流动孔板式节流阀在驱动器上安装有角位变送器,可在液控箱中能瞬间观察到节流孔的面积。④阀杆密封采用0形圈及其四氟圈的双重密封, 在保证密封性能的情况下,降低了阀门开关力矩。⑤阀板是以轴线为旋转轴的关闭件,既起调节流体节流面积的作用,又起关闭流体的作用。⑥手轮以逆时针方向旋转为幵,顺时针方向旋转为关。⑦孔板式节流阀同其他各种节流阀相比,具有zui长的使用寿命,zui具抗冲损及磨损的能力。⑧孔板式节流阀适用于钻井、压裂、泥浆循环和地面高压注气采气等设备。该阀zui显著的特点是在于当被关闭时,进、出口之间的压力差,能使两块孔板紧紧地压在一起,实现密封切断的功能。尤其是在遇到压力突然升高或因泄漏造成的压力突然降低等紧 急突发事件的情况下,可通过预先设置的高、低压传感器压力信号值,使其自动关闭和切断,因此可避免重大危险事故的发生。节流阀用于调节介质流量和压力。截止型节流阀够在较大范围内调节,也能进行调节,但口径较小,适用于中、小口径,蝶式节流阀适用于大口径。节流阀不宜作为截断阀用,节流阀若是长期用于节流,其密封面必然会被冲蚀,而不能保证密封性。
哪位朋友有“QJ A 1034-1998 节流阀通用规范”的标准,可以发一份给我吗?
[color=#ff0000]摘要:对标MKS、VAT和CDK等公司的下游排气高速节流阀系列产品,本文介绍了相应的国产化替代方案和产品。基于CVD工艺,技术方案将下游流量调节阀变为了下游压力调节阀,并采用分体结构,将调压阀与PID控制器分离,调压阀具备大口径和高速功能,电子气控驱动调压阀快速动作,PID控制器接收真空计信号和控制气控驱动阀,可实现阀门全开时间小于0.1秒。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#ff0000]一、背景介绍[/color][/size]在各种化学气相沉积CVD工艺中,腔室上游为各种工作气体的进气端,腔室下游布置节流阀和真空泵,使得工作腔室内的工作气压在高温条件下按照设定程序进行控制。为达到较高的工艺质量,在CVD工艺中真空度的控制需达到以下几方面的要求:(1)下游控制方式:因为在CVD工艺过程中的真空度并不高,基本在10~500Torr范围内,在此范围内的低真空控制,采用下游控制方式可以达到较高精度,且控制速度很快。而上游控制方式则很难达到满意的控制效果,上游控制方式一般适用于较高真空度的低压控制。(2)高速调节能力:CVD工艺过程中,除了开始阶段的真空度缓慢调节控制之外,在温度突变过程中要求具备快速调节和恒定真空度的能力,这就要求下游调节阀门的响应速度极快,阀门从全闭到全开的时间至少不能大于1秒。(3)大口径:作为下游控制模式,节流阀安装在工作腔室和真空泵之间,要求具有较大口径以满足真空的快速抽取和控制。(4)易维护:CVD工艺中会有大量微尘抽出排放,尽管使用了过滤装置,但还是会对节流阀产生污染,由此要求节流阀便于拆装清理而不影响使用。目前市场上能满足CVD工艺上述要求且应用较多的节流阀是MKS、VAT和CDK等国外公司的系列下游排气高速节流阀,系列节流阀的全开速度在0.2~1.7秒范围内,口径1.270~2.362英寸,并集成了蝶阀、步进电机和PID控制器。目前MKS的下游节流阀在CVD工艺中应用比较成熟,但存在价格偏高和货期较长的问题。针对此问题,本文提出了相应的替代方案,介绍了相关产品,以期在国产化方面做出尝试。[size=18px][color=#ff0000]二、国产化替代方案[/color][/size]国产化替代方案主要包括以下几方面的内容:[color=#ff0000]2.1 压力调节方式[/color]目前MKS公司的下游节流阀是一种流量调节阀,通过调节蝶阀的开度大小来调节排气流量,与进口流量达到平衡来实现工作腔室内真空度的控制。我们的方案是直接采用压力调节阀,通过调节工作腔室排气口处的气压来实现腔室真空度控制。调压方式同样可以实现真空度的准确控制,特别是在CVD的低真空(高气压)工作区间内,排气量会更少,能节省工作气体的排放。[color=#ff0000]2.2 分体结构[/color]与MKS下游节流阀的集成式结构不同,我们将阀门和PID控制器进行了模块分离。采用分体结构主要出于以下几方面的考虑:(1)采用独立的2通道PID控制器。这种PID控制器具有24位A/D和16位D/A的超高精度,更能保证真空度的控制精度,同时具有40多种信号输入类型,即可用来控制真空度,也可控温等。(2)2通道PID控制器可以连接两个不同量程的电容式真空计,并具有真空计自动切换功能,由此可实现全量程范围内真空度的自动测量和控制。如果只连接一个真空计,另外一个通道可连接温度传感器进行温度控制。(3)很多CVD设备都配备了独立且功能强大的PLC控制系统用来进行真空度、温度和流量等电气参数控制,同时也具备达到一定精度的PID控制功能。分体结构可以使PLC系统直接去控制阀门,避免功能的重复,有利于降低造价。[color=#ff0000]2.3 气控驱动压力调节阀[/color]有别于美国MKS公司下游节流阀所采用的高速步进电机驱动蝶阀,我们的技术方案是电子气控先导阀驱动阀芯位移,由此可带动阀芯实现高速位移和压力调节。针对不同口径采用相应规格阀芯,内部阀芯非常便于拆卸、更换和清理。[size=18px][color=#ff0000]三、国产化相关产品[/color][/size][color=#ff0000]3.1 大口径高速真空压力调节阀[/color]新推出的国产化EVR系列(EyoungVacuum Regulator)真空压力调节阀及其内部结构如图1所示。[align=center][img=,690,348]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206020854523534_9772_3384_3.png!w690x348.jpg[/img][/align][align=center]图1 国产EVR系列真空压力调节阀及其内部结构示意图[/align]EVR系列真空压力调节阀是一种常闭型调压阀门,可直接对气密性容器的真空压力(负压或正压)进行高速调节,调节方式采用顶部气控先导阀,先导阀可采用手动和电子控制形式。EVR系列产品可配各种手动和电子控制形式的先导阀,可形成开环和闭环控制回路。通过外接真空计和真空压力控制器相结合,可构成闭环形式快速高精度可编程真空控制回路。EVR系列真空压力调节阀的技术参数如表1所示。[align=center]表1 EVR系列真空压力调节阀技术参数表[/align][align=center][img=,550,299]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206020928417726_9841_3384_3.png!w690x376.jpg[/img][/align][align=left][color=#ff0000]3.2 两通道24位高精度多功能PID控制器[/color][/align][align=center]对标英国欧陆控制器,国产VPC-2021系列PID控制器是多通道、24位A/D和16位D/A、可编程的通用型PID控制器,如图2所示。VPC-2021系列PID控制器可进行真空度、温度、流量和转速等多种参数的精密控制,功能十分强大,且性价比非常高。[/align][align=center][img=,500,260]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/06/202206020929494455_1310_3384_3.png!w650x338.jpg[/img][/align][align=center]图2 VPC-2021系列高精度PID程序控制器[/align]VPC-2021系列控制器主要性能指标如下:(1)精度:24位A/D,16位D/A。(2)最高采样速度:50ms。(3)多种输入参数:47种(热电偶、热电阻、直流电压)输入信号,可连接各种温度和真空度传感器进行测量、显示和控制。(4)多种输出形式:16位模拟信号、2A (250 VAC)继电器 、22V/20mA 固态继电器、 3A/250VAC可控硅。(5)多通道:独立1通道或2通道输出。2通道可实现温度和真空度的同时测控,报警输出通道可用来控制旋转电机。(6)多功能:正向、反向、正反双向控制、加热/制冷控制。(7)PID程序控制:改进型PID算法,支持PV微分和微分先行控制。可存储20组分组PID,支持20条程序曲线(每条50段)。(8)通讯:两线制RS485,标准MODBUSRTU 通讯协议。(9)显示方式:数码馆和IPS TFT真彩液晶。(10)软件:通过软件计算机可实现对控制器的操作和数据采集存储。(11)外形尺寸:96×96×87mm(开孔尺寸92×92mm)。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]