综合录井仪色谱标定减压阀的研究

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ALS 2.3型综合录井仪气体检测系统采用的是氢火焰离子鉴定器的快速色谱 GFF系统和红外CO 分析仪，GFF进行标定时要求保证输入的标准样品气压力必须稳定在 lbar(0.1 MPa)，红外 CO分析 仪 标 定 要 求 样 品 气 输 人 流 量 为 0.4～0.5 L/rain，录井 日常使用的标准气样钢瓶压力-般都在 3～15 MPa(30150 bar)；ALS综合录井仪器虽配有调节 阀，但无法和现有的钢瓶进行连接 ，另外调节阀所能承受 的最大压力为 3 MPa。因此 ，基于以上两点 ，必须重新设计相应的减压装置来连接钢瓶和调节阀，并且保证输 出压力为 0～3 MPa可调 ，输出流量为 0.4～0.5 L/rain可调。

l 减压阀设计的基本要求减压阀传输烃类(C -C )和CO。两种介质，样品气钢瓶的压力范围为 3～15 MPa，减压阀的输出压力为0～3 MPa。因此，减压阀要有较好的压力调节能力和抗压性能，而且烃类属于易燃、易爆气体，要求减压阀必须有较高的可靠性、密封性并且满足长周期运转的要求，与调节阀连接严密，避免出现跑 、冒、漏”及其他违反 QHSE有关规定的状况，介质工作温度在-1040℃，公称压力(PN)为 16 mPa。

1.1 材料的选择材料的抗压性依据 GB/T 12229-2005通用阀门碳素钢铸件技术条件n 标准阀体、启闭件使用碳素钢牌号(WCA、wCB、WCC)；填充材料依据 JB/T6626-1993标准和密封性的要求，使用聚四氟乙烯；CO 分析仪和色谱调节阀连接接头均选用英制自锁接头。依据 JB/T 5300-2008工业用阀门材料选用导则标准l2]，各种材料性能指标见表 1。

1.2 减压阀的设计减压阀由腔式阀体、控制旋塞阀孑L座、自锁接头孑L、控制旋塞阀、自锁接头、压力表共 6个部分构成 。

1.2.1 减压 阀设计思路通过手动控制旋塞阀的开度，使得旋塞阀的底部与阀体锥形进气孔接触，旋塞阀底部压有聚四氟乙烯密封垫，与进气孔(孔径 lmm)相互咬合，从而控制进气孔过流面积的大小，使阀体腔内气体的压力产生变化。假设随着旋塞阀开度增加，压力由输入时的 减小到 。，当气体从进气孔流到出气孔时，出气孔的流道孔径由1 mm增加到 2 mm。扩径使得压力降低到 P。，从而达到减压目的[3]。

王丽 工程师，1 965年生，1986年毕业于大庆石油学院石油地质专业，现在大庆钻探工程公司录井-公司从事质量及标准化工作。通信地址：1 63411黑龙江大庆市让胡路区地质录井-公司。电话：(0459)5695376。E-mail：wangl-8###petrochina.corn.cn第 23卷 第 4期 王丽：综合录井仪色谱标定减压阀的研究 · 63 ·表 1 各种材料性能适用 指标1.2.2 阀体的设计图图 1为阀体设计图，相同表示方式的含义相同。

1.2.3 阀体流通能力及流阻系数阀体上的流道采用缩径、扩径设计，将气体输入端长33 mm流道的直径由2 1"nm突变缩径为1 mm的直通控制旋塞阀座底孔 ，该阀座底孔有高约2 mm的锥形进气孑L，锥面孔径为1 mm。在距离进气孔2 mrn的地方有直径为1 mm的出气孔 ，出气孔到输出端采用扩径设计 ，直径 1 mm 的流道长度为6 I1"1""1，其余部分直径为2 mm，长度为33 mm￠质流在缩径、扩径处形成涡流，撞击、搅拌造成能量损失，使得流体的阻力增大流速减慢，单位时间内腔体中流体减少，压力降低，同时调整旋塞使锥形面处的过流面积变化，以达到减压 、稳压的目的[4 j(图 2)。

图 1 阀体设计流体介质通过阀门时，其流体阻力损失的量用 -- 阀门的流阻系数；阀门前后的流体压力降 △ 表示(范宁公式 )： -- 流体平均流速，mm/s；令 季 塞不同开式中 △ -- 阀门前后的压力损失，MPa； 度的流阻系数分别为 、色、已，总的流阻系数为 ，· 64 · 录 井 工 程 2O12年 12月图 2 阀体流道设计剖面示意则有 ：总 ： 1十 3根据表 2至表 4[6 数据综合分析，用钢瓶充装烃类气体，其压力为8 MPa，p取 0.65 g/L(空气为1.293 g/L)，扩径时过流面积之 比 A。/A 2，缩径时A /A -0.5，不同旋塞开度流通能力与流阻系数试验结果如表 5。

表 2 阀 门扩径后过流面积 比与局部流阻 系数关系A2 . A2 。

々 々1O 81 5 169 64 4 98 49 3 47 36 2 16 25表 3 突然缩径后过流面积比与局部流阻系数关系A2 . A2 。

A--11.O O.50 O.5 O.24O.1 0.46 O.6 O.18O.2 O.41 O.7 O.12O.3 O.36 O.8 O.O6O.4 O.3O表 4 旋塞 阀门不 同开度与流 阻系数关 系开度( ) 岛 开度(。) 岛40 0.O5 10 5.473O O.29 5 17.3O2O 1.561.2.4 减压阀连接形式阀体两端用内螺纹连接：-端连接样品气钢瓶，单位：埘n表 5 流通能 力与流 阻系数 实验数据开度(。) & △户 流量 夕输±l5(MPa) (mL/min) (MPa)5 18.54 7.421O 6.71 6.4020 2.8O 5.2O3O 1.53 4.7O40 1.29 1.3O155355459567879O.581.6O2.8O4.3O6.7O另-端连接次级稳压 阀，连接钢瓶的-端表 面为正六边形以便安装，连接次级稳压阀的-端为圆柱内螺纹( 23.4×14牙)连接英制自锁接头。在阀体上分别开有 3个内螺纹连接孔，采用聚四氟乙烯垫软密封，连接采用基孔配合(间隙配合)，配合精度中等，依据 GB 1800-1999轴与孔的公差表7]、GB/T193-2003普通螺 纹直 径与 螺距 系列8]和 GB/T197-2003普通螺纹公差9 标准要求，实物如图 3所示，具体参数见表 6。

图 3 阀体进气孑L与 出气孑L实物1.2.5 控制旋塞与过流控制面的设计控制旋塞由管状内、外螺纹和外螺纹的控制杆组成，控制杆与管状内螺纹的精度配合旋合长度为5 mm。管状内、外螺纹分别是M 8×1-5H 6H/5g6g、第 23卷 第 4期 王丽 ：综合录井仪色谱标定减压阀的研究 ·65 ·M 12×1.25-7H间隙配合，其中M 8×1表示细牙普通螺纹，螺纹大径为 8 mm，螺距为 1 mm；5H 6H表示内螺纹的公差带，5g6g表示外螺纹公差带长，7表示螺纹长度为 7 mm，如图 4、图 5所示 。

图 4 旋塞 内螺 纹剖面- - 斗斗 单位：图 5 旋塞螺杆剖面通过以上流阻系数的分析计算，发现流体介质过流面的变化量是控制压力范围和精度的决定性因素，而过流面的变化撒于锥体角和旋塞阀(图 6)的行程(启闭速度)。

图 6 旋星开度控制流量 示意旋塞向下运动与锥形体接触面增加，过流面积减少，流量降低，在腔体内部单位时间内气体减少，压力降低。过流面积的大泄与锥体顶角有关，角越大旋塞向下或向上运动时，过流面积的变化越大，从而使得控制精度降低、控制范围减校由以上对流阻系数的计算(表 5)可知，锥角在 2O～3O∠为合理。锥角过大则控制旋塞只能在很小的范围内调节，锥角过小制作加工较为困难，而且输出波动较大 。

1.2.6 抗压性及密封性试验根据实际使用的需要，考虑到录井现场的钢瓶压力-般为3～15 MPa，减压阀的阀体、启闭件以及各个 接 头在 选 择 材料 时，要 求其 耐 压性 大 于32 MPa，各个接头螺纹的耐压性大于 30 MPa，耐压性试验表明各项指标在正常范围内。密封采用软密封，密封性实验各项指标在正常范围内。

1.3 安装与使用减压阀先与样 品气钢瓶进行连接 ，注意要将其与钢瓶锁紧防止漏气，上扣时注意不要损伤压力表，然后再与次级减压 阀(调节 阀)连接。由于 CO 分析仪内部气路中存在稳压和调压阀体，在进行 CO标定和校验时可不接调节阀。

初级减压阀的调节范围无法使得气体流量稳定在 0.4～0.5 mL/min时可接次级减压 阀∮头 的安装位置如图 7所示。

黑圉图 7 阀体 实物连接2 应用效益分析减压阀已经在 ALS 2.3型综合录井仪上使用，并在 XS 9-P 2井现场实际应用，取得了较好的效· 66 · 录 井 T 程 2012年 12月果，稳压的各项指标均已达到要求～其推广到其他类型综合录井仪器上使用，改变了以往使用气囊标定，不但节约气体，而且使得色谱标定曲线更加合理 ，分析效果较之前更佳 。

减压阀的经济性、稳压性、密封性、实用性超过了同类产品在 ALS综合录井仪中的应用情况。尤其解决 了同类减压阀因为与钢瓶接头不匹配 、密封不好而造成标定或校验过程中气体的泄漏难题，避免出现对环境的污染问题，符合现场 HSE的有关规定 。

该减压阀成本低、实用性强，降低了仪器辅料的成本。标定或校验初步预算如表 7所示。

表 7 经济效益预算数据每台仪器使用气囊标定和校验-年需要样品气量：使用 8 L/8 MPa存储量为 640 L的样品气钢瓶需要 15个 ，每个钢瓶价格为 1 800元，共需成本 15×1 800-27 000元 。

每台仪器使用减压阀标定和校验-年需要样品气量：使用 2 I /15 MPa存储量为300 L的样品气钢瓶需要 5个，每个钢瓶价格为 1 000元，共需成本 5×1 000-5000元 。

每 台仪器每年节约成本为 ：27000-5000：22000元仪器使用的年限按照 8年来计算，-共 8台ALS 2.3综合录井仪和 30台 SK 2000综合录井仪，使用此种减压阀标定和校验可节约样品气成本为 ：22000×8×38-6 688000元3 结束语减压阀流道缩径的设计使得控制精度提高，流阻系数的大小通过流道缩径的幅度比例得以实现，通过控制过流面积的大胸制减压阀输出流量和压力。该减压阀在色谱和红外 CO。分析仪的标定和校验过程中的使用，改变了以往的标定和校验方式，使之更为科学合理。从标定和校验所取得的结果来看，使用减压阀后的标定曲线更佳，从所使用的气体量来看，节约了大量的气体从而降低了消耗成本。

将此减压阀标定的方法推广到 SK 2000、SDL 9000综合录井仪，在 XS 9-P 1井 和ZS 14井进行现场试验并取得了良好的效果。