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库鄯输油管道减压阀结构及运行情况
 

摘要:介绍了库鄯输油管道引进的荷兰莫克维迪公司生产的减压阀的结构、特点及使用情况,该阀具有降压和消声效果好、流通量大、压力平衡等优点,将其运用到原油输送中,防止了大落差线路中低部位管道的超压和翻越点产生“不满流”现象,保证了输油管道的平稳运行。

库鄯(库尔勒至鄯善)输油管道全长 475km,总投资 20 多亿元,主要设备引自国外,全线采用 SCADA ?#20302;常?#26159;具备 90 年代水平的管道。

大落差是库鄯输油管道的一大特点,沿线最高点海拔为 1560.2m,最低点为 -99.3m,高低点间设置一座减压站,装有两只轴流式气动减压阀,通过减压阀节流,消耗了管道最高点至末站进站间的多余位能,在保证翻越点正压运行不出现“不满流”的情况下,防止了下游最低点的超压,减少了下游输油管道的壁厚,合理地降低了工程成本,达到了预期的设计目标。库鄯输油管道引进的荷兰莫克维迪公司生产的减压阀自投产以来,运行平稳可靠。

一、结构和原理

1、结构

减压站使用的轴流式气动减压阀,压力等级 ANSI600,主要由阀外体、阀内体、活塞、活塞杆、阀杆和笼筒组成。

2、工作原理

减压阀阀体为一完整的铸造体,活塞在带孔眼的笼筒内沿阀门的?#34892;?#32447;轴向推移,有全冲程的导向装置。流体流道轴向对称,当流体流经笼筒上的小?#36164;保?#30456;当一部分位能由于陡增的摩阻转化为热能,并由油流带走,位能大大降低,于是前后产生压差。当活塞右移?#20445;?#27963;塞将遮住笼筒的更多孔眼,流通面积将进一步减小,前后压差将增大。

减压阀能承受较大的压力并能产生较大的压差,能承受大落差的压力要求,又可防止低点超压。

3、控制原理

减压阀的运行程序为一个运行(主阀 PV-1001),另一个热备用(副阀 PV-1002),被控工艺参数是减压阀上游压力,该压力由减压阀根据减压阀上游压力设定?#36947;?#25511;制。

根据实时测量的首站外输流量,由 SCADA 主机软件计算出使最高点为最佳运行值(0.1~0.2MPa)时减压阀上游必须达到的压力值,该计算值由主机实时传给减压站的 PLC,作为减压站控制回路的设定值。控制回路将其与上游压力实测?#24403;?#36739;,根据其偏差确定模拟信号(4~20mA)输出量,减压阀自身配备的单回路控制器根据接收到的 4~20mA 信号的大小决定减压阀的开度,调节上游压力,直至与设定值一致为止。

如果主阀发生?#25910;?#20851;闭,或因流通能力不够,使上游压力超过副阀的设定值(6.7MPa),那么副阀将自动启用,使上游压力维持为 6.7MPa。

如果因?#25910;?#20351;减压阀上游压力超过 7.0MPa,那么通过水击泄放线泄压。

4、控制回路

主阀与副阀的控制回路见图 1。


图 1 主阀 PV-1001 的控制回路(1-控制阀;2-液压缸;3-活塞式气动执行器;4-手动泵;5-过滤调节器;6-I/P转换器;7-阀位控制器;8-限位开关;9-电位计;10-连接箱;11-阀位变送器;12-气动控制箱)

控制回路的特点如下:

(1)I/P 转换器根据输入的 4~20mA 电流,控制输出小气压的小气流。

(2)通过阀位控制器实现小气流带动大气流的效果,类似晶体三极管放大原理。

(3)活塞式气动执行器,由弹簧组与活塞组成,其中弹簧 12 根,6 根左旋,6 根右旋,活塞前后移动时产生的扭力相互抵消,减少了活塞与定位滑道的摩擦力,活塞前行依靠弹簧弹力,后行依靠控制气流。

(4)执行器下部为液压缸,其作用有两点:一是起阻尼器的作用;二是如果失去气源,还可通过手动泵开关阀。

(5)液压管路?#36234;又本?#20026; 50mm 的带钢铠的高压橡胶气囊,可?#34892;?#22320;减少自动行程,消除时间滞后现象。

二、减压阀的优点

1、降压效果好

库鄯输油管道的减压阀为三层笼筒,为多级导向迷宫式笼筒,每层笼筒止有 960 个孔,孔的?#26412;?#20026; 5mm,笼简间距为 7mm,流体三次经过收缩断面,因而降压效果明显,此种类型的减压阀减压范围可由 40MPa 降为 0.1MPa,库鄯输油管道由 7MPa 降压为 1MPa 即满足要求。

2、消声效果好

当减压阀满负荷运行?#20445;?#22122;音非常小,为 60~70dB。

3、流通量大

老管道节流时常采用?#35013;?#27861;兰,需经过 4D~6D(D 为管径)的行程后,方由紊流恢复为层流。

库鄯输油管道所采用的减压阀,当流体经过笼?#37096;?#30524;?#20445;?#20165;在笼筒处形成紊流(Re>4000),经 2D 行程后,恢复为层流(Re≤2100),故流通值大。

4、压力平衡

减压阀上游的原油经过阀内体与阀外体间的流道,通过笼?#37096;?#30524;进入下游,活塞横面上有孔,下游的原油由此进入活塞和阀内体,在所有活动部件上承受大小相等、方向相反的作用力,原油沿笼?#37096;?#30524;进入时所产生的压力方向与活塞沿笼筒轴向移动的方向垂?#20445;?#22240;此执行机构推动活塞来回移动以调节原油流通量?#20445;?#19981;需克服轴向力,仅需克服密封机构的弹性摩擦力。减压阀执行机构小巧,结构紧凑。

5、传动机构操作准确

活塞是由成 90° 的角式传动机构操作的,由于活塞杆与阀杆的齿间隙为 0.1mm,从而保证齿条传动机构的操作无“滞后”现象。

6、气源?#20302;?/p>

气源?#20302;?#26377;两个压力为 1.0MPa、体积为 10m3 的储气?#27490;蓿?#24182;联工作,可保证在停电情况下减压阀继续工作 20min。

三、注意事项

(1)气源?#20302;?#20013;有两台压缩机、两个空气干燥器,由于压缩机工作压力为 1.0MPa,排风量为 30m3/h,压缩过程中气体中的水分易凝结沉积,因此每天需定时放两次水,以减少干燥器的负荷,若排水?#20302;?#23433;装电磁阀,则可实现遥控排水。

(2)由于笼筒上的孔眼为 5mm,为防止减压阀被堵,阀前必须加装过滤器,为保证流通量并考虑过滤网的强度,库鄯输油管道安装的过滤器网眼?#36234;?#32447;不大于 3mm(滤网钢丝?#26412;?#20026; 1.2mm)。

投产初期,未装过滤器,致使?#28216;?#22312;减压阀内阻塞,流通能力降低。加装过滤器后,随着油流对笼?#37096;?#30524;的冲刷,其流通能力逐渐恢复,见图 2。


图 2 主减压阀的特性曲线(1-主减压阀?#29616;?#34987;堵时的特性曲线;2-加装过滤器运行一段时间后,主减压阀流通能力恢复过程中的曲线;3-主减压阀在正常情况下的特性曲线)

根据近期采集的数据看,库鄯输油管道采用的减压阀已恢复正常,运行良好。

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