[发明专利]一种大落差输油管道低洼处防水击蝶阀及方法

说明书

本发明涉及一种大落差输油管道低洼处防水击蝶阀及方法，蝶阀布置在管道低洼处风险管段，在管道发生泄漏等危险工况时蝶阀起到紧急关断事故管段的作用，由手柄力矩变向和分散单元、阀杆齿轮传动速率限制单元、阀杆力矩大小控制单元构成，针对操作人员关闭输油管道低洼处蝶阀速率过快导致的管道内原油流速和压力突变进而诱发的水击问题，从蝶阀手柄力矩消减、阀杆传动速率限制、阀杆传动力矩控制三方面对蝶阀进行设计，以实现在关阀过程中减轻操作人员对手柄的施力、限制阀杆转动速率和控制阀杆受力的功能，提高蝶阀在大管径输油管道低洼处的适用性，确保关阀速率控制在合理范围内以避免水击现象，延长蝶阀使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种大落差输油管道低洼处防水击蝶阀及方法，属于原油、成品油长距离管输技术领域。

背景技术

长距离输油管道输送压力高，经过丘陵、山区等自然屏障时，依地形敷设，形成V字形大落差管段，高压原油沿大落差下坡管段冲击低洼处，易发生管道腐蚀穿孔、断裂泄漏等风险。蝶阀通常设置在输油管道低洼处，在管道出现高风险运行工况或事故时起到切断和节流的作用。

蝶阀通过旋转管道内的阀盘控制管道流通面积，由于阀盘旋转时受到原油施加的力矩相反，因此手动操作蝶阀遇到流体阻力小，阀盘启闭速度快。但是现场一些未经专业训练的操作人员往往会对蝶阀手柄施加超出合理范围的转向力，从而导致蝶阀在管道内的阀盘过快关闭，引起管道内原油流速和压力的剧烈变化，诱发水击现象。

目前，国内外已公开发表的防止水击发生或水击泄压阀门专利主要包括：

1.中国专利CN 107842617 A公开了一种防水锤蝶阀，通过将普通蝶阀的阀盘改造成定区间弹性变形结构，在一定的空间中吸收水锤冲击峰值。

2.中国专利CN 104819342 A和中国专利CN 204592458 U分别设计了带有位置传感器和压力传感器的水击泄压阀，通过传感器对管道介质输送参数的测定来控制阀门的开关动作，进行水击泄压。

3.美国专利US 107850270 A提出了一种包括主阀和旁通阀的防水击止回阀，当输液管道由于事故工况停输后管内流体速度降为零时，主阀自动关闭，而旁通阀可以防止阀门下游液体回流。

4.美国专利US 20170328485 A1发明了一种减缓水击冲击的止回阀，阀门包括主阀盘和辅助阀盘，辅助阀盘面积和关闭速率小于主阀盘，流体依次通过辅助阀盘和主阀盘，通过两个阀盘间的节流通道实现对水击压力的消减。

从以上公开专利检索结果可以看出已有防水击阀门存在的不足主要有：

1.现有防水击阀门主要通过改变阀门的内部结构进行水击压力波的吸收和消减，无法防止阀门关闭速率过快引起的水击现象。

2.现有防水击阀门主要通过配备压力传感器等监测系统，确定开关阀门的时机，但未实现对开关阀门速率的控制。

3.现有部分防水击阀门在管内流体速度降为零后再进行关阀动作以防止水击，耗时较长，而针对输油管道道发生穿孔和泄漏等事故工况时，需要在较短时间内紧急关断，故上述阀门并不适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大落差输油管道低洼处防水击蝶阀及方法，从确保低洼处管段安全、平稳运行的高度出发，进行防水击蝶阀的结构设计，提出合理的防水击方法，在动作蝶阀关闭时控制其关闭速率，避免水击现象的发生。

本发明主要解决以下问题：

(1)针对蝶阀关闭过程阀杆转动速率过大的问题，通过设计不同轮齿比和大小的齿轮盘，限制了阀杆传动速率；

(2)针对蝶阀关闭过程阀盘受到较大力矩而转动过快的问题，通过设计由主动盘、离合钢球、从动盘构成的力矩控制装置，将阀杆施加在阀盘上的力矩控制在合理范围内；