一种天然气开采采气树用多功能控制阀的制作方法

1.本实用新型涉及油气田开采技术领域，具体涉及一种天然气开采采气树上安装的多功能控制阀。


背景技术：

2.在天然气开采现场，采气树和输气管线上安装有测量仪表和控制阀门，基础的测量仪表包括套管压力、油管压力、输气压力和流量计(集成管线内介质温度测量)，控制阀门包括流量调节阀(包括电动控制阀和手动控制阀)、紧急截断阀等。例如发明专利(cn107806334a)中所描述采气树设置有套压信号采集装置、油压信号采集装置、流量采集装置和电动阀门采集装置。以上所述的测量仪表和阀门分别安装于采气树和输气管线的不同位置，供电方面现场采用光伏板加蓄电池的方式，由于现有仪表和阀门均不具备低功耗模式，现场仪表一般的功耗为0.48w，电动控制阀普遍的待机功耗为5w，因此在冬季光照不足或连续阴雨天时现场极易出现电池亏电，造成仪表和电动控制阀设备掉线问题，影响安全生产；在数据采集方面包括两种方式，一种为无线采集另一种为有线采集，因为无线采集数据不稳定且功耗高，因此目前现场主要以有线数据采集为主。
3.基于上述天然气目前的开采现状，现总结出以下两方面有待优化：由于仪表和电动控制阀分布在不同位置，因此有线数据采集方式存在大量的施工布线工作，且后期维护复杂、技术要求高；现场仪表及电动控制阀门不具有低功耗的工作模式，因此供电系统存在亏电的风险，造成设备掉线，影响安全生产。
4.为此，本实用新型提出了一种新的天然气开采采气树用多功能控制阀。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本实用新型提供一种天然气开采采气树用高集成度、低功耗的多功能控制阀。
6.本实用新型提供了如下的技术方案。
7.一种天然气开采采气树用多功能控制阀，包括：
8.阀门，用于连通采气树和外输管线；
9.智能电动执行机构，通过连接件与所述阀门顶部连接；所述智能电动执行机构包括：
10.mcu系统；
11.电机，通过电机驱动电源控制电路和电机驱动电路，与所述mcu系统电连接，输出轴与所述阀门传动连接；
12.按键及液晶显示模块，通过液晶、按键驱动电路和液晶背光控制电路与所述mcu系统电连接；
13.传感器组，通过传感器接口设置在所述阀门上，并通过传感器电源控制电路和采集电路与所述mcu系统电连接。
14.优选地，所述传感器组包括阀前压力传感器，所述传感器电源控制电路和采集电路包括阀前压力传感器电源控制电路和采集电路；所述阀前压力传感器设置于所述阀门的阀前位置，并通过所述阀前压力传感器电源控制电路和采集电路与mcu系统连接，用于检测阀前油压。
15.优选地，所述传感器组包括温度传感器，所述传感器电源控制电路和采集电路包括阀前温度电源控制电路和采集电路；所述温度传感器设置于所述阀门的阀前位置，并通过所述阀前温度电源控制电路和采集电路与mcu系统连接，用于检测管线内介质温度。
16.优选地，所述传感器组包括阀后压力传感器，所述传感器电源控制电路和采集电路包括阀后压力传感器电源控制电路和采集电路；所述阀后压力传感器设置于所述阀门的阀后位置，并通过所述阀后压力传感器电源控制电路和采集电路与mcu系统连接，用于检测输气管压。
17.本实用新型有益效果：本实用新型将天然气采气树的油管压力采集、输气管压采集、管线内介质温度采集和流量计量功能集成到了多功能控制阀上，所形成的高集成度解决了现场仪表分布广导致的施工布线工作量大、维护复杂、技术要求高的问题；多功能控制阀的低功耗模式避免了冬季光照不足或连续阴雨天造成供电系统亏电的问题。本实用新型技术切合实际的解决了现场已有问题，提高的工作效率，降低了员工的劳动强度，减少了设备辅材的投资，为客户直接创造了经济价值。
附图说明
18.图1为本实用新型的多功能控制阀主视图；
19.图2为本实用新型中智能电动执行机构的低功耗控制方案逻辑图。
20.其中，1、智能电动执行机构；2、连接件；3、阀门；4、温度传感器； 5、阀前压力传感器；6、阀后压力传感器；7、预留传感器接口。
具体实施方式
21.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
22.实施例1
23.如图1-2所示，本实用新型提出一种天然气开采采气树用多功能控制阀，具体包括：阀门3，设置在天然气开采采气树上，用于连通采气树和外输管线；连接件2，底端与阀门3连接；智能电动执行机构1，底端与连接件2 顶端连接；具体的，如图2所示，智能电动执行机构1包括：mcu系统；专用电机，通过电机驱动电源控制电路和电机驱动电路，与mcu系统电连接，输出轴与阀门3传动连接；按键及液晶显示模块，通过液晶、按键驱动电路和液晶背光控制电路与mcu系统电连接。
24.还包括：传感器组，设置于阀门3的阀前和阀后位置，并通过传感器电源控制电路和采集电路与mcu系统电连接，具体的，如图1所示，传感器组包括：阀前压力传感器5，设置于阀门3的阀前位置，并与智能电动执行机构1电连接，用于检测阀前油压；温度传感器4，设置于阀门3的阀前位置，并与智能电动执行机构1电连接，用于检测检测管线内介质温度；阀
后压力传感器6，设置于阀门3的阀后位置，并与智能电动执行机构1电连接，用于检测输气管压。预留传感器接口7，设置于阀门3的阀后位置。
25.其中，传感器电源控制电路和采集电路包括阀前压力传感器电源控制电路和采集电路、阀后压力传感器电源控制电路和采集电路、阀前温度传感器电源控制电路和采集电路；阀前压力传感器5通过阀前压力传感器电源控制电路和采集电路与mcu系统连接；温度传感器4通过阀前温度电源控制电路和采集电路与mcu系统连接；阀后压力传感器6通过阀后压力传感器电源控制电路和采集电路与mcu系统连接。
26.本实施例中，通过各个传感器获取的检测值实现管线内的天然气流量计量，具体的：在阀门上设计有4个安装传感器接口，在阀前位置安装1路温度传感器4，完成管道内介质温度采集，再结合阀前压力传感器5即油管压力和阀后压力传感器6即输气管压可以实现管线内的天然气流量计量，从而节省了天然气开采井口的流量计设备，进一步集成了现场设备，实现高集成度。具体的流量计算方法参考gb/t 17213.1-2015/iec 60534-1:2005，工业过程控制阀，第1部分：控制阀术语和总则、gb/t 17213.2-2017/iec
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60534-2-1:2011，工业过程控制阀，第2-1部分：流通能力安装条件下流体流量的计算公式以及gb/t 17213.9-2005/iec 60534-2-3:1997，工业过程控制阀第2-3部分：流通能力、试验程序的文件，流量计算公式如下：
[0027][0028]
其中：c:流量系数；n9:数字常量；n
p
:管道几何形状系数；p1：入口绝对压力；y：膨胀系数；x
sizing
：压差比；m：摩尔量；t1：入口温度； zi：压缩系数。
[0029]
相关数据计算公式如下：
[0030]
(1)流量系数：
[0031][0032]
其中：q:体积流量，单位m3/h；n9:数字常量；m：摩尔量；t1：入口温度；x:压差与入口绝对压力之比(x＝δp/p1)，无量纲；p1指绝对压力, 单位为kpa，温度为0℃的标准条件下的值；δp为阀前阀后压差；
[0033]
(2)管道几何形状系数：
[0034][0035]
其中：cr：100％额定行程时的额定流量系数。
[0036]
(3)膨胀系数：
[0037][0038]
其中：x
sizing
＝x(假如x＜x
choked
)；x
sizing
＝x
choked
(假如x≥x
choked
)；x：实际压差比，
x
choked
：阻塞压差比，x
choked
＝f
γ
x
tp
，，δp:阀前阀后压差；p1：入口绝对压力；γ：比热比。
[0039]
如图2为智能电动执行机构低功耗设计方案逻辑图。实现低功耗工作模式需要硬件电路和软件控制配合进行，首先需要分析功能需求，在硬件设计时，在允许间歇工作的电路及外部模块电源上增加控制开关电路，在软件设计时对允许间歇工作的电路和外部模块进行电源控制，以此降低整体功耗。
[0040]
图2说明如下：
[0041]
液晶背光控制电路：液晶背光由按键触发，当人为操作按下按键时，背光点亮，延时若干时间(可设置)后熄灭，以此降低设备功耗；也可软件设计背光常亮。
[0042]
电机驱动电源控制电路：从现场应用实际情况出发，现场每天开关阀门约为一次，开关一次时长40秒，因此对电机驱动电路电源进行控制，当需要开关阀门时，软件控制对电机驱动电路进行供电，当不需要开关阀时，停止对电机驱动电路供电，节省了电机驱动电路待机功耗，以此大大降低设备功耗；
[0043]
阀前压力传感器电源控制、阀后压力传感器电源控制和阀前温度传感器电源控制：根据现场需求设置传感器采集时间间隔，软件控制为传感器供电，直到数据采集完毕，然后对传感器进行断电，直到下一次数据采集时刻对传感器进行供电，以此降低传感器功耗，从而降低设备功耗。
[0044]
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。