调节阀是输油管道安全运行四级保护中的第一级压力保护,一般安装于各输油站的出站高压端,主要用于控制流量,调节进出站压力,以防止管线憋压,保证全线安全平稳运行。 2008年4月份,甬沪宁管线上某中间站的116#调节阀前后压差最大达到1.5MPa,流量下降,从种种迹象可以判定该调节阀已被严重堵塞。本文就针对这一实际问题展开分析讨论,给出解决方案并提出建议。 1 调节阀的结构及工作原理 甬沪宁管线上某中间站选用的调节阀为M okveld Valve公司生产的RZD-RECX 20" Class 600 型气动调节阀(DN500,PN10MPa),其结构如图1。
1.阀外体 2.阀内体 3.活塞杆 4.阀杆 5.活塞 6.笼套 7.软密封环 8.支撑套
1.1 阀体 阀体包括阀外体和阀内体,是一完整的铸造体,阀内外体之间有一轴向对称流道,见图1箭头所示处。这种轴流式设计,使流体容易通过,并在阀门内部径向均匀分布,完全避免了优先流和不必要的流向改变,从而最大限度地减少了紊流和噪音。 1.2 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移动。活塞在笼套中的位置,以及笼套上孔的不同形状和大小决定了多少流体可以通过调节阀。 1.3 笼套 笼套是调节阀的关键部件(结构见图2),四周有直径为12mm的孔洞,按等百分比均匀分布,六列为一组,每组14+12+6+4+10+8=54个孔,有20组,共1080个孔。原油从孔内流出集中在阀门的径向,通过相互冲击在阀门轴线上抵消。由于流体本身使得流体能量在笼套内部消散,不接触阀体和阀门的其他部件。因此,可以说调节阀调节压力是通过笼套进行的。
1.4 工作原理 RZD-RECX型调节阀是轴流式活塞型气动调节阀,气动执行机构驱动阀杆上下移动,阀杆又借助它与活塞杆上的45!的齿条传动活塞杆,从而使活塞在笼套内前后移动。活塞在笼套内被导引,通过释放笼套上等百分比分布的节流孔的数量来调节过流面积,从而起到调节流量的作用。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。此外,该类型调节阀的主密封包括一个梯形的软密封环(见图1),这种特殊结构使密封圈在流体压力下被压紧,从而达到密封的效果。 RZD-RECX型调节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4~20mA的直流输入信号经气动中继器放大转换为0.04~0.95MPa的气动输出信号送到执行机构,传输信号为电信号,现场操作为气动信号。执行机构接受到控制信号后再将其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。 2 性能分析及参数比较 调节阀堵塞会增加不必要的能源消耗,造成经济损失,下面就通过分析其流量特性和运行工况,并通过参数比较来说明其影响。 2.1 流量特性 调节阀的流量特性是指在调节阀前后压差恒定的条件下,介质流过阀门的相对流通能力与阀门的相对开度之间的关系。其中,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,用q=Q/Qmax表示;相对开度是阀门某一开度与全开度之比,用l=L/Lmax表示。 根据前面介绍,调节阀是通过改变节流面积来控制流量的,而RZD-RECX型调节阀笼套四周的节流孔是按等百分比均匀分布的,因此其具有等百分比流量特性,如图3所示。
假设:调节阀堵塞前流量为Q1,相对流通能力q1,则q1=Q1/Qmax;调节阀堵塞后流量为Q2,相对流通能力q2,则q2=Q2/Qmax;因为Q2<Q1,所以在相对开度相同的情况下,流通能力q2<q1。 由此说明,调节阀堵塞会使流通能力减小。
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