陜西省技師職業(yè)資格考評 減壓閥在大落差管道上的應(yīng)用 減壓閥在大落差管道上的應(yīng)用 上海申弘閥門有限公司 【摘 要】庫爾勒至鄯善輸油管道采用了常溫密閉輸送工藝及SCADA系統(tǒng)等技術(shù),是目前國內(nèi)自動化水平的一條管道。詳細介紹了自荷蘭引進的RZD-RMBX型減壓閥的結(jié)構(gòu)、工作原理、調(diào)節(jié)特性及運行工況。該減壓閥在國內(nèi)輸油管道上用于解決大落差的難題。運行一年多來,工作平穩(wěn)正常,效果良好。 【關(guān)鍵詞】輸油管道; 減壓閥 我國引進荷蘭莫克維迪(Mokveld)公司64.8 mm ANSI 600 RZD-RMBX型減壓閥,用于庫鄯輸油管道吐魯番盆地西南部落差大(115 km內(nèi)落差達1 660 m)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,效果良好。 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 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(guān)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)。 3、 活塞桿和閥桿 活塞桿與閥桿構(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(dǎo)軌內(nèi)沿閥門的中心線運動,活塞桿與閥桿上的45°的齒條相互耦合,閥桿上下傳動,帶動活塞桿及活塞在全行程上前后運動。活塞的端面上均勻分布有孔洞(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(dǎo)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。減壓閥有獲的密封系統(tǒng),主密封圈位于籠筒的前端,活塞在全行程上被導(dǎo)引,當(dāng)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(guān)閉閥門?;钊ㄟ^活塞桿的導(dǎo)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(dāng)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(dāng)執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動閥桿向下時,活塞向前移動,關(guān)小閥門。 減壓閥采用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4~20 mA DC信號轉(zhuǎn)換為0.02~0.1 MPa的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)的直線位移輸出,通過推桿帶動閥桿上下移動,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。閥體采用了軸向?qū)ΨQ流道,*避免了優(yōu)先流和不必要的流向改變,使噪音和紊流趨勢明顯降低。 氣密級密封系統(tǒng)。減壓閥具有獲的密封系統(tǒng),即使在惡劣的工作條件下,也能在全壓力范圍內(nèi)保證關(guān)斷嚴(yán)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(guān),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(guān)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,減壓閥具有良好的線性調(diào)節(jié)特性,小流量時開度約在10%處,這一點使得閥門接近關(guān)閉時工作緩和平穩(wěn),確保關(guān)斷嚴(yán)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(guān)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,消耗掉管道高點至末站進站間的多余位能(P2-P3)。 (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(yán)密關(guān)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〕: 即 P2=P1+γ(Z1-Z2)-γ.hf 由列賓宗公式得:?。?) 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,m3/s; d——管道內(nèi)徑,m; L——高點至減壓站間的管道長度,m; γ——油品相對密度,kg/m3; ν——油品運動粘度,m2/s; β——流態(tài)系數(shù),取0.024 6 s2/m。 其中Z1、Z2、d、L、β、γ、ν為已知,為了保證高點正壓運行,取P1為0.2 MPa(設(shè)計參考值),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取首站出站流量。在實際運行中PSP(減壓站進站壓力設(shè)定值)由SCADA系統(tǒng)根據(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(dāng)P2<PSP時,PV1001關(guān)小,直至偏差e=P2-PSP=0為止; 當(dāng)P2>PSP時, PV1001開大, 直至偏差e=0為止; 當(dāng)P2=PSP時,PV1001保持當(dāng)前開度。 副閥PV1002是備用調(diào)節(jié)閥,其壓力設(shè)定值為固定值,即不隨管道流量變化而變化。當(dāng)主閥PV1001故障關(guān)閉或流通能力不夠時,副閥將自動參與調(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)*,并在我國輸油管道上使用,由于設(shè)計上的疏忽,減壓站進站主流程上未裝過濾器,加之減壓閥的安裝未嚴(yán)格按照規(guī)程執(zhí)行,因此導(dǎo)致庫鄯輸油管道在輸水試運期間減壓閥嚴(yán)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。 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。 *組數(shù)據(jù)中取通過流量約490 m3/h,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誤差從71.61%降為7.61%。第二組數(shù)據(jù)取通過流量約643 m3/h,運行時間為4個月,實際開度從56.31%降為40.83%,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(fù),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沖蝕與磨蝕而逐漸減少。以2008年3月21日與2008年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 (m3/h) | 實際 開度 % | 閥后 壓力 (MPa) | 壓差
(MPa) | 相對流 通能力 % | 理論 開度 % | 誤差
| | 2007-08-14 | 6.47 | 491.90 | 99.61 | 0.94 | 5.53 | 13.92 | 28.0 | 71.61 | 第 | 2007-11-19 | 6.31 | 490.35 | 87.13 | 0.67 | 5.64 | 13.74 | 27.9 | 59.23 | 一 | 2008-02-27 | 6.30 | 490.35 | 67.18 | 0.91 | 5.39 | 14.05 | 28.2 | 38.98 | 組 | 2008-03-22 | 6.30 | 490.35 | 45.05 | 0.91 | 5.39 | 14.05 | 28.2 | 16.85 | | 2008-04-13 | 6.31 | 490.35 | 35.36 | 0.91 | 5.40 | 14.04 | 28.2 | 7.16 | | 2008-04-29 | 6.11 | 641.95 | 56.31 | 1.25 | 4.86 | 19.38 | 32.5 | 23.81 | 第 | 2008-05-30 | 6.00 | 641.17 | 51.96 | 1.28 | 4.72 | 19.64 | 32.8 | 19.16 | 二 | 2008-06-11 | 6.00 | 644.69 | 48.64 | 1.32 | 4.68 | 19.83 | 32.9 | 15.74 | 組 | 2008-07-28 | 6.03 | 643.71 | 46.20 | 1.25 | 4.78 | 19.60 | 32.7 | 13.50 | | 2008-08-15 | 5.97 | 644.04 | 40.83 | 1.22 | 4.75 | 19.66 | 32.8 | 8.03 |
注 以上數(shù)據(jù)在計算中原油密度取0.8456 t/m3。 表2 減壓閥運行參數(shù) 通過流量 (m3/h) | 實際出口壓本文內(nèi) 容摘↘自WwW.EdUZhai.nET中國 教育文摘^力 (MPa) | 通過流量 (m3/h) | 實際出口壓力 (MPa) | 415.92 | 0.73 | 419.30 | 0.85 | 470.74 | 0.88 | 470.61 | 0.93 | 502.47 | 0.95 | 504.79 | 0.96 | 553.65 | 1.00 | 561.67 | 1.12 | 601.47 | 1.10 | 599.63 | 1.16 | 649.38 | 1.13 | 640.52 | 1.26 | 701.73 | 1.29 | 680.69 | 1.34 | 740.42 | 1.40 | 707.73 | 1.38 | | | 718.76 | 1.41 |
注 左欄為2008年3月21日數(shù)據(jù),右欄為2008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,減壓閥的運行情況將逐漸趨于正常。 根據(jù)減壓閥的運行情況,提出以下建議。 (1)減壓閥籠筒上的孔洞很小(φ6 mm),為保證減壓閥的正常運行,減壓閥前應(yīng)設(shè)置合適的過濾器,并應(yīng)根據(jù)情況適時清洗過濾器。 (2)由于減壓閥在投產(chǎn)前受堵,籠筒內(nèi)的堵塞物至今仍有殘余,這就使得原油通過減壓閥的壓差相對增大,而減壓閥的允許壓差為6.0 MPa,也即當(dāng)減壓閥前后壓差為6.0 MPa時,它的通過流量已達飽和,若超過6.0 MPa,則閥內(nèi)件將會受到損害,因此運行中的壓差都應(yīng)小于6.0 MPa。 圖6 出口壓力與流量的變化曲線 1—1998年8月1日的一組運行情況; 2—1998年3月21日的一組運行情況; 3—流量與出口壓力的關(guān)系曲線 (3)減壓閥的執(zhí)行機構(gòu)采用了氣動驅(qū)動方式,保證其氣源裝置的正常工作就是保證減壓閥的正常運行,因此對氣源裝置應(yīng)定期進行維護和保養(yǎng)。另外,如果能深化減壓閥的理論培訓(xùn)以及嚴(yán)格按規(guī)程施工和操作,那么其運行優(yōu)勢將會得到更好發(fā)揮。還需要了解更多減壓閥資料,請點擊減壓閥查看。 參考文獻 (1)曲慎揚等:原油管道工程,石油工業(yè)出版社(北京),1994。 (2)袁恩熙:工程流體力學(xué),石油工業(yè)出版社(北京),1986。 |