减压阀在大落差管道上的应用

减压阀在大落差管道上的应用减压阀在大落差管道上的应用 1997 年 7 月我国首次引进荷兰莫克维迪 mokveld 公司 64 8mmansi600rzd rmbx 型减压阀 用于库鄯输油管道吐鲁番 盆地西南部落差最大 115km 内落差达 1660m 的觉罗塔格山至艾 丁湖减压输油段 运行一年多来 工作平稳正常 效果良好 一 减压阀的结构及工作原理一 减压阀的结构及工作原理 减压阀是一种轴流式调节阀 由阀外体 阀内体 阀杆 活塞杆 活塞和笼筒组成 见图 1 图 1 减压阀结构示意图 1 阀外体 2 阀内体 3 活塞杆 4 阀杆 5 活塞 6 笼筒 1 阀体 阀体包括阀外体和阀内体 是一完整的铸造体 阀的内外 体之间有一轴向对称流道 见图 1 箭头所示处 2 笼筒 笼筒是减压阀的关键部件 结构见图 2 壁面上有许多孔 洞 rzd rmbx 型减压阀选用三层笼筒 即笼筒壁面分三层 每 层按一定规律分布有许多孔洞 三层壁面按一定的要求组合为 一体 见图 2 图 2 笼筒示意图 3 活塞杆和阀杆 活塞杆与阀杆构成一个 90 的角式传动机构 见图 1 活 塞借助此传动机构在导轨内沿阀门的中心线运动 活塞杆与阀 杆上的 45 的齿条相互耦合 阀杆上下传动 带动活塞杆及活 塞在全行程上前后运动 活塞的端面上均匀分布有孔洞 见图 1 以使活塞内外压力平衡 前后运动时不受轴向压力的影响 4 工作原理 减压阀是活塞型阀门 活塞在笼筒内被导引 节流发生在 活塞边缘与笼筒的孔口之间 油流来自笼筒外 因此在笼筒层 孔内油流速度很高 笼筒选用的材质高度抗腐蚀与磨蚀 减压 阀有获专利的密封系统 主密封圈位于笼筒的最前端 活塞在 全行程上被导引 当被推动穿过主密封圈时 阀门前后的差压 强迫主密封圈紧贴活塞壁而紧密关闭阀门 活塞通过活塞杆的 导引在笼筒内前后运动 阀杆借助它与活塞杆上的 45 的齿条 传动活塞杆 当执行机构驱动阀杆向上时 活塞向后移动 开 大阀门 当执行机构驱动阀杆向下时 活塞向前移动 关小阀 门 减压阀采用了带气动阀门定位器的活塞执行机构 气源装 置给执行机构提供了一定压力的压缩空气 电 气转换器把从 控制室来的 4 20madc 信号转换为 0 02 0 1mpa 的标准气动信 号 传输信号为电信号 现场操作为气动信号 执行机构接受 控制信号转换成相应的直线位移输出 通过推杆带动阀杆上下 移动 从而使阀门开度在全行程上变化 5 性能特点轴向对称 流道 阀体采用了轴向对称流道 完全避免了优先流和不必要 的流向改变 使噪音和紊流趋势明显降低 气密级专利密封系统 减压阀具有获专利的密封系统 即 使在最恶劣的工作条件下 也能在全压力范围内保证关断严密 压力平衡 由于减压阀装配了压力平衡活塞 使得操作活塞的 轴向力与阀门两端的压差无关 因此使用较小的执行机构就能 达到快动的目的 二 调节特性二 调节特性 减压阀的调节特性是由阀内部件的结构决定的 所谓调节 特性是指流过阀门介质的相对流通能力与阀门相对开度的关系 相对流通能力是阀门某一开度时流通能力与全开时流通能力之 比 相对开度是阀门某一开度与全开度之比 1 减压阀的调节特性如图 3 所示 从图 3 中可以看出 减压阀具有良好的线性调节特性 最小流量时开度约在 10 处 这一点使得 阀门接近关闭时工作缓和平稳 确保关断严密 在正常的可调范围内流量变化与阀门开度成线性关系 图 3 减压阀特性曲线三 减压阀在管道中的调节原理库鄯输油管道使用了两个减压阀 并联安装在觉罗塔格 减压站 其中主阀 pv1001 起主要调节作用 副阀 pv1002 起备用调节作用 库鄯输油管道一期工程水力坡 降线示意图如图 4 所示 图 4 库鄯输油管道一期工程水力坡降线示意图 从图 4 中可以看出减压阀的主要作用是 1 在减压站通 过减压阀节流降压 消耗掉管道最高点至末站进站间的多余位 能 p2 p3 2 通过减压阀控制减压站上游管道的压力 保证 高点正压运行 并避免高点至减压站管道内出现不满流现象 3 全线停运时 通过减压阀的严密关断 防止减压站上游出现 不利于再启动的空管现象 图 4 中高点与减压站处由伯努利方 程得到简化后的稳定流的能量方程 2 即 p2 p1 z1 z2 hf 由列宾宗公式得 1 式中 z1 高点高程 m z2 减压站高程 m p1 高点压力 pa p2 减压站进站 压力 pa q 管道内原油流量 m3 s d 管道内径 m l 高点至减压站间的管道长度 m 油品相对密度 kg m3 油品运动粘度 m2 s 流态系数 取 0 0246s2 m 其中 z1 z2 d l 为已知 为了保证高点正压运行 取 p1 为 0 2mpa 设计参考值 由式 1 中 可以得出 减压站的进站压力 p2 随 q 变化而变化 q 取首站出站流量 在实际运行中 psp 减压站进站压 力设定值 由 scada 系统根据实时测定的 q 进行计算得出 并从主机系统实时传给减压站的站控 plc 由 plc 内的 pid 比例积分微分 调节程序对减压站的上游压力 p2 进行控制 当 p2 psp 时 pv1001 关小 直至偏差 e p2 psp 0 为止 当 p2 psp 时 pv1001 开大 直至偏差 e 0 为止 当 p2 psp 时 pv1001 保持当前开度 副阀 pv1002 是备用调节阀 其压力设定值为固定值 即 不随管道流量变化而变化 当主阀 pv1001 故障关闭或流通能力 不够时 副阀将自动参与调节 两阀的压力流量曲线如图 5 所 示 图 5 压力流量曲线图由图 5 可看出 主阀 pv1001 控制上游压力随流量增大而减小 而副阀 pv1002 控制上游压力为一定值 但两阀出口压力 随流量的变化 相同 四 减压阀运行工况分析 rzd rmbx 型减 压阀结构独特 并首次在我国输油管道上使用 由于设计上的疏忽 减压站进站主流程上未装过滤器 加 之减压阀的安装未严格按照规程执行 因此导致库鄯输油管道在输水试运期间减压阀严重受堵 流通能力 减小 后经补装过滤器 并多次冲洗减压阀 运行工况才逐渐趋于正常 通过分析主阀 pv1001 的两组运行数据 得出如表 1 所列 的结果 第一组数据中取通过流量约 490m3 h 运行时间为 8 个月 减压阀的实际开度从 99 61 降为 35 36 经过计算 实 际开度与理论开度间的绝对误差从 71 61 降为 7 61 第二组 数据取通过流量约 643m3 h 运行时间为 4 个月 实际开度从 56 31 降为 40 83 绝对误差从 23 81 降为 8 03 从表 1 中 可以看出 减压阀随着运行时间的累计 流通能力也逐渐恢复 主要原因是减压阀在运行过程中 笼筒内的堵塞物由于受到高 压原油的长期冲蚀与磨蚀而逐渐减少 以 1998 年 3 月 21 日与 1998 年 8 月 1 日的两组运行参数 见表 2 为依据 对减压阀的 出口压力与流量的变化进行比较 表 1 库鄯输油管道主阀运行 的两组数据比较 序 号 日 期 阀前 压力 mpa 通过 流 量 m3 h 实际 开度 阀后 压力 mpa 压差 mpa 相对流 通能 力 理论 开度 绝对 误 差 1997 08 14 6 47 491 9 0 99 61 0 94 5 53 13 92 28 0 71 6 1 第 1997 11 19 6 31 490 3 5 87 13 0 67 5 64 13 74 27 9 59 2 3 一 1998 02 27 6 30 490 3 5 67 18 0 91 5 39 14 05 28 2 38 9 8 组 1998 03 22 6 30 490 3 5 45 05 0 91 5 39 14 05 28 2 16 8 5 1998 04 13 6 31 490 3 5 35 36 0 91 5 40 14 04 28 2 7 16 1998 04 29 6 11 490 9 5 56 31 1 25 4 86 19 38 32 5 23 8 1 第 1998 05 30 6 00 641 1 7 51 96 1 28 4 72 19 64 32 8 19 1 6 二 1998 06 11 6 00 644 6 9 48 64 1 32 4 68 19 83 32 9 15 7 4 组 1998 07 28 6 03 643 7 1 46 20 1 25 4 78 19 60 32 7 13 5 0 1998 08 15 5 97 644 0 4 40 83 1 22 4 75 19 66 32 8 8 03 注以上数据在计算中原油密度取 0 8456t m3 表 2 减压阀运行参数 注左栏为 1998 年 3 月 21 日数据 右栏为 1998 年 8 月 1 日 数据 将表 2 中的数据用曲线表示 见图 6 通过比较可以看出 图 6 中曲线 1 较曲线 2 接近曲线 3 这说明随着运行时间的累计 减压阀的运行情况将逐渐趋于正 常 根据减压阀的运行情况 提出以下建议 1 减压阀笼筒上的孔洞很小 6mm 为保证减压阀的正 常运行 减压阀前应设置合适的过滤器 并应根据情况适时清 洗过滤器 2 由于减压阀在投产前受堵 笼筒内的堵塞物至今仍有残 余 这就使得原油通过减压阀的压差相对增大 而减压阀的允 许压差为 6 0mpa 也即当减压阀前后压差为 6 0mpa 时 它的 通过流量已达饱和 若超过 6 0mpa 则阀内件将会受到损害 因此运