減壓閥在大落差管道上的應用

1、減壓閥在大落差管道上的應用 1997年7月我國首次引進荷蘭莫克維迪(Mokveld)公司64.8mmANSI600RZD-RMBX型減壓閥，用于庫鄯輸油管道吐魯番盆地西南部落差最大(115km內(nèi)落差達1660m)的覺羅塔格山至艾丁湖減壓輸油段。運行一年多來，工作平穩(wěn)正常，效果優(yōu)良。一、減壓閥的結(jié)構(gòu)及工作原理    減壓閥是一種軸流式調(diào)節(jié)閥，由閥外體、閥內(nèi)體、閥桿、活塞桿、活塞和籠筒組成(見圖1)。   圖1 減壓閥結(jié)構(gòu)示意圖1閥外體； 2閥內(nèi)體； 3活塞桿； 4閥桿； 5活塞； 6籠筒 

2、;1、 閥 體     閥體包括閥外體和閥內(nèi)體，是一完整的鑄造體，閥的內(nèi)外體之間有一軸向?qū)ΨQ流道，見圖1箭頭所示處。 2、 籠 筒     籠筒是減壓閥的關鍵部件，結(jié)構(gòu)見圖2。壁面上有許多孔洞，RZD-RMBX型減壓閥選用三層籠筒，即籠筒壁面分三層，每層按一定規(guī)律分布有許多孔洞，三層壁面按一定的要求組合為一體(見圖2)。    圖2 籠筒示意圖 3、 活塞桿和閥桿     活塞

3、桿與閥桿構(gòu)成一個90°的角式傳動機構(gòu)(見圖1)，活塞借助此傳動機構(gòu)在導軌內(nèi)沿閥門的中心線運動，活塞桿與閥桿上的45°的齒條互相耦合，閥桿上下傳動，帶動活塞桿及活塞在全行程上前后運動?；钊亩嗣嫔暇鶆蚍植加锌锥?見圖1)，以使活塞內(nèi)外壓力平衡，前后運動時不受軸向壓力的影響。 4、 工作原理     減壓閥是活塞型閥門，活塞在籠筒內(nèi)被導引，節(jié)流發(fā)生在活塞邊緣與籠筒的孔口之間，油流來自籠筒外，因此在籠筒層孔內(nèi)油流速度很高，籠筒選用的材質(zhì)高度抗腐蝕與磨蝕。減壓閥有獲專利的密封系統(tǒng)，主密封圈位于籠筒的最前端，活塞在全行程上被

4、導引，當被推動穿過主密封圈時，閥門前后的差壓強迫主密封圈緊貼活塞壁而緊密關閉閥門?；钊ㄟ^活塞桿的導引在籠筒內(nèi)前后運動，閥桿借助它與活塞桿上的45°的齒條傳動活塞桿，當執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動閥桿向上時，活塞向后移動，開大閥門；當執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動閥桿向下時，活塞向前移動，關小閥門。     減壓閥采納了帶氣動閥門定位器的活塞執(zhí)行機構(gòu)，氣源裝置給執(zhí)行機構(gòu)提供了一定壓力的壓縮空氣，電氣轉(zhuǎn)換器把從控制室來的420 mA  MPa的標準氣動信號，傳輸信號為電信號，現(xiàn)場操作為氣動信號。執(zhí)行機構(gòu)接受控制信號轉(zhuǎn)換成相應的直線位移輸出，通過推桿帶

5、動閥桿上下移動，從而使閥門開度在全行程上變化。 5、 性能特點 軸向?qū)ΨQ流道。閥體采納了軸向?qū)ΨQ流道，完全避免了優(yōu)先流和不必要的流向改變，使噪音和紊流趨勢顯然降低。     氣密級專利密封系統(tǒng)。減壓閥具有獲專利的密封系統(tǒng)，即使在最惡劣的工作條件下，也能在全壓力范圍內(nèi)保證關斷嚴密。 壓力平衡。由于減壓閥裝配了壓力平衡活塞，使得操作活塞的軸向力與閥門兩端的壓差無關，因此使用較小的執(zhí)行機構(gòu)就能達到快動的目的。二、調(diào)節(jié)特性     減壓閥的調(diào)節(jié)特性是由閥內(nèi)部件的結(jié)構(gòu)決定的，所謂調(diào)節(jié)特

6、性是指流過閥門介質(zhì)的相對流通能力與閥門相對開度的關系，相對流通能力是閥門某一開度時流通能力與全開時流通能力之比，相對開度是閥門某一開度與全開度之比1。     減壓閥的調(diào)節(jié)特性如圖3所示。      從圖3中可以看出，減壓閥具有優(yōu)良的線性調(diào)節(jié)特性，最小流量時開度約在10%處，這一點使得閥門接近關閉時工作緩和平穩(wěn)，保證關斷嚴密。在正常的可調(diào)范圍內(nèi)流量變化與閥門開度成線性關系。圖3 減壓閥特性曲線三、減壓閥在管道中的調(diào)節(jié)原理 庫鄯輸油管道使用了兩個減壓閥，并聯(lián)安裝在覺羅塔格減壓站，其中主閥PV1001起主要調(diào)節(jié)作用，副

7、閥PV1002起備用調(diào)節(jié)作用，庫鄯輸油管道一期工程水力坡降線示意圖如圖4所示。 圖4 庫鄯輸油管道一期工程水力坡降線示意圖     從圖4中可以看出減壓閥的主要作用是。 (1)在減壓站通過減壓閥節(jié)流降壓，消耗掉管道最高點至末站進站間的多余位能(P2P3)。 (2)通過減壓閥控制減壓站上游管道的壓力，保證高點正壓運行，并避免高點至減壓站管道內(nèi)出現(xiàn)不滿流現(xiàn)象。 (3)全線停運時，通過減壓閥的嚴密關斷，防止減壓站上游出現(xiàn)不利于再啟動的空管現(xiàn)象。 圖4中高點與減壓站處由伯努利方程得到簡化后的穩(wěn)定流的能量方程2：

8、 即 P2P1Z1Z2-.hf 由列賓宗公式得：    1式中 Z1高點高程，m； Z2減壓站高程，m； P1高點壓力，Pa； P2減壓站進站壓力，Pa； Q管道內(nèi)原油流量，m3s； d管道內(nèi)徑，m； L高點至減壓站間的管道長度，m； 油品相對密度，kgm3； 油品運動粘度，m2s；  6 s2m。 其中Z1、Z2、d、L、 MPa(制定參照值)，由式(1)中可以得出：減壓站的進站壓力P2隨Q變化而變化，Q

9、取首站出站流量。在實際運行中PSP減壓站進站壓力設定值由SCADA系統(tǒng)依據(jù)實時測定的Q進行計算得出，并從主機系統(tǒng)實時傳給減壓站的站控PLC，由PLC內(nèi)的PID(比例積分微分)調(diào)節(jié)程序?qū)p壓站的上游壓力P2進行控制。 當P2PSP時，PV1001關小，直至偏差eP2PSP0為止； 當P2PSP時， PV1001開大， 直至偏差e0為止； 當P2PSP時，PV1001堅持當前開度。     副閥PV1002是備用調(diào)節(jié)閥，其壓力設定值為固定值，即不隨管道流量變化而變化。當主閥PV1001故障關閉或流通能力不夠時

10、，副閥將自動參加調(diào)節(jié)，兩閥的壓力流量曲線如圖5所示。    圖5 壓力流量曲線圖 由圖5可看出，主閥PV1001控制上游壓力隨流量增大而減小，而副閥PV1002控制上游壓力為一定值，但兩閥出口壓力(隨流量的變化)相同。四、減壓閥運行工況分析 RZD-RMBX型減壓閥結(jié)構(gòu)獨特，并首次在我國輸油管道上使用，由于制定上的疏忽，減壓站進站主流程上未裝過濾器，加之減壓閥的安裝未嚴格按照規(guī)程執(zhí)行，因此導致庫鄯輸油管道在輸水試運期間減壓閥嚴重受堵，流通能力減小，后經(jīng)補裝過濾器，并多次沖洗減壓閥，運行工況才逐漸趨于正常。   &#

11、160; 通過分析主閥PV1001的兩組運行數(shù)據(jù)，得出如表1所列的結(jié)果。 第一組數(shù)據(jù)中取通過流量約490 m3h，運行時間為8個月，減壓閥的實際開度從99.61%降為35.36%，經(jīng)過計算，實際開度與理論開度間的絕對誤差從71.61%降為7.61%。第二組數(shù)據(jù)取通過流量約643 m3h，運行時間為4個月，實際開度從56.31%降為40.83%，絕對誤差從23.81%降為8.03%。從表1中可以看出，減壓閥隨著運行時間的累計，流通能力也逐漸恢復，主要原因是減壓閥在運行過程中，籠筒內(nèi)的堵塞物由于受到高壓原油的長期沖蝕與磨蝕而逐漸減少。以1998年3月21日與1998年

12、8月1日的兩組運行參數(shù)(見表2)為依據(jù)，對減壓閥的出口壓力與流量的變化進行比較。表1 庫鄯輸油管道主閥運行的兩組數(shù)據(jù)比較   序號 日期 閥前壓力(MPa) 通過流量(m3h) 實際開度% 閥后壓力(MPa) 壓差(MPa) 相對流通能力% 理論開度% 絕對誤差     1997-08-14 第 1997-11-19 一 1998-02-27 組 1998-03-22   1998-04-13   1998-04-29 第 1998-05-30 二 1998-06-11 組 1998-07-28   1998-08-15 &

13、#160; 注  6 tm3。  表2 減壓閥運行參數(shù)注 左欄為1998年3月21日數(shù)據(jù)，右欄為1998年8月1日數(shù)據(jù)。    將表2中的數(shù)據(jù)用曲線表示(見圖6)。     通過比較可以看出，圖6中曲線1較曲線2接近曲線3，這說明隨著運行時間的累計，減壓閥的運行狀況將逐漸趨于正常。 依據(jù)減壓閥的運行狀況，提出以下建議。 (1)減壓閥籠筒上的孔洞很小(6 mm)，為保證減壓閥的正常運行，減壓閥前應設置合適的過濾器，并應依據(jù)狀況適時清洗過濾器。