長輸管道水擊泄壓閥的應用

　　介紹了氮氣式水擊泄壓閥的工作原理。針對氮氣式水擊泄壓閥在使用過程中存在的問題，研制了雙控自力式軸流泄壓閥，應用效果良好。雙控自動式軸流泄壓閥不僅克服了氮氣式水擊泄壓閥的諸多缺點，而且安全系數成倍提高，為長輸管道的安全平穩(wěn)運行提供了保障。

1、氮氣式水擊泄壓閥

1.1、工作原理

　　近年來常用的長輸管道水擊泄壓閥主要有2種：一種是機械先導式水擊泄壓閥，多用于成品油管道;另一種是氮氣式水擊泄壓閥(圖1)，多用于原油管道。

1.氮氣瓶組;2.減壓調節(jié)閥;3.控制箱;4，12.壓力表;5.安全閥;6，7.壓力開關;8，9，10，11，13，14，15.針型閥;　16.泄壓閥殼體;17.密封固定套;18.活塞;19.穩(wěn)壓罐;20.彈簧;21，22，23.密封圈;24.絲堵

圖1 氮氣式水擊泄壓閥結構示意圖

　　氮氣瓶組內的氮氣經連接管路、閥門至控制箱。通過控制箱內減壓調節(jié)閥減壓后，再經連接管路、針型閥至泄壓閥內腔體P2。在氮氣壓力和彈簧力的共同作用下，活塞前部斜面緊密地壓在密封圈上，將入口的液體封閉在密封固定套內。當入口P1的液體壓力達到或超過設定值時，作用在活塞前方的力大于活塞后方的氮氣壓力和彈簧力之和，并足以克服活塞與泄壓閥殼體之間的靜摩擦力，則活塞向后方移動并壓縮氮氣，入口液體經打開的活塞和泄壓閥腔體空間流到出口P3。當入口P1的液體壓力降至泄壓閥設定值以下時，活塞后方的氮氣壓力與彈簧力之和大于活塞前方液體對活塞的壓力，并足以克服活塞與泄壓閥殼體之間的靜摩擦力，則氮氣膨脹推動活塞向前方移動，直至壓緊密封圈為止，此時泄壓閥關閉。

　　減壓調節(jié)閥用于調節(jié)穩(wěn)壓罐的氮氣壓力。2個壓力開關分別用于監(jiān)測氮氣瓶組內的氮氣壓力(不足時報警)和監(jiān)測穩(wěn)壓罐的壓力是否在要求范圍之內(超出時報警)。安全閥用于保護低壓側設備免受高壓損壞。

1.2、存在的問題

　　1.2.1、泄壓值設定不穩(wěn)

　　穩(wěn)壓罐受環(huán)境溫度的影響，環(huán)境溫度高時，穩(wěn)壓罐的氮氣壓力升高，背壓值變高，反之降低。背壓值的變化直接影響泄壓設定值的變化，當運行壓力接近泄壓閥的設定值時，可能造成泄壓閥微超不泄或偷泄不止，大大降低泄壓閥的靈敏度和可靠性。

　　1.2.2、泄放量正比于超壓值

　　超壓小時，泄壓閥泄放量小;超壓大時，泄壓閥泄放量大(圖2)。如果倒流程失誤關閉閥門或突然甩泵停機，則要求泄壓閥的泄放量很大，超壓值也會隨之加大。此時氮氣式水擊泄壓閥對管道、閥門和輸油設備的保護作用減弱，由此可能造成輸油設備的損壞。

圖2 泄壓閥的泄放量與泄壓線的關系

　　1.2.3、泄壓值調校不便

　　氮氣穩(wěn)壓罐的壓力應與泄壓設定值匹配，但是有些穩(wěn)壓罐的壓力只達到泄壓設定值的75%，相差較大。雖然泄壓設定值已知，但穩(wěn)壓罐的壓力不能確定，需通過試驗獲得。

　　1.2.4、不能在線檢修

　　當氮氣式水擊泄壓閥主閥體內的部件失效、損壞需要更換時，必須將整個泄壓閥從管道上拆卸下來，才能軸向拆裝、更換新的部件。

　　1.2.5、安裝復雜、維護工作量大氮氣式水擊泄壓閥的附屬設備多，包括氮氣瓶組、連接管路、針型閥、控制箱、壓力表、減壓調節(jié)閥和穩(wěn)壓罐等。這些附屬設備不但安裝復雜、占用空間大，而且日常運行維護和檢修工作量很大。

　　1.2.6、泄壓設定值與回座值間差值的不良影響

　　泄壓設定值與回座值之間存在的差值(約0.3MPa)是由活塞與閥體缸之間的靜摩擦力引起的。當管道實際運行壓力介于泄壓閥設定值和泄壓閥回座值之間時，管道壓力波動引起的泄壓閥瞬時微超壓會造成泄壓閥長泄不止。

　　1.2.7、浪費能源

　　氮氣式水擊泄壓閥用于出站高壓泄壓閥時，穩(wěn)壓罐所需的給定壓力值很高。例如西部管道首站高壓泄壓閥給定壓力值高達10MPa以上，對于10MPa以下的氮氣，因充不進穩(wěn)壓罐而被浪費，導致普通氮氣瓶的氮氣利用率不足20%。

2、雙控自力式軸流泄壓閥

2.1、工作原理

　　針對氮氣式水擊泄壓閥存在的問題，對氮氣式水擊泄壓閥進行了改進，設計制造了雙控自力式軸流泄壓閥(圖3)。

圖3 雙控自力式軸流泄壓閥工作原理示意圖

　　改進后的雙控自力式軸流泄壓閥的機械部分主要包括主閥體、彈簧、密封口環(huán)、油缸、活塞、法蘭蓋、連接底座、過濾器和機械先導閥等;儀表控制部分主要包括壓力變送器、智能數顯表(站控機)、電磁換向閥和USP電源等。

　　正常工作(未超壓)時，電磁換向閥和機械先導閥都工作在1位。這時入口處的部分高壓油經引壓孔、過濾器到電磁換向閥的P孔)A孔，再經連接底座到機械先導閥的P1孔)A1孔)背壓管進入油缸，推動活塞前行。雖然活塞前后壓強相等，但由于受壓面積不同，活塞向受壓面積小的入口前行，緊壓在密封口環(huán)上關閉主閥。當入口側的壓力達到智能數顯表(或站控機)的設定值時，輸出報警信號，并同時接通電磁換向閥的電源，電磁閥工作狀態(tài)由1位換到2位。電磁換向閥P到A斷開，A到T接通。這時油缸內的油經背壓管、連接底座到機械先導閥的A1孔)P1孔)A孔)T孔)回油孔)出口至泄壓罐，油缸內的壓力迅速降至泄壓罐的液位靜壓。此時入口的壓強大大超過油缸內的壓強，入口液體對活塞的壓力大于油缸內液體對活塞的壓力與彈簧力之和，并足以克服活塞與油缸之間的靜摩擦力，推動活塞使入口與出口形成通路。

　　高壓液體泄放到泄壓罐，使入口壓力迅速下降，高壓側的輸油設備得到保護。當泄壓閥入口側壓力降至智能數顯表(或站控機)設定值以下時，電磁換向閥失電恢復常態(tài)1位，即切斷油缸到回油孔的油路，同時接通高壓油路，使活塞前行關閉泄壓閥。如果入口側壓力達到儀表設定值時，電磁換向閥仍未動作，可能儀表控制部分失靈或出現其它故障，電磁換向閥始終工作在1位。如果入口壓力繼續(xù)升高，達到機械先導閥的設定值時，機械先導閥的閥芯C向右移動，先導閥的彈簧被壓縮，工作狀態(tài)由1位變?yōu)?位即機械先導閥A1與P1斷開，A1與T1接通。油缸內的液體經背壓管、連接底座到機械先導閥的A1孔)T1孔，又經連接底座到回油孔)出口至泄壓罐，此時油缸內的壓力下降至泄壓罐的液位靜壓。泄壓閥入口對活塞的壓力大于油缸內液體對活塞的壓力與彈簧力之和，并足以克服活塞與油缸間的靜摩擦力，推動活塞后行，使入口與出口形成通路。高壓液體泄放到泄壓罐，使入口高壓側的設備得到保護。當泄壓閥入口側壓力降到機械先導閥的設定值以下時，機械先導閥的閥芯C受到液體的壓力減小，彈簧推動閥芯C恢復到常態(tài)1位即切斷油缸到回油孔的油路，同時接通高壓油路，使活塞前行關閉泄壓閥為止。

2.2、應用效果

　　雙控自力式軸流泄壓閥是將機械先導式泄壓閥和電磁換向式泄壓閥融為一體的新一代水擊泄壓閥。為了減少泄壓閥的附屬設施，采用了自力式動力源，即利用輸送介質的壓力作為動力源。為了便于伴熱和保溫，將油路、過濾器設計成內置式。為了方便檢修(可在線檢修)，在泄壓閥主閥體上加了法蘭蓋，活塞、油缸、密封口環(huán)、背壓管等都可從此處拆裝。為了提高泄壓閥的安全可靠性，采用了一閥雙控措施，使泄壓閥的安全系數成倍提高。為了提高泄壓閥的靈敏度并縮短開啟時間(低于0.5s)，選用電磁換向閥作為主用(即定值稍低)，機械先導閥作為備用(即定值稍高)。為了使泄壓閥適應各種管道環(huán)境的要求，采用了一閥三控的控制方式，即在沒有電源和儀表控制的環(huán)境，可用一個機械先導閥控制;在有電源和儀表控制的環(huán)境，可用一個電磁換向閥控制;在安全可靠性要求高的環(huán)境，可以實現雙控。

2.3、安裝和注意事項

　　水平安裝，介質流動方向應與泄壓閥閥體上的箭頭方向一致。閥體不能懸空，應有閥基礎或支架。

　　露天安裝時，應有防護罩，避免電磁閥遭受風吹日曬。電磁閥引出的電纜線，應使用防爆撓形管和鍍鋅鐵管進行保護。

　　用在高凝原油管道上時，應伴熱和保溫。溫度宜控制在高于原油凝固點且低于80℃的范圍內，長期高于80℃會降低泄壓閥的使用壽命。溫度過低，介質粘度大，可能導致泄壓閥動作滯后或失靈。泄壓閥兩側的截斷閥，只有泄壓閥檢修時才關閉，長期停用時只需關閉泄壓閥出口側的截斷閥。新管道投產時應避免泄壓閥進水，一旦水進入泄壓閥則很難排出，長時間殘留會使泄壓閥失靈。輸送的介質易變質和炭化時，要防止電磁換向閥閥芯被粘住，每3個月至少手動活動一次電磁閥閥芯。