密闭输送管道梭式非能动控制调节系统的保护特点

密闭输送管道梭式非能动控制调节系统的保护特点

1元控制的应用管道运输是工业国家的中心动脉。20世纪以来,全世界的管道运输迅猛发展,至今已有数百万公里的煤、油、气、水、矿石和化学原料运输管道,并且以每年4万公里以上的速度递增。运行方式也由敞开式发展到密闭输送式。控制方式由人工单元控制发展到卫星通讯系统(VSAT)与智能化集中控制(SCADA)相结合的现代体系。密闭输送流程的全线是一个连续的水力系统,系统中任何一点的压力波动都将引起系统的变化。因此,任何设计都要考虑整体和自动化。密闭输送的最大特点是节能和可靠性高,易于实现自动化。但技术上难以解决的问题是密闭连续条件下管道运行中产生的水击。梭控调节系统为解决这些问题提供了有效方法。该系统无需任何附加的能源及昂贵而复杂的控制(SCADA)系统,能够适应沙漠、河流、海洋、森林和冰雪等恶劣的自然条件。比附加电机、压力油罐、柴油动力和燃气轮机发电的操作系统简单可靠。本发明已获中、美、日、法和加等多国发明专利,并获得1998年国家发明奖。目前已拥有相关基础元件专利34项。2梭式非动能管理系统的特点由水力坡降线的比较,可以得出梭式非能动调节系统具有节能和防水击功能(图1)。2.1增加大出站,降低泵扬程梭式调节系统使泵站的上站至下站余压增大,即可以使现有泵站间距离加大,或者使下一泵站出口输出压力降低,从而降低泵扬程(降低泵功率),达到节能。2.2流可调梭阀和储能罐泵站间发生压力升高时,由于梭式回流阀的泄压使其泵输出压力保持在正常值。当发生液流突变产生水击时,差流可调梭阀和储能罐将会瞬时地吸收水击波的最大峰值,保证管道安全,并随时吸收运行过程中由于支流流量变化及其他原因引起的压力波动。泵站间发生压力降低时差流可调梭阀和储能罐能迅速地给管道补充压力,使其恢复正常运行。由于支路或其他原因引起的管道中出现真空时,补气排气阀可以瞬时打开补进大气,以免管道破坏。3新型多段式控制单元及其应用3.1a站“管路充装阀”当管线B站泵因事故停泵(图2),AB管线流速趋于零时,梭式回流阀主阀瞬时关闭,辅助阀打开。流体通过旁通管线(减压)流入A泵入口,A泵仍然继续运行,不会因B站泵停泵产生“管路充装”。A泵通过梭式回流阀向A泵入口输送液体,使A泵不产生发热事故和压力增高现象。输送管线梭式回流阀用于防止停输后A站后面管段出现超压。该阀可以取代超压自动断电保护和其他的保护措施。如管线流动停止,A泵后的梭式回流阀主阀关闭,旁通开启,AB管道中的压力平衡,产生压头近似平均值h/2,此值小于超压曲线的允许值。A泵仍然继续运行,由于梭式回流阀辅助阀打开,流体减压进入A泵入口,AB管段压力不会增高。3.2差流可调压力保护装置目前解决管道水击有几种办法。①由自动泄压阀把压力油泄入泄压罐。②采用压力波抵消法。当A站发生正向水击时,通过计算机迅速的计算和调节,使B站产生反向水击波与之抵消。③在每站出口处采用自动化程度很高的调节阀,调节瞬变流动的压力脉动,防止进站压力低,出站压力高。④采用复杂而昂贵的变频调速系统。梭式调节系统的差流可调压力保护装置比上述4种方法简单,成本低,可靠性和调节精度高,可以实现非能动自力调节,并能代替现有压力保护系统和压力调节系统(图3)。差流可调压力保护装置主要是利用差流可调梭阀双向调节功能。差流可调梭阀利用流体在阀内流动产生差压的原理,推动梭形阀芯前后运动,通过变换流量的大小调节压力传递的大小。该阀具有双向节流、单向节流和双向交替逆止等多种功能。由于差流可调梭阀并联在输送管线上,经过调节和控制,使进入流量大于流出流量,流入流出的流量可以是无级的差值,相当于在主管线与储能罐间,串接了一个双向无级调节的阻抗,这样可实现进入压力大于传出压力。另外,差流可调梭阀和储能罐连接在一起能吸收管段超压和超压部分的压力波。储能罐是圆柱形容器,内设多孔板。罐内贮1/3空气和2/3的液体。因为气体是可压缩的,危险的压力波进入罐中将被衰减。如果压力波压力超过储能罐的安全值时,罐顶部设有双向交替差流阀自动泄放出空气,达到安全值自动关闭。当AB管线产生超低压行为,储能罐的气体膨胀自动向AB管段补压,直至管压平衡。储能罐的压力低于设定值时,双向交替差流阀自动开启气源向罐中补气,保持容器1/3的气体。差流可调梭阀和双向交替差流阀与储能罐联合使用,形成了差流可调压力保护系统。该系统用于长输管线压力的自动控制和调节时,无需电源和铺设通讯网络,投资少,可靠性高。3.3破裂保护阀梭式爆破保护阀利用流体本身动力,当发生泄漏时,能瞬时自动关闭输送管线。该装置主控件梭芯沿管道轴心线设在管道内部,能适应管道所经受的任何自然环境。当输送管线发生破裂时,液体从破裂处流出,总流量相对增加,当达到整定流量时,该阀芯失去平衡,被液体推向关闭。从而终止外泄,使事故损失降到最低。关闭的同时发出信号,指出管道破裂区域。为防止紧急切断引起水击,采取了水击消除措施,使关闭时间可以在2～8s之间调整。当破裂管线维修好后,梭式爆破保护阀自动开启。管线需要通清管器时,阀通过清管器的触动会自动提升,为通清管器打开通道。清管器通过后阀门自动恢复工作位置。该阀是完全自力式阀门,投资少,可靠性强。3.4管道空气排除梭式排气补气阀设置在AB管线末端或特殊工作状况位置。当首次输送和间断输送注入液体时,梭式排气阀自动打开,排除管内空气,管内空气从排气孔自动排除。当液体注满管道时,利用液体的浮力将阀内的浮球升起,关闭阀门的排气出口,排气完成。当输送管道的液体流空时,需要向管道补气。当排液时,排气补气阀补气口自动打开,向管道内补气,使管内液体很快排出管外。当管道发生负压时,自动打开,向管道补充大气压力,防止管道压破。3.5剩余能量消能当管线输送接近末端的某点,由于地形起伏和水力坡降的大小出现翻越点。液流从峰点可自流到终点,由于剩余能量使液流速度突然变化,发生不满流,增大水击压力。现有技术采用变径、减压节流、设置副管等方式来消能。差流可调压力保护装置设置在翻越点的下游,可以在压力降低时迅速补充能量,在压力上升时吸收能量防止水击造成的破坏(图4)。3.6正、负水击及管道自当管线输送的山谷谷底末端和相似的工况下,由于多种原因造成液流速度的变化,突然的减速产生正水击使其压力升高,突然的加速产生负水击,使其压力降低。无论正、负水击,压力对管道都会造成损害。因此,在大落差管段的下游末端处应装设差流可调压力保护装置,实现对正负水击液流状态的补偿(图5)。3.7梭式管道破裂保护装置地势起伏剧烈、地震高烈度区、活动断层区及通过沙漠、河流和浅海等安全要求严格的地区。必须按规程规定距离设立管道破裂保护装置。梭式管道破裂保护装置系非能动系统,可以完全自力控制,也可与SCADA系统匹配,实现自动控制。同时具备自力式通清洁球功能。特殊的工况要求,还可以设置双向破裂保护装置,无论装置的上游或者下游发生破裂都可以实现自力式关闭,实施管道保护。3.8梭式非能动控制系统沙漠、河流、海洋、森林、荒野和冰雪等自然条件下,非能动的控制设备特别重要。梭控球阀、梭控闸阀和梭控蝶阀在无法建立最简单通讯联络,无法提供操作动力源及控制电源的条件下,能可靠地执行管道的启闭操作,进行过流保护和紧急切断。需要通过清洁球时,能自动流畅地通过。在密闭的长距离输送中,梭控球阀是全线自动控制的重要基础元件。梭控球阀的阀芯和阀体部分没有大的改变,因此流道和流阻等特性没有改变。由于控制部份的小型集成化和自动化程度的提高,开启和关闭速度的调整更简单可靠。防治水击的效果更好。根据管道建设的需要,梭式非能动控制系统(正申请中、美、日、德、法和意等25个国家专利)分为3种类型(表1)。将于近期在工程中实施。4流体自动化控制体系梭式系列控制技术,强调了非能动控