1、减压阀在大落差管道上的应用作者：薛玲摘 要 库尔勒至鄯善输油管道采用了常温密闭输送工艺及 SCADA 系统等先进技术，是目前国内自动化水平领先的一条管道。详细介绍了自荷兰引进的 RZD-RMBX 型减压阀的结构、工作原理、调节特性及运行工况。该减压阀首次在国内输油管道上用于解决大落差的难题。运行一年多来，工作平稳正常，效果良好。 主题词 输油管道 减压阀 调节 特性 应用 1997 年 7 月我国首次引进荷兰莫克维迪(Mokveld)公司 64.8 mm ANSI 600 RZD-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
2、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 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 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。 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
3、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
4、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 420 mA DC 信号转换为 0.020.1 MPa 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
5、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 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
6、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(P2P3)。 (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
7、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 P2P1 （Z1 Z2）-.hf 由列宾宗公式得： 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，m3s； 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，kgm3； 油品运动粘度，m2s； 流态系数，取 0.024 6 s2m。 其中 Z1、Z2 、d 、L、 、 为已知，为了保证高点正压运行，取 P1 为 0.2 MPa(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
8、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 eP2 PSP 0 为止； 当 P2 PSP 时， PV1001 开大， 直至偏差 e0 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，
9、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
10、490 m3h ，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 643m3h ，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
11、化进行比较。 表 1 库鄯输油管道主阀运行的两组数据比较 注 以上数据在计算中原油密度取 0.8456tm3 。表 2 减压阀运行参数将表 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(6 mm) ，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
12、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，因此运行中的压差都应小于6.0MPa。 图 6 出口压力与流量的变化曲线 11998 年 8 月 1 日的一组运行情况； 21998 年 3 月 21 日的一组运行情况； 3流量与出口压力的关系曲线(3)减压阀的执行机构采用了气动驱动方式，保证其气源装置的正常工作就是保证减压阀的正常运行，因此对气源装置应定期进行维护和保养。另外，如果能深化减压阀的理论培训以及严格按规程施工和操作，那么其运行优势将会得到更好发挥。 参考文献 1， 曲慎扬等：原油管道工程，石油工业出版社(北京)，1994。 2， 袁恩熙：工程流体力学，石油工业出版社(北京)，1986。
