上海滬工閥門廠(集團)有限公司
摘要:介紹了庫鄯輸油管道引進的荷蘭莫克維迪公司生產(chǎn)的減壓閥的結(jié)構(gòu)、特點及使用情況,該閥具有降壓和消聲效果好、流通量大、壓力平衡等優(yōu)點,將其運用到原油輸送中,防止了大落差線路中低部位管道的超壓和翻越點產(chǎn)生“不滿流”現(xiàn)象,保證了輸油管道的平穩(wěn)運行。
關(guān)鍵詞:輸油管道;減壓閥;結(jié)構(gòu);理論
庫鄯(庫爾勒至鄯善)輸油管道全長 475km,總投資 20 多億元,主要設(shè)備引自國外,全線采用 SCADA 系統(tǒng),是具備 90 年代水平的管道。
大落差是庫鄯輸油管道的一大特點,沿線最高點海拔為 1560.2m,最低點為 -99.3m,高低點間設(shè)置一座減壓站,裝有兩只軸流式氣動減壓閥,通過減壓閥節(jié)流,消耗了管道最高點至末站進站間的多余位能,在保證翻越點正壓運行不出現(xiàn)“不滿流”的情況下,防止了下游最低點的超壓,減少了下游輸油管道的壁厚,合理地降低了工程成本,達到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。庫鄯輸油管道引進的荷蘭莫克維迪公司生產(chǎn)的減壓閥自投產(chǎn)以來,運行平穩(wěn)可靠。
一、結(jié)構(gòu)和原理
1、結(jié)構(gòu)
減壓站使用的軸流式氣動減壓閥,壓力等級 ANSI600,主要由閥外體、閥內(nèi)體、活塞、活塞桿、閥桿和籠筒組成。
2、工作原理
減壓閥閥體為一完整的鑄造體,活塞在帶孔眼的籠筒內(nèi)沿閥門的中心線軸向推移,有全沖程的導(dǎo)向裝置。流體流道軸向?qū)ΨQ,當(dāng)流體流經(jīng)籠筒上的小孔時,相當(dāng)一部分位能由于陡增的摩阻轉(zhuǎn)化為熱能,并由油流帶走,位能大大降低,于是前后產(chǎn)生壓差。當(dāng)活塞右移時,活塞將遮住籠筒的更多孔眼,流通面積將進一步減小,前后壓差將增大。
減壓閥能承受較大的壓力并能產(chǎn)生較大的壓差,能承受大落差的壓力要求,又可防止低點超壓。
3、控制原理
減壓閥的運行程序為一個運行(主閥 PV-1001),另一個熱備用(副閥 PV-1002),被控工藝參數(shù)是減壓閥上游壓力,該壓力由減壓閥根據(jù)減壓閥上游壓力設(shè)定值來控制。
根據(jù)實時測量的首站外輸流量,由 SCADA 主機軟件計算出使最高點為最佳運行值(0.1~0.2MPa)時減壓閥上游必須達到的壓力值,該計算值由主機實時傳給減壓站的 PLC,作為減壓站控制回路的設(shè)定值?刂苹芈穼⑵渑c上游壓力實測值比較,根據(jù)其偏差確定模擬信號(4~20mA)輸出量,減壓閥自身配備的單回路控制器根據(jù)接收到的 4~20mA 信號的大小決定減壓閥的開度,調(diào)節(jié)上游壓力,直至與設(shè)定值一致為止。
如果主閥發(fā)生故障關(guān)閉,或因流通能力不夠,使上游壓力超過副閥的設(shè)定值(6.7MPa),那么副閥將自動啟用,使上游壓力維持為 6.7MPa。
如果因故障使減壓閥上游壓力超過 7.0MPa,那么通過水擊泄放線泄壓。
4、控制回路
主閥與副閥的控制回路見圖 1。
圖 1 主閥 PV-1001 的控制回路(1-控制閥;2-液壓缸;3-活塞式氣動執(zhí)行器;4-手動泵;5-過濾調(diào)節(jié)器;6-I/P轉(zhuǎn)換器;7-閥位控制器;8-限位開關(guān);9-電位計;10-連接箱;11-閥位變送器;12-氣動控制箱)
控制回路的特點如下:
(1)I/P 轉(zhuǎn)換器根據(jù)輸入的 4~20mA 電流,控制輸出小氣壓的小氣流。
(2)通過閥位控制器實現(xiàn)小氣流帶動大氣流的效果,類似晶體三極管放大原理。
(3)活塞式氣動執(zhí)行器,由彈簧組與活塞組成,其中彈簧 12 根,6 根左旋,6 根右旋,活塞前后移動時產(chǎn)生的扭力相互抵消,減少了活塞與定位滑道的摩擦力,活塞前行依靠彈簧彈力,后行依靠控制氣流。
(4)執(zhí)行器下部為液壓缸,其作用有兩點:一是起阻尼器的作用;二是如果失去氣源,還可通過手動泵開關(guān)閥。
(5)液壓管路旁接直徑為 50mm 的帶鋼鎧的高壓橡膠氣囊,可有效地減少自動行程,消除時間滯后現(xiàn)象。
二、減壓閥的優(yōu)點
1、降壓效果好
庫鄯輸油管道的減壓閥為三層籠筒,為多級導(dǎo)向迷宮式籠筒,每層籠筒止有 960 個孔,孔的直徑為 5mm,籠簡間距為 7mm,流體三次經(jīng)過收縮斷面,因而降壓效果明顯,此種類型的減壓閥減壓范圍可由 40MPa 降為 0.1MPa,庫鄯輸油管道由 7MPa 降壓為 1MPa 即滿足要求。
2、消聲效果好
當(dāng)減壓閥滿負(fù)荷運行時,噪音非常小,為 60~70dB。
3、流通量大
老管道節(jié)流時常采用孔板法蘭,需經(jīng)過 4D~6D(D 為管徑)的行程后,方由紊流恢復(fù)為層流。
庫鄯輸油管道所采用的減壓閥,當(dāng)流體經(jīng)過籠筒孔眼時,僅在籠筒處形成紊流(Re>4000),經(jīng) 2D 行程后,恢復(fù)為層流(Re≤2100),故流通值大。
4、壓力平衡
減壓閥上游的原油經(jīng)過閥內(nèi)體與閥外體間的流道,通過籠筒孔眼進入下游,活塞橫面上有孔,下游的原油由此進入活塞和閥內(nèi)體,在所有活動部件上承受大小相等、方向相反的作用力,原油沿籠筒孔眼進入時所產(chǎn)生的壓力方向與活塞沿籠筒軸向移動的方向垂直,因此執(zhí)行機構(gòu)推動活塞來回移動以調(diào)節(jié)原油流通量時,不需克服軸向力,僅需克服密封機構(gòu)的彈性摩擦力。減壓閥執(zhí)行機構(gòu)小巧,結(jié)構(gòu)緊湊。
5、傳動機構(gòu)操作準(zhǔn)確
活塞是由成 90° 的角式傳動機構(gòu)操作的,由于活塞桿與閥桿的齒間隙為 0.1mm,從而保證齒條傳動機構(gòu)的操作無“滯后”現(xiàn)象。
6、氣源系統(tǒng)
氣源系統(tǒng)有兩個壓力為 1.0MPa、體積為 10m3 的儲氣鋼罐,并聯(lián)工作,可保證在停電情況下減壓閥繼續(xù)工作 20min。
三、注意事項
(1)氣源系統(tǒng)中有兩臺壓縮機、兩個空氣干燥器,由于壓縮機工作壓力為 1.0MPa,排風(fēng)量為 30m3/h,壓縮過程中氣體中的水分易凝結(jié)沉積,因此每天需定時放兩次水,以減少干燥器的負(fù)荷,若排水系統(tǒng)安裝電磁閥,則可實現(xiàn)遙控排水。
(2)由于籠筒上的孔眼為 5mm,為防止減壓閥被堵,閥前必須加裝過濾器,為保證流通量并考慮過濾網(wǎng)的強度,庫鄯輸油管道安裝的過濾器網(wǎng)眼對角線不大于 3mm(濾網(wǎng)鋼絲直徑為 1.2mm)。
投產(chǎn)初期,未裝過濾器,致使雜物在減壓閥內(nèi)阻塞,流通能力降低。加裝過濾器后,隨著油流對籠筒孔眼的沖刷,其流通能力逐漸恢復(fù),見圖 2。
圖 2 主減壓閥的特性曲線(1-主減壓閥嚴(yán)重被堵時的特性曲線;2-加裝過濾器運行一段時間后,主減壓閥流通能力恢復(fù)過程中的曲線;3-主減壓閥在正常情況下的特性曲線)
根據(jù)近期采集的數(shù)據(jù)看,庫鄯輸油管道采用的減壓閥已恢復(fù)正常,運行良好。