具有压强边界完整性诊断能力的控制阀、制造控制阀的方法、以及使用控制阀的方法

技术领域

本发明通常涉及一种具有压强边界完整性诊断能力的控制阀、 一种制造该控制阀的方法、以及一种使用该控制阀的方法。

背景技术

对于过程控制阀的主要安全性考虑是阀的主体中的金属和壁厚 度的损耗。控制阀遭遇的高流体速度贡献于并且加速过程流体产生的 磨损。结果，加速了归因于保护性覆盖物的损耗的腐蚀以及归因于气 穴(cavitation)的金属损耗。与管道相比，因为阀体的不规则形状不 允许使用传统测试技术(例如超声波测试)，所以通过针对金属的损 耗和壁厚度的减少而对阀体进行常规测试来预测阀体的剩余寿命或 进行维护的需要是特别麻烦的。

在压强差很大的情况下，设备内产生的高速度可能是有害的。 例如，在液体系统中，所产生的高速度可能产生气穴。当在Vena  Contracta处的压强落在液体的蒸汽压强之下时出现这种情况，产生蒸 汽气泡，其随后在气泡在下游进入相对较高压强区域时破裂。设备内 的这些气泡的破裂可能通过腐蚀而产生对部件的物理损坏，这可能缩 短设备的使用寿命。

发明内容

根据本发明实施例，一种制造具有压强边界诊断能力的控制阀 的方法，包括：选取具有阀体的控制阀；确定所述控制阀内的速度剖 面；选取所述速度剖面的区域；选取在所述阀体的外部上的、位于或 邻近所述区域的点；在阀体的外部的表面上形成覆盖所述点的衬垫； 将测试设备应用于所述衬垫，以及使用所述测试设备来测量通过所述 衬垫的所述阀体的壁的基准厚度。

根据本发明另一实施例，一种制造具有压强边界完整性诊断能 力的控制阀的方法，包括：选取具有阀体的控制阀；确定速度剖面； 选取所述速度剖面的区域；选取在所述阀体的内部上的、位于或邻近 高速度的所述区域的第一点；在内部表面上形成覆盖所述点的轮毂； 在所述阀体的外部的表面上形成覆盖所述轮毂的至少一部分的衬垫； 将测试设备应用于所述衬垫；以及使用所述测试设备来测量通过所述 衬垫的包括所述轮毂的所述阀体的壁的基准厚度。

根据本发明又一实施例，一种具有压强边界完整性诊断能力的 控制阀，包括：阀体，其具有流体入口、流体出口、连接阀体通道， 所述阀体具有标识的速度剖面、在所述阀体通道上安装的阀座、适用 于与所述阀座协作以控制通过阀体通道的流体的流动的阀操作构件、 在位于或邻近所述标识的速度剖面的区域的所述阀体的外部上选取 的点、以及在所述阀体的外部上形成的覆盖所述点的衬垫。

根据本发明又一实施例，一种具有压强边界完整性诊断能力的 控制阀，包括：阀体，其具有流体入口、流体出口、连接阀体通道， 所述阀体具有标识的速度剖面、在所述阀体通道上安装的阀座、适用 于与所述阀座协作以控制通过阀体通道的流体的流动的阀操作构件、 在位于或邻近所述标识的速度剖面的区域的所述阀体的内部表面上 选取的第一点、在所述阀体的内部表面上形成的覆盖所述第一点的轮 毂、以及在所述阀体的外表面上形成的覆盖所述轮毂的至少一部分的 衬垫。

根据本发明实施例，一种诊断控制阀的压强边界完整性的方法， 包括：提供具有阀体的控制阀；标识所述阀体内的速度剖面；选取所 述速度剖面的区域；选取在所述阀体的外部上的、位于或邻近所述区 域的点；在所述外部表面上形成覆盖所述点的衬垫；将测试设备应用 于所述衬垫，测量通过所述衬垫的阀体壁的基准厚度；在测量所述基 准厚度随后的一个时间将测试设备应用于所述衬垫；测量通过所述衬 垫的所述阀体壁的第一厚度；以及对所述基准厚度与所述第一厚度进 行比较，以确定所述控制阀的压强边界完整性。

附图说明

为了更完整地理解本发明，将参照以下详细描述和附图。

图1是根据本发明实施例的具有衬垫的控制阀的截面图；

图2是示出衬垫的图1的控制阀的局部视图；

图3是根据本发明实施例的具有衬垫和轮毂(boss)的控制阀 的截面图；以及

图4是示出衬垫和轮毂的图3的控制阀的局部视图。

图5是根据本发明实施例的具有衬垫和应用于衬垫的测试设备 的控制阀的局部视图。

图6是根据本发明实施例的具有衬垫的控制阀的局部视图，手 持测试设备应用于衬垫。

图7是根据本发明实施例的具有衬垫和校准凸耳(lug)的控制 阀的局部视图。

图8是根据本发明实施例的具有衬垫和校准衬垫的控制阀的截 面图。

具体实施方式

根据本发明的具有压强边界诊断能力的控制阀包括：衬垫，其 形成在阀体的外部、邻近具有标识的速度剖面的区域。可以在任何已 知类型的阀的外部上形成衬垫。例如，对于形成具有压强边界诊断能 力的控制阀，可以选择箱型(cage-type)阀、球体阀以及旋转阀。

参照图1，通常，控制阀10包括阀体12，其具有流体入口14、 流体出口16、以及设置在流体入口14与流体出口16之间的连接阀体 通道18。阀10还包括阀座20，其安装在阀体通道18中，以及阀操 作构件22，其适用于与阀座20协作，以控制通过阀体通道18的流体 流动。能够通过任何已知传统方法，例如，使用计算流体动态，来确 定流过控制阀10的流体的速度剖面。可以选取速度剖面的区域，用 于分析。例如，所选取的速度剖面的一个或多个区域可以是最高流体 速度的一个或多个区域。例如，具有高压强降的天然气产品的速度可 能与声波速度同样高，并且可能包括夹带的泥沙和烃类液滴。相似地， 当存在高压强降时，蒸汽和其它可压缩流体可以实现声波速度。这些 最高流体速度的区域可能导致金属和阀体壁26厚度的损耗。

参照图1和图2，控制阀10包括在阀体12的外部上、位于或 邻近速度剖面的选取的区域上选取的点23。点23可以被选取为，例 如，离开速度剖面的选取的区域间隔大约0英寸至大约2英寸。替代 地，点23可以被选取为覆盖速度剖面的选取的区域。

控制阀10还包括在阀体12的外部上的覆盖点23的衬垫24。 例如，衬垫24可以被形成为覆盖点23，并且位于或邻近速度剖面的 选取的区域。具有多个选取的区域的控制阀10能够包括在位于或邻 近每一个选取的区域上选取的点23、以及覆盖每一个点23而形成的 多个衬垫。

能够例如在阀体12的形成期间形成衬垫24。例如，可以将平 坦表面研磨为阀体12，以形成衬垫24。替代地，能够在阀体12形成 之后形成衬垫24。例如，衬垫24可以是形成或贴附在阀体12的外部 上并且随后机器加工平坦的上升的表面。

衬垫24能够形成为，例如，与阀体12的内部表面基本上平行。 例如，衬垫24能够形成为在大约0°至大约15°的范围内平行于阀体 12的内部表面。优选地，衬垫24形成为以小于大约5°的偏移与阀体 12的内部表面平行。衬垫24能够形成为具有平坦外部表面。衬垫24 能够具有任何合适的形状。例如，衬垫24可以是大体上矩形或圆形。 衬垫24能够具有大约1mm至大约50mm的范围的直径。优选地，衬 垫24具有至少大约25mm的直径。衬垫24能够具有大约1mm至大 约10mm的范围的高度。

衬垫24的平坦表面提供合适的表面，以供测试设备(例如超声 波测试设备)使用。可以例如通过将测试设备应用于衬垫24以测量 阀体壁26的厚度来测量位于或邻近衬垫24的阀体壁26的基准厚度。 例如，超声波换能器能够用于测量阀体壁26的基准厚度。基准厚度 表示在t₀时的壁的厚度，该t₀时可以是在第一次使用控制阀10之前 或在连续使用控制阀10之前。衬垫24能够被标记有基准厚度。能够 使用任何已知方法来标记衬垫24。例如，基准厚度可以蚀刻在衬垫 24上或印记在衬垫24上。衬垫24能够进一步被标记有准直标记，用 于当进行后续厚度测量时允许测试设备的一致准直，如以下将更详细 地描述的那样。准直标记可以是例如“X”。

参照图3和图4，控制阀10还可以包括在阀体12的内部表面 上、位于或邻近衬垫24和/或速度剖面的选取的区域上选取的点27。 点27能够，例如，间隔选取的区域和/或衬垫24大约0英寸至大约2 英寸。

控制阀10也可以包括在阀体12的内部表面上、位于或邻近速 度剖面的选取的区域上形成的覆盖点27的轮毂28。轮毂28可以从阀 体12的外部上形成的衬垫24的至少一部分穿过而形成，并且与之交 叠。当选取速度剖面的多于一个的区域以用于分析时，可以在每一个 选取的区域处或附近形成点27，并且可以形成覆盖每一个点27的轮 毂28。

轮毂28可以是阀体12相对于周围阀体壁26的上升的内部表 面，这可以提供加速的磨损表面和更保守的磨损测量。可以例如从阀 体12的内部表面上的衬垫24跨过而形成轮毂28。轮毂28包括设置 在阀体12的内部处或附近的第一表面和设置在阀体通道18内的第二 表面。轮毂28的第二表面可以定向为在大约0°至大约15°的范围内 平行于衬垫24的表面。优选地，衬垫24形成为以小于大约5°的偏移 与阀体12的内部表面平行。轮毂28可以是平坦的。轮毂28可以具 有大约1mm至大约20mm的范围的厚度。可以使用测试设备(例如 超声波换能器)来测量包括轮毂28的阀体壁26的厚度，以确定基准 厚度。包括衬垫24和轮毂28的基准厚度可以在大约10mm至大约 150mm的范围内。包括轮毂28的基准厚度可以标记在衬垫24上。例 如，可以例如通过蚀刻或印记衬垫24来标记基准厚度。

轮毂28可以由具有大于阀体12的磨损率的磨损率的材料形成， 以提供内部磨损的较早告警。替代地，轮毂28可以由与阀体12的内 部基本上相同的材料来形成。可以在阀体12的形成期间在阀体12的 内部上形成轮毂28。例如，可以在铸造阀体12时铸造轮毂28。替代 地，轮毂可以在阀体12的形成之后贴附到阀体12的内表面。例如， 可以通过焊接沉积(weld deposition)来形成轮毂。

参照图5，阀10还可以包括例如测试设备30，其可操作地耦接 到阀体12的外部，测试设备30的至少一部分覆盖衬垫24的至少一 部分。测试设备30可以在衬垫24处可移除地或永久地耦接到阀体12。 测试设备30可以包括例如通信链路32。通信链路32可以通过有线或 无线连接而连接到测试设备30。通信链路32可以可操作地耦接到阀 体12和/或测试设备30。

参照图6，具有例如可操作地耦接到测试设备36的通信链路38 的手持测试设备36可以应用于和/或可移除地耦接到阀体12的外部， 手持测试设备36的至少一部分覆盖衬垫24的至少一部分。

参照图7和图8，阀10还可以包括形成在阀体12的外部表面 上的校准设备。参照图8，校准设备可以是例如形成在阀体12的外部 表面上的校准衬垫42。校准衬垫42至少部分地覆盖速度剖面的校准 区域。校准区域可以被选择为，例如，具有非腐蚀流动的速度剖面的 区域。在校准衬垫42处的阀体壁的厚度是已知的。可以通过将测试 设备应用于校准衬垫42并且测量通过校准衬垫42的阀体壁的厚度来 校准测试设备。可以基于来自测试设备的读数与在校准衬垫42处的 阀体壁的已知厚度之间的差而根据需要来调整测试设备。可以例如在 测量通过衬垫24的阀体壁26的样本厚度之前校准测试设备。可以在 阀体壁26厚度的后续测量期间根据需要而进一步校准测试设备。可 以例如以与形成衬垫24相同的方式形成校准衬垫42。

参照图8，校准设备可以是例如形成在阀体12的外部上的校准 凸耳40。校准凸耳40可以位于阀体12内的任何位置。优选地，校准 凸耳40定位为不干扰通过衬垫24的阀体壁厚度的测试。校准凸耳40 可以从阀体12的外部表面向外突出，并且具有已知的厚度。可以通 过将测试设备应用于校准凸耳40并且测量凸耳的厚度来校准测试设 备。可以基于来自测试设备的读数与校准凸耳40的已知厚度之间的 差而根据需要来调整测试设备。可以在阀体12的形成期间在阀体12 的外部上形成校准凸耳40。例如，可以在铸造阀体12时铸造校准凸 耳40。替代地，校准凸耳40可以在阀体12的形成之后贴附到阀体 12的外部。例如，可以通过焊接沉积来形成校准凸耳40。

为了诊断控制阀10的压强边界完整性，在基准厚度的测量随后 的时间t1测量通过衬垫24的阀体壁26(以及当使用时的轮毂28)的 厚度，这可以是在阀10已经使用了预定时间量了之后。通过将测试 设备，例如，超声波换能器，应用于衬垫24并且测量通过衬垫24的 第一厚度而再次测量阀体壁26的厚度。对第一厚度与基准厚度进行 比较，以确定控制阀10的压强边界完整性。厚度的改变(第一厚度- 基准厚度)表示由于在位于或邻近选取的区域的流体流动而导致的壁 的绝对材料损耗。可以在后续时间t₂、t₃、t₄等测量阀体壁26的厚度， 并且每一测量可以彼此比较以及与基准厚度进行比较，以提供绝对材 料损耗随着时间的测量。这些测量也可以用于确定阀体壁26的材料 损耗的速率(厚度的改变/时间的改变)，其可以用于预测控制阀10 的剩余寿命和/或对于维护的需求。

当使用内部轮毂28时，第一厚度是阀体壁26的厚度以及轮毂 28的至少一部分的测量。通过将测试设备应用于衬垫24并且测量通 过衬垫24的厚度，如上所述的测量第一厚度。在此情况下，第一厚 度可以表示单独轮毂28的磨损，以提供更保守的磨损测量。当轮毂 28由比阀体12的材料更快磨损的材料制成时，轮毂28提供加速的磨 损表面。由于可以在阀体壁26的明显磨损之前检测轮毂28的磨损， 因此轮毂28提供的阀体壁26的增加的厚度可以用于构建进入阀体12 设计的自动安全性范围。

上述文本阐述了本发明大量不同实施例的详细描述，应理解， 本发明的法定范围由本发明所附权利要求的文字来限定。由于描述每 一可能实施例将不实际，但并非不可能，因此详细描述应理解为仅是 示例性的，而不描述本发明的每一可能实施例。可以使用当前技术或 在本发明的提交日之后开发的技术来实现大量替选实施例，这仍将落 入限定本发明的权利要求的范围内。