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                  調節閥是輸油管道安全運行四級保護中的第一級壓力保護,一般安裝于各輸油站的出站高壓端,主要用于控制流量,調節進出站壓力,以防止管線憋壓,保證全線安全平穩運行。
                  2008年4月份,甬滬寧管線上某中間站的116#調節閥前后壓差最大達到1.5MPa,流量下降,從種種跡象可以判定該調節閥已被嚴重堵塞。本文就針對這一實際問題展開分析討論,給出解決方案并提出建議。
                  1 調節閥的結構及工作原理
                  甬滬寧管線上某中間站選用的調節閥為M okveld Valve公司生產的RZD-RECX 20" Class 600 型氣動調節閥(DN500,PN10MPa),其結構如圖1。

                  1.閥外體 2.閥內體 3.活塞桿 4.閥桿 5.活塞 6.籠套 7.軟密封環 8.支撐套

                  1.1 閥體
                  閥體包括閥外體和閥內體,是一完整的鑄造體,閥內外體之間有一軸向對稱流道,見圖1箭頭所示處。這種軸流式設計,使流體容易通過,并在閥門內部徑向均勻分布,完全避免了優先流和不必要的流向改變,從而最大限度地減少了紊流和噪音。
                  1.2 活塞桿和閥桿
                  活塞桿與閥桿構成一個90!的角式傳動機構(見圖1),活塞借助此傳動機構在導軌內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移動?;钊诨\套中的位置,以及籠套上孔的不同形狀和大小決定了多少流體可以通過調節閥。
                  1.3 籠套
                  籠套是調節閥的關鍵部件(結構見圖2),四周有直徑為12mm的孔洞,按等百分比均勻分布,六列為一組,每組14+12+6+4+10+8=54個孔,有20組,共1080個孔。原油從孔內流出集中在閥門的徑向,通過相互沖擊在閥門軸線上抵消。由于流體本身使得流體能量在籠套內部消散,不接觸閥體和閥門的其他部件。因此,可以說調節閥調節壓力是通過籠套進行的。

                  1.4 工作原理
                  RZD-RECX型調節閥是軸流式活塞型氣動調節閥,氣動執行機構驅動閥桿上下移動,閥桿又借助它與活塞桿上的45!的齒條傳動活塞桿,從而使活塞在籠套內前后移動?;钊诨\套內被導引,通過釋放籠套上等百分比分布的節流孔的數量來調節過流面積,從而起到調節流量的作用。當執行機構驅動閥桿向上時,活塞向后移動,開大閥門;當執行機構驅動閥桿向下時,活塞向前移動,關小閥門。此外,該類型調節閥的主密封包括一個梯形的軟密封環(見圖1),這種特殊結構使密封圈在流體壓力下被壓緊,從而達到密封的效果。
                  RZD-RECX型調節閥采用了帶氣動閥門定位器的活塞執行機構,氣源裝置給執行機構提供了一定壓力的壓縮空氣,電/氣轉換器把從控制室來的4~20mA的直流輸入信號經氣動中繼器放大轉換為0.04~0.95MPa的氣動輸出信號送到執行機構,傳輸信號為電信號,現場操作為氣動信號。執行機構接受到控制信號后再將其轉換成相應的直線位移輸出,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。
                  2 性能分析及參數比較
                  調節閥堵塞會增加不必要的能源消耗,造成經濟損失,下面就通過分析其流量特性和運行工況,并通過參數比較來說明其影響。
                  2.1 流量特性
                  調節閥的流量特性是指在調節閥前后壓差恒定的條件下,介質流過閥門的相對流通能力與閥門的相對開度之間的關系。其中,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,用q=Q/Qmax表示;相對開度是閥門某一開度與全開度之比,用l=L/Lmax表示。
                  根據前面介紹,調節閥是通過改變節流面積來控制流量的,而RZD-RECX型調節閥籠套四周的節流孔是按等百分比均勻分布的,因此其具有等百分比流量特性,如圖3所示。

                  假設:調節閥堵塞前流量為Q1,相對流通能力q1,則q1=Q1/Qmax;調節閥堵塞后流量為Q2,相對流通能力q2,則q2=Q2/Qmax;因為Q2<Q1,所以在相對開度相同的情況下,流通能力q2<q1。
                  由此說明,調節閥堵塞會使流通能力減小。

                  2.2 工況分析
                  2.2.1 調節閥pQ工況曲線
                  調節閥前、后的伯努利方程式為:

                  式中
                  Z1、Z2――閥前、閥后高程(Z1=Z2),m;
                  p1、p2――閥前、閥后壓力,Pa;
                  g――油品的重度,N/m3;
                  υ1、υ2――閥前、閥后平均流體速度,m/s;
                  hf――流體經過調節閥時的局部摩阻損失,m。
                  在流量一定的情況下,由于調節閥前、后管徑相差很小,根據連續方程,則υ1»υ2,故(1)可簡化為

                  式中
                  Δ=p——調節閥前、后壓差,Pa。
                  局部摩阻損失hf可用下式計算,即

                  式中
                  ξ——局部阻力系數,為一常數;
                  υ——流體速度,m/s。
                  又根據連續方程Q=Aυ,可得

                  式中
                  A——流體所流經管道的橫截面積,m2;
                  Q——流經調節閥的原油流量,m3/s。
                  由式(2)和式(4)可以得出

                  由于調節閥前、后管徑相差很小,即其前、后管道的橫截面積A1»A2,將式(5)中流量Q前的系數統一用ck表示,則式(5)可簡化為

                  式中
                  ck——與節流面積有關的系數。
                  由式(6)可知,Δp與Q呈拋物線關系,故而得出調節閥Δp-Q曲線,如圖4所示。

                  2.2.2 調節閥堵塞前后工況分析
                  假設:調節閥堵塞前流量為Q1,前后壓差為Δp1,則Δp1=ck1Q1;調節閥堵塞后流量為Q2,前后壓差為Δp2,則Δp2=ck2Q22;由于堵塞前后的節流面積不同,且ck2>ck1,故可得出調節閥堵塞前后Δp-Q曲線(見圖5、圖6)。

                  由圖5、6可以看出:在流量一定(Q1=Q2=Q0)時,前后壓差Δp2>Δp1;在前后壓差一定(Δp1=Δp2=Δp0)時,流量Q2<Q1。
                  由此說明,調節閥堵塞會使其前后壓差增大,流量下降。

                  2.3 參數比較
                  以某中間站116#調節閥堵塞前1個月與堵塞后第4個月的兩組運行參數為依據,對其前后壓差與流量的變化進行比較。將表1中數據繪成曲線,如圖7所示。

                  通過比較可以看出:正常情況下調節閥前后壓差在0.04~0.12MPa之間,堵塞后會造成其前后壓差大幅增加,流量下降。116#調節閥實際∃壓差與流量的變化曲線%與理論分析相一致。針對這一現象,該站打開旁通114#可調型防爆電動閘閥(DN600,PN10MPa),并開、關116#調節閥(DN500,PN10MPa),反復活動后觀察發現:壓差稍有下降,流量也有所回升。但是運行一段時間后,前后壓差又大幅度增加,直至達到1.5MPa,最后經解體處理,才恢復正常運行。
                  3 原因、辦法和建議
                  3.1 原因分析
                  2008年4月份,甬滬寧管線上某中間站的116#調節閥被嚴重堵塞,前后壓差達到1.5MPa,究其原因:一是由于該站2007年10月份剛投產,整個系統處于新投運階段,在施工的過程中有大量焊渣、鐵銹、石子等殘留在管道內,在投運初期這些雜質會在籠套的流通孔處造成堵塞;二是由于該站的進站過濾器是柵欄式的,柵欄間距有30~40mm寬,而調節閥籠套上的孔徑只有12mm,過濾器沒能有效地將原油中的雜質過濾掉,再加上長時間不進行清管作業,從而導致了調節閥堵塞。
                  3.2 解決辦法
                  根據該站處理這一問題的實踐經驗,以后如若再出現類似情況,可按以下方法處理。首先,可迅速反復開、關旁通閥或調節閥,讓臟物從旁通閥或調節閥處被油流沖走,如若不行,再考慮解體處理。由于解體處理是閥門的離線維修,只有在影響閥門正常運行時才為之,應注意觀察運行情況,如發現調節閥前后壓差繼續增加,流量繼續下降,則說明調節閥堵塞嚴重,節流損失過大,已嚴重影響其調節性能,威脅到安全生產,此時再進行解體處理。調節閥解體維修可按以下步驟進行:
                  (1) 將調節閥前后法蘭拆卸,把閥門從管道上取下(如果閥門與管道是平面法蘭連接,只需將法蘭直接拆卸再將閥門吊出即可;如果是凸面法蘭連接,則需要用爬管機割管后將其吊離管線),會發現閥內有大量石子、焊渣等異物。
                  (2) 借助絲杠、撬杠等工具將支撐套和籠套取出,會發現籠套的流通孔被堵塞,逐孔進行清理。
                  (3) 清洗支撐套、籠套、閥體內部,然后按拆卸時的相反順序逐個回裝。注意:回裝籠套前后,要分別涂抹密封潤滑脂和螺旋潤滑脂。
                  (4) 用吊車將清理后的調節閥吊回到管線中并安裝法蘭。如果之前為割管維修,則需打黃油墻進行動火焊接作業。
                  (5) 恢復氣動執行機構上的供風線、閥門定位器上的控制信號線,并用遠程信號操作調節閥,看氣動信號、電信號及執行機構是否恢復正常。
                  (6) 做故障信號、掉風保位試驗,看調節閥的過載電流保護、反極性保護、掉氣保護等各種保護信號是否恢復正常。
                  (7) 以上試驗正常后可重新投用調節閥,并做好維修記錄。
                  3.3 建議
                  3.3.1 安裝施工
                  由于施工過程中殘留在管道內的大量焊渣、鐵銹、石子等是造成調節閥堵塞的根本原因,所以調節閥的安裝、施工及投產前的管道掃線工序非常關鍵,應注意以下幾點:
                  (1) 調節閥安裝之前,應仔細地檢查閥門并清除在儲存期間所累積的污垢,在安裝過程中也應保持清潔、干燥。
                  (2) 調節閥在與管道焊接時要特別小心,必須嚴格避免焊渣飛濺入閥體內。
                  (3) 投產前進行管道掃線時,調節閥應拆下(封堵兩端法蘭,保持閥內清潔、干燥),用相應的直管段相連,必須掃線合格后才能安裝調節閥。
                  3.3.2 運行維護
                  在保證安裝施工質量的前提下,為避免因其他因素造成調節閥堵塞,應健全日常運行維護制度,提出如下建議:
                  (1) 制定合理的清管周期。調節閥屬于站內設備,定期進行清管作業,可防止油流將外管道內的大量雜質帶入站內管網。
                  (2) 在調節閥前安裝合適的過濾器。在充分考慮流體通過量的前提下,過濾器濾網的孔徑或柵欄間距應略小于調節閥籠套孔徑,使原油里的雜物不至于堵塞到調節閥處。
                  (3) 停泵后倒通全越站流程,盡量不走壓力越站流程。因為壓力越站流程經過調節閥,倒全越站流程可減少油流經過調節閥的次數,從而降低了調節閥被油流中雜質堵塞的概率。
                  (4) 定期活動調節閥,讓油流將雜質沖走。這樣可防止雜物長期不斷地堆積在籠套節流孔處,加重堵塞程度。
                  (5) 加強日常檢查維護。調節閥采用氣動驅動方式,因此要對氣源裝置定期維護和保養,確保氣源正常。另外,在巡回檢查過程中要注意調節閥的運行情況,檢查現場閥位指示開度和調節器輸出值是否吻合。嚴格執行操作、運行、維護規程,確保調節閥及各部件完好。
                  4 結束語
                  調節閥堵塞會使流通能力減小,調節性能下降,惡化到一定程度,還可能導致其失去調節作用,這樣不僅威脅安全生產,而且還會帶來重大的經濟損失。實踐證明,在2100m3/h的流量下,堵塞前壓差為0.1MPa左右,堵塞后壓差在0.49MPa以上,若保持壓差一定(均為0.1MPa),則調節閥堵塞會造成每小時少輸434m3原油,即369t原油。按1m3原油4000元來計算,則每小時經濟損失為173.6x104元,全年經濟損失可達(173.6x10)x24x360»150x108元。由此可見,解決調節閥堵塞問題對節能降耗和安全生產都有著重要的意義。

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