石油钻井剪销式安全阀34Mpa、6等级

1、泰 山 学 院本 科 毕 业 设 计石油钻井剪销式安全阀（34Mpa 、6等级 ）所 在 学 院 机械与工程学院 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 申请学士学位所属学科 工 学 年 级 二一一级（3+2） 学生姓名、学号 周佳2011170228 指导教师姓名、职称 季绍琨 副教授 完 成 日 期 二零一三年五月 摘 要 安全阀是保障石油化工设备正常运行的重要组成部分，它的启闭件受外力作用下处于常闭的状态，当设备或管道内的介质压力升高，超过规定值时，它会自动开启，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。安全阀属于自动阀类，主要用于锅炉、压力容器和管道上，控制压力不超过

2、规定值，由此对人身安全和设备运行起重要的保护作用。安全阀在系统中起安全保护作用。当系统压力超过规定值时，安全阀打开，将系统中的一部分气体/流体排入大气/管道外，使系统压力不超过允许值，从而保证系统不因压力过高而发生事故。安全阀结构主要有三大类：剪销式、弹簧式和杠杆式。弹簧式是指阀瓣与阀座的密封靠弹簧的作用力。杠杆式是靠杠杆和重锤的作用力。随着大容量的需要，又有一种脉冲式安全阀，也称为先导式安全阀，由主安全阀和辅助阀组成。此外，随着使用要求的不同，有封闭式和不封闭式。 关键词 ： 安全阀,剪销,密封,限压,石油钻井 ABSTRACT Protection of the safety valve

3、is a safety valve, opening and closing parts of its external force is normally closed by the state, when the device or media pressure inside the tubes increases, exceeds the value of open automatically, through the medium outside the system to prevent discharge within the medium pressure piping or e

4、quipment exceeds the set value. Safety valves are automatic valves, mainly used for boilers, pressure vessels and piping, control pressure does not exceed the value of personal safety and equipment operation play an important protective role. Safety valve in the system play a security role. When the

5、 system pressure exceeds the set value, the valve opens, the system part of the gas / fluid into the atmosphere / channels, the system pressure does not exceed the allowable value, thus ensuring the system is not an accident due to excessive pressure. Also known as relief valve, or pressure relief v

6、alve, but there are some differences between it and the relief valve. Icon for the safety valve of some typical structure. Figure a safety valve for the piston, the spool is a flat. Air pressure acting on the piston A, when the pressure exceeds the spring force to determine the safety value, the pis

7、ton A is the top open, part of the compressed air into the atmosphere from the valve port; when the air pressure below the safety value, the spring-driven Pistons down, close the valve port. The valve sealing surface is clean Valve structure has three major categories: shear pin-type, spring and lev

8、er type. Spring is the valve seal and valve seat by spring force. Leveraged rely on leverage and weight of the force. With the large capacity needs, but also a pulse-type safety valve, also known as pilot safety valve, safety valve from the main and auxiliary valve. Emissions depends on the safety v

9、alve seat diameter and height of the valve opening can also be divided into two types. Key words: pressure limiting valve, shear,pin,seal,oil drilling目 录1 引言-11.1 简介-21.2 安全阀的工作原理-21.3安全阀的密封防腐性能 -21.4安全阀的优点 -21.5安全阀安装前应注意事项-22 摇臂设计-32.1摇臂材料的选择-32.2销位置的计算-33 安全销设计-43.1安全销所受剪力的原理说明-43.2销的材料的选择-54法兰盘设计

10、-54.1法兰盘强度计算及材料选择-64.2法兰盘连接螺栓校核-65阀杆设计-76组合密封圈结构设计-87箱体结构设计-98安全阀开启压力的调整-109安全阀常见故障及消除方法-1110补充说明-12参考文献- -13致谢-141引言随着全球经济的发展,整个世界对于能源的要求与日俱增,供需矛盾也日益突出。我国地大物博,石油资源原本非常丰富,但随着国民经济的飞速发展,我国的能源形势已变得越来越严峻,目前对石油的勘探和开发已经达到相当广泛的程度,因此正日益向海洋区域开采。海洋采油法规规定;在油气开采过程中,凡具有自喷或自溢能力的井都必须安装井下安全阀。油气井安装井下安全阀系统后,一旦采油气平台出现

11、火灾或遭受其他重大灾害,油气井就能够自动关闭,从而避免严重的人员伤亡、井喷和海洋污染等恶性事故的发生。而我国井下安全阀大多依赖于进口,现有的技术还处于初始研究阶段。1.1简介 随着现代化工业的快速发展，安全阀的需求量迅速增长。而对于现代化石油装置来说，安全阀的使用量加大则需要各式各样的安全阀。在日常使用中安全阀的开闭频繁，然而由于结构设计、制造、使用、维修不当，会发生跑、冒、滴、漏现象，因此会引起爆炸、中毒、烫伤等重大人身伤害，或者造成产品质量比较低劣，能量消耗提高，设备腐蚀加快，物耗提高，环境造成污染，甚至造成工业停产等严重事故，已屡见不鲜，因此人们对高质量阀门的期望越来越高，同时也要求提高

12、安全阀的使用及维修水平，此时对于操作安全阀的工程技术人员、操作人员以及维修工作人员，提出更新更高的要求，除了要精心的设计、正确的操作安全阀、合理的选用同时也要及时维护、修理阀门，使安全阀的事故发生率降到最低限度，以保证人身及设备的安全。1.2 安全阀的工作原理安全阀由阀杆, 阀体、箱体、摇臂、剪销及护罩等组成。泥浆压力作用在阀体下端面, 阀体就受到一个向上的推力, 该推力由阀杆传摇臂, 摇臂传递给转轴和剪销, 使剪销受到剪切。当推力达到使剪销受到的剪切应力大于剪销材料的剪切强度极限时, 剪销便被剪断, 摇臂沿转轴向上甩开,阀杆冲离阀座, 泥浆便从阀座孔冲出卸压, 实现安全保护。摇臂上的每一个孔

13、都对应一个泥浆压力值, 因此在施工中,只要根据施工技术要求, 确定泥浆压力后, 把剪销插入相应的孔中即可。1.3安全阀的密封防腐性能泥浆冲蚀、磨损所产生的划痕造成阀芯和阀座间密封不严密，使得安全阀密封性能下降；密封面上留有杂质。杂质及杂质落到密封圈上，造成阀芯与阀座间有间隙，从而导致阀门渗漏；所以在解体、研修、回装的过程中，都要防止杂物调入阀体。在计划检修中，有时拆下的阀芯及阀座密封面上有明显的锈蚀、麻点，但仍能保持严密不漏。根据这些运行情况看，阀芯和阀座的正确结合比研修质量更重要。同时，当安全阀不泄露时，应尽可能延长检修周期，减少检修次数。针对泥浆酸碱性高，杂质多，腐蚀性强的特点，我们同时对

14、安全阀与管路连接处增加橡胶和密封胶。避免出现其他安全阀常见的“跑，冒，滴，漏”现象，对环境不会造成污染且易于管理。为防止作业环境中酸碱盐性泥浆对安全阀的腐蚀，阀体采用不锈钢材料，阀杆采用45钢热处理后镀铬，上阀体腔体内壁、法兰盘内壁、摇臂、护罩内侧均采用镀锌处理来改善。1.4安全阀的优点（1）开闭灵活（2）承压活塞面积小（3）复位简单（4）通用性好，可与多种泵联接。1.5安全阀安装前应注意事项（1）各种安全阀都应垂直安装。（2）安全阀出口处应无阻力，避免产生受压现象。（3）安全阀在安装前应专门测试，并检查其管密封性。（4）对使用中的安全阀应作定期检查。 2摇臂设计2.1摇臂材料的选择 采用40

15、Cr，淬火处理，表面镀铬处理。其硬度40-45HRC,其强度是S=345mpa，安全系数s=1.5。2.2销位置的计算 由力臂平衡知：给阀杆到箱体连接销的中心线的距离为l=35mm则： （公式1） 其中l=40 当p=34mpa，L1=156.8mm；当p=28.4mpa，L2=142mm；当p=23.5mpa，L3=118mm；当p=18.6mpa，L4=93mm；当p=14.7mpa，L5=74mm；当p=10.8mpa，L6=54mm；结构图如下： 图1摇臂 3安全销设计3.1安全销所受剪力的原理说明剪销被剪断时的应力, 随控制泥浆压力的下降而上升, 其主要原因可从两个方面来探讨：（1）

16、当剪销穿在越靠近转轴一端，控制压力越低, 加工误差及工件变形使剪臂向上转起的角度越大, 则阀杆顶部就越靠近边缘处接触剪臂, 缩短了主动力臂,只有当剪销穿在距转轴最远的孔中时, 受力才最接近理论计算值。（2）从理论上讲, 不论剪销穿在哪个孔中, 剪销所受的剪力是不变的, 它受力后的变形也应是相等的。3.2销的材料的选择采用15#钢，正火处理，S=225mpa，安全系数s=1.5则：许用剪切应力【】=7064.5mpa由于销要先于箱体和摇臂发生破坏，从而保护箱体和摇臂不被冲破，所以销的材料强度最弱。由以知得安全销的直径为10mm采用圆柱销其长度为50mm。 图2安全销 4法兰盘设计4.1法兰盘强度

17、计算及材料选择法兰盘表面镀锌，底部加密封装置。由于法兰盘设计成锥螺纹用锥螺纹连接需要校核其强度是否满足要求，其锥度采用1:16，材料用Q235 ，S=220 mpa ，安全系数S=1.5，【】=S/S=220/1.5=146.7mpa (公式2)其中d=40mm p=34.3mpa（最大压力）d2是锥螺纹的小径即d2=80mm，经计算强度满足要求。4.2法兰盘连接螺栓校核 采用8.8级螺栓，材料为45#钢，调质处理，其强度S=370mpa，安全系数s=1.5，则【】=S/s=370/1.5=246.7mpamm（公式3） 即d=8.98mm13.835mm其强度满足要求其中采用6个螺栓布置，平

18、均分布在圆周，采用直径为16mm的螺栓小径为13.835mm 图3法兰盘 5阀杆设计 采用40Cr，表面调质处理，其强度30-35HRC，S=345mpa，安全系数s=1.5 ，【】=S/s=345/1.5=230mpa其中直径设为20mm则： （公式4） 满足要求。图4阀杆6组合密封圈的结构设计由于要求密封性能非常高，所以使用组合密封圈，使其密封性得到加强。图中1件材料采用聚氨酯，2件材料为QT235-10，更使其密封性和其耐酸碱腐蚀性得到很大提高。 图5 组合密封圈 7阀体设计材料采用合金工具钢2Cr13，阀体与法兰盘连接部分采用1:16的锥管螺纹连接，采用调质处理，硬度28-32HRC，

19、可防止阀体内腔和阀杆腐蚀，提高了阀的灵敏度，增加了其强度。阀体内腔和阀杆均经过精加工光洁度均较高，维修保养方便。 图6阀体 8箱体结构形状设计 由于箱体受力较大，对材料的强度要求较高，因此材料选用ZG270-500。箱体内表面镀锌表面先涂H06-4环氧富锌底漆，再涂环氧灰色云母氧化铁面漆。图7箱体 9安全阀开启压力的调整（1）安全阀出厂前，应逐台调整其开启压力到用户要求的整定值。若用户提出安全销工作压力级，则按一般应按压力级的下限值调整出厂。（2）使用者在将安全阀安装到被保护设备上之前或者在安装之前，必须在安装现场重新进行调整，以确保安全阀的整定压力值符合要求。（3）在铭牌注明的安全销工作压力

20、级范围内，通过剪销的不同位置，即可对开启压力进行调节。（4）为保证开启压力值准确，应使调整时的介质条件，如介质种类、温度等尽可能接近实际运行条件。介质种类改变，特别是当介质聚积态不同时（例如从液相变为气相），开启压力常有所变化。工作温度升高时，开启压力一般有所降低。故在常温下调整而用于高温时，常温下的整定压力值应略高于要求的开启压力值。高到什么程度与阀门结构和材质选用都有关系，应以制造厂的说明为根据。（5）常规安全阀用于固定附加背压的场合，当在检验后调整开启压力时（此时背压为大气压），其整定值应为要求的开启压力值减去附加背压值。（6）密封性试验密封性试验时，试验压力为最大公称压力45MPa，持

21、续时间5分钟（GB50243）。10安全阀常见故障及消除方法（1）排放后阀杆不回座 这主要是阀杆安装位置不正或被卡住造成的。应重新装配。 （2）泄漏在设备正常工作压力下，密封件与阀座密封面之间发生渗漏。 其原因有：密封件与阀座密封面之间有脏物。可重新安装前清洗；如果还泄露，看密封件是否损伤。若密封件损伤，应该更换；阀杆弯曲、倾斜或者是杠杆与支点有偏斜而造成，使阀芯与座孔错位。应重新装配或者是更换；看看销是否有损伤，若有损伤应更换。（3）到规定的压力时却不开启定压不准是造成这种情况的原因。看看销的直径、材料及其摇臂孔的位置是否正确。 （4）不到规定的压力而开启主要原因的是定压不准；销的疲劳、材料

22、及其摇臂孔的位置是否正确。应及时调整。11以上内容的几点补充说明（1）铸件应进行时效处理，清砂，修毛刺。（2）与箱盖合箱后，分箱面边缘分析，每边错位不超过2mm。（3）装配前所有零件清洗，而摇臂表面镀铬处理。（4）各密封处不许漏气、液体或固液混合物，尤其是法兰盘与管道，活塞处密封性能会影响产品的性能以及其他因素。（5）安全销件数6个，装配时安装装一个，其他备用放在塑料袋中。 12总结与展望本文介绍了安全阀的结构和原理，并对剪销式安全阀上的剪销位置和控制压力的关系进行了探讨，分析了这种类型的安全阀工作中的的影响因素，对其各部件的强度和材料提出的具体意见。整个课题的研究工作，使我掌握了进行一般设计工作的思路和方法，这将对我今后的实际工作中打下了良好的基础。更重要的是在课题的设计工作中加强了实际的动手实验能力，掌握了理论和实践相结合的设计工作方法。当然在课题设计工作中还存在一些不足和缺陷，我将在以后的工作和学习中逐渐完善。 参考文献1 杨前驱.石油矿用泵销轴式安全阀的计算方法J.石油钻采机械通讯，1980 年第一期.2 王金蒲.安全阀的安装、校验和试验J.劳动保护， 1981年12期.3 蔡尔辅.