天然气自动疏水阀阀芯固定结构的改进

陈宇红

（四川德阳联益石油天然气勘探开发有限公司，四川德阳 618000）

0 前言

天然气气液分离器是石油天然气开采、输配气流程上常用于分离天然气伴生液、固杂质的固定式压力容器，与之配套的天然气自动疏水阀（见图1）是一种帮助分离器实现自动排液的装置，该装置因其无需人工辅助操作就可实现分离器内积液自动排出，有效地解决了因手动排液不及时导致气体中已经被分离出的液固杂质被气流再次携带进入输气管道内的问题，对提高排液效率、提升排液及时性、减少天然气跑漏和降低员工劳动强度有很好的促进作用。

图1 天然气自动疏水阀

随着生产现场信息化建设的不断推进，天然气自动疏水阀被更广泛地应用于无人值守站和天然气气井的生产流程中。但因现有的自动疏水阀其自身设计、制造上的缺陷，导致该设备阀芯总成固定支座损坏时，由于其维修会涉及动火作业，因此受到现场生产安全条件的限制，无法实现就地快速维修。若在其发生故障时不能及时恢复运行，分离器内积液得不到及时排出，会导致固体杂质在分离器内沉积，造成分离器排污管线堵塞。同时，未能及时排出的液体还会再次被高速气流携带进入输气管道，在管道低洼和弯管处聚集，堵塞输气管道，造成管输效率降低，严重时会导致整个生产流程憋压，引发特种设备安全事故和人员伤亡事故[1]。积液长期存在于输气管道低洼处，也会加速管道内腐蚀后穿孔，引发环境污染事件，严重影响企业形象[2]。

在新井投产、老井挖潜中所采用的加沙压裂等优化产层的工艺措施，都不同程度上增加了流经气液分离器的天然气中携带的液、固体杂质的含量。自动疏水阀在排液过程中，排液口受到含有固态杂质的液体的频繁冲刷，其密封面极易被刺坏，导致阀芯总成关闭不严，形成内漏外跑的问题。由于阀芯总成的固定座板是采用焊接的方式固定在筒体内，在对其进行维修时需对损坏件脱焊后再焊接新的固定座板。因受到天然气采、集、配气生产场所的安全限制，更换阀芯总成固定板无法实现就地维修，需从生产流程上将该设备整体拆下搬离生产区域才能进行维修，其维修耗时长且费用高，对生产的安全、环保和生产的连续性造成了较大影响。为避免因天然气内漏外跑对生产和环境的影响，不得不停用疏水阀，改用手动排液的方式，甚至出现设备长期闲置的现象，严重影响了设备利用率[3]。

为提升设备安全性和维修效率，降低维修成本和对生产造成的影响，必须对阀芯总成固定结构进行优化改进，以解决该设计缺陷导致无法实现就地维修的问题，从而达到延长设备使用寿命，提升设备利用率，降低维修安全风险的目的[4]。

1 改造思路

从图2中可以看出，由于阀芯总成排水口密封端板（红色框内）是采用焊接的方式将其固定在筒体上的，因其四边部位与筒体之间存在间隙（箭头2所指部位），排液时，液体会在间隙位置形成旋转流，出水管因受到该流体的频繁冲刷而被刺穿，同时阀芯总成排水口密封面（箭头1所指位置）也会因为长期受到冲刷而刺坏，导致阀芯总成关闭不严，形成内漏，给生产安全造成极大的安全隐患。

图2 阀芯固定改进前

由于采输气生产流程输送的介质为易燃易爆的天然气，现场维修需要办理的手续繁多，且直接在生产流程上进行动火作业也存在较大的安全风险。因此，只能将设备从流程上拆除移送到非生产区域才能进行焊接维修，但若不改变现有阀芯总成排水口密封端板固定的方式，当设备再次发生类似故障时，还是只能采取整体拆离维修的方式进行修复，这对生产的正常运行和安全造成影响。

经对故障现象的分析，只有改变阀芯总成排水口密封端板与筒体的连接方式和阀芯总成支座结构，才能有效解决该问题引发的问题，实现安全就地维修，降低对生产影响的目的[5]。

该装置改造需要考虑以下问题：①装置结构设计建立在不改变现有阀芯总成结构的基础上；②装置结构简单，便于拆、装维护；③装置不改变阀体的承压级别，密封性符合使用要求；

2 装置设计

按照改造要求，阀芯总成固定装置要起到连接阀体和固定阀芯总成的作用，且不影响阀芯总成的正常启闭。经现场实际测绘，最终确定支座装置设计图（图3结构剖视图）。其特征包括支座（1）、阀芯安装板（2）和紧固扣件（3）。

图3 结构剖视图

该装置采用分段式设计，将支座由三段构成，当出水口刺坏或出水管刺坏后，只需就地更换相应位置的配件即可恢复自动疏水阀正常使用，省去了从流程上拆、装自动疏水阀的时间，避免动火焊接作业。在满足现场设备检维修安全要求的同时，缩短了维修时间，减少了维修工作量，降低了维修成本[6]。

3 装置制作及应用

3.1 装置连接方式

支座（1）能够与疏水阀筒壁可拆卸连接，阀芯安装板（2）能够与阀芯总成可拆卸连接，阀芯安装板（2）设置贯穿的连接孔（4），支座（1）穿过连接孔（4）后与紧固扣件（3）可拆卸连接，支座（1）设置第一通孔（5），紧固扣件（3）设置第二通孔（6），第一通孔（5）和第二通孔（6）贯通形成流体通道。

3.2 装置加工

阀芯安装板（2）开孔（6）内径尺寸和紧固扣件（3）外观和（11）孔位尺寸按设备原尺寸加工，确保与原阀芯总成的尺寸匹配。支座（1）通过（10）与阀体以螺纹方式连接，阀体开孔位置在原出水口的位置，用攻丝的方式开孔，其开孔大小略大于原出水管，第一开孔（5）与第二开孔（6）采用螺纹连接。具体尺寸根据自动疏水阀的实际尺寸来确定。

3.3 装置应用

经现场安装试验，该装置可以与设备其他配件很好地结合，运行情况良好，装置采用分段式可以根据故障情况更换对应的零件部分，实现免焊接、就地快速维修，能有效解决自动疏水阀自身设计制造上的不足造成的现场检维修困难的问题，确保了生产安全和连续性[7]。（图4、图5）

图4 阀芯改进后的正面

图5 阀芯改进后的侧面图

3.4 改造经济效益分析

改进后的结构满足自动排污阀安全使用要求，解决设备设计缺陷导致的不能就地维修的问题，很好地解决目前设备设计上存在的问题，对降低设备故障率、缩短维修周期、提升维修效率、减少维护成本，对延长气液分离器和自动排污阀使用寿命有积极的促进作用。该装置已获得国家知识产权局实用新型专利授权（专利号：ZL 2023 2 0930402.6）。

经济效益分析如下：

（1）改造后，单台维修可节省油建作业2台班时，维修4人工时，费用0.84万元。按目前现场投用自动疏水阀66台套，预计可节约维修费支出55.44万元。

（2）改造后，缩短设备维修停待时间。改造前，维修一台需要6 ～8 h，改造后，维修一台仅需1.5 h，极大地降低了因设备检修停用时间长对生产的影响。

4 结语

自动疏水阀在经过改造后，可避免因设备刺漏后无法及时维修导致的天然气跑冒和地层水渗漏引发的安全环保问题，可有效保证气液分离器的高效、安全运行，避免压力容器和压力管道安全事故的发生，对延长设备使用寿命，提升设备利用率，降低维修风险，缩短维修周期，减少维修成本，促进企业的安全、平稳生产。