自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型

自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型
油田使用環(huán)境的特點(diǎn)是野外作業(yè)，原油從油井里被抽出來后，要進(jìn)行集中和處理，這些處理原油的站點(diǎn)分布地域廣，一般都在邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村、荒野，但油氣水產(chǎn)量波動(dòng)較大，人工調(diào)節(jié)難以保證，需要進(jìn)行自動(dòng)控制。一些邊遠(yuǎn)站點(diǎn)，因規(guī)模小、設(shè)備分散，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，動(dòng)力源配置困難，又有防爆要求等，導(dǎo)致工程造價(jià)高，對(duì)維護(hù)操作人員要求高，運(yùn)行成本高。同時(shí)，供貨、施工周期長(zhǎng)，有時(shí)難以滿足油田產(chǎn)能建設(shè)需要。這就需要一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的控制設(shè)備，而自力式調(diào)節(jié)閥正好能夠滿足這一需求。

      1 自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型特點(diǎn)

     自力式調(diào)節(jié)閥是一種無須外加驅(qū)動(dòng)能源，依靠被測(cè)介質(zhì)自身的能量，按設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制裝置。適用介質(zhì)：原油、重油、煤油、導(dǎo)熱油等油品它集檢測(cè)、控制、執(zhí)行諸多功能于一身，自成一個(gè)獨(dú)立的儀表控制系統(tǒng)。具有以下特點(diǎn)：無需外加驅(qū)動(dòng)能源，節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低，適用于爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小，可以實(shí)現(xiàn)無人值守；集變送器、控制器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能于一體，價(jià)格低廉，節(jié)約工程投資。以油田常用的三相分離器為例，使用自力式調(diào)節(jié)閥工程投資僅為使用電動(dòng)單元組合儀表的三分之一。

      2 自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型種類

     自力式調(diào)節(jié)閥種類很多，按被控參數(shù)可分為自力式壓力（差壓）調(diào)節(jié)閥、自力式液位調(diào)節(jié)閥、自力式溫度調(diào)節(jié)閥、自力式流量調(diào)節(jié)閥等。原油通常具有腐蝕性，易凝結(jié)，輸送源頭壓力高且不可控（油井），設(shè)計(jì)流速高，環(huán)境惡劣（野外），介質(zhì)組分不確定等特點(diǎn)；成品油無毒、無腐蝕、壓力不太高，輸送可以*在設(shè)計(jì)條件下進(jìn)行；原油管道閥門通常要按照大量國(guó)際或*標(biāo)準(zhǔn)來制造和實(shí)驗(yàn)；成品油管道閥門只要符合國(guó)標(biāo)要求就能使用。

      3 自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型原理

      3.1 自力式壓力調(diào)節(jié)閥原理

     如圖1所示，自力式閥前壓力調(diào)節(jié)閥，其閥芯初始位置在關(guān)閉狀態(tài)。閥前壓力P1經(jīng)閥芯、閥座節(jié)流后，變?yōu)殚y后壓力P2，同時(shí)P1經(jīng)過取壓管輸入至上膜室內(nèi)作用在膜片上，產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對(duì)位置，從而控制閥前壓力。

     當(dāng)P1增加時(shí)，P1作用于膜片上的力也隨之增加。此時(shí)膜片上的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯向離開閥座的方向移動(dòng)，這時(shí)閥芯與閥座之間的流通面積變大，流阻變小，P1向閥后泄壓，直到膜片上的作用力與彈簧反作用力相平衡為止，從而使P1降為設(shè)定值。同理，P1降低時(shí)，動(dòng)作方向與上述相反，這就是閥前壓力調(diào)節(jié)的工作原理。閥后壓力調(diào)節(jié)與閥前的相同，但閥芯反裝?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)彈簧反作用力的大小來改變壓力設(shè)定值。流量特性一般為快開。

      3.2 自力式液位調(diào)節(jié)閥原理

     自力式液位調(diào)節(jié)閥又稱浮子液面調(diào)節(jié)器，其工作原理如圖2所示，浮球通過連桿機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)閥的閥桿相連接。通過浮球和連桿機(jī)構(gòu)的作用，調(diào)整閥門的開度來使液位保持在適當(dāng)?shù)母叨壬?。?dāng)出液量減少，容器內(nèi)液位升高時(shí)，說明進(jìn)液量大于出液量，浮球隨之升高，并通過連桿機(jī)構(gòu)立即將閥門關(guān)小；反之，當(dāng)液位降低時(shí)浮球通過連桿機(jī)構(gòu)將閥門開大，直到進(jìn)出液量相等，液位穩(wěn)定為止。這就是進(jìn)口控制的工作原理。出口控制與進(jìn)口控制原理相同，但閥芯反裝。

     這里，浮球是系統(tǒng)的檢測(cè)元件，而連桿機(jī)構(gòu)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)器，閥就是終執(zhí)行元件，組成一個(gè)完整的液位自控系統(tǒng)。閥的流量特性有直線和等百分比可選。閥體有直通式和角式兩種。

      3.3 自力式溫度調(diào)節(jié)閥、自力式流量調(diào)節(jié)閥

      其工作原理與自力式壓力調(diào)節(jié)閥大同小異，在此不再贅述。

      4 自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型選型使用注意問題

      4.1 調(diào)節(jié)精度

     自力式調(diào)節(jié)閥是由機(jī)械的方法組成的純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此控制的結(jié)果不可避免地存在靜差。調(diào)節(jié)精度一般為±5%~±10%。適用于調(diào)節(jié)品質(zhì)要求不高的場(chǎng)合。

      4.2 允許壓差

     由于自力式調(diào)節(jié)閥沒有驅(qū)動(dòng)能源，僅靠介質(zhì)自身的能源（壓力閥靠介質(zhì)壓力，液位閥靠介質(zhì)對(duì)浮球的浮力等），而且無法象普通控制閥可通過提高氣源壓力來增大壓差。從而導(dǎo)致允許差壓較普通控制閥小，口徑也受限制。以上?？屏_(dá)自控閥門有限公司生產(chǎn)的自力式壓力調(diào)節(jié)閥為例，DN80以下的閥允許壓差高2.0MPa（PN4.0MPa時(shí)），而普通氣動(dòng)控制閥高可達(dá)6.4MPa。目前，該公司的自力式壓力調(diào)節(jié)閥大口徑為DN300。自力式液位調(diào)節(jié)閥由于受浮球浮力的限制，允許差壓也小，多數(shù)生產(chǎn)商對(duì)允許差壓未作明確，選用時(shí)應(yīng)向生產(chǎn)商咨詢。同樣原因，自力式液位調(diào)節(jié)閥口徑大做到DN250，對(duì)大多數(shù)場(chǎng)合已經(jīng)夠用，特殊場(chǎng)合如果流量特別大，可使用兩臺(tái)或多臺(tái)并聯(lián)。

      4.3 介質(zhì)黏度

     由自力式壓力調(diào)節(jié)閥原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)知，介質(zhì)黏度過高容易引起引壓管的堵塞，影響膜片的彈性，導(dǎo)致閥內(nèi)壓力平衡元件不能正常工作。特別是凝固點(diǎn)較高的介質(zhì)在停工降溫后凝固也將使波紋管開工后無法正常工作。國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品樣本未見介質(zhì)允許黏度值。國(guó)外已有廠家在液體情況下允許使用介質(zhì)運(yùn)動(dòng)黏度為7×10-4m2/s和8×10-4m2/s。在河南油田，個(gè)別閥運(yùn)用在稠油介質(zhì)，黏度在2×10-4m2/s左右。高黏度的介質(zhì)可選用重錘平衡自力式壓力調(diào)節(jié)閥。

      4.4 對(duì)密封的要求

     自力式調(diào)節(jié)閥國(guó)內(nèi)還沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)商一般參照控制閥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。國(guó)標(biāo)GB/T4123-92要求控制閥本體填料函及其他連接處無滲漏現(xiàn)象。可以滿足可燃、有毒氣體介質(zhì)對(duì)密封性的要求。而國(guó)標(biāo)GB/T4123-92對(duì)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室密封要求：“氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室應(yīng)保證氣密。在額定氣源壓力下，5min內(nèi)薄膜氣室內(nèi)的壓力下降不得大于2.5kPa。"顯然這是針對(duì)以壓縮空氣為氣源的規(guī)定，不能滿足自力式調(diào)節(jié)閥對(duì)可燃、有毒氣體介質(zhì)的使用要求。

     油田的氣體介質(zhì)大多為易燃易爆有毒的氣體，油類液體介質(zhì)通常要揮發(fā)出可燃?xì)怏w，是不允許有滲漏的。這些場(chǎng)合對(duì)自力式調(diào)節(jié)閥的密封要求比國(guó)標(biāo)嚴(yán)格，選用時(shí)要特別注明。

      4.5 自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型計(jì)算

      該計(jì)算同普通控制閥，不再詳述。壓力調(diào)節(jié)閥維修一般有兩種：一是預(yù)防性維修，主要指為了保證調(diào)節(jié)閥可靠運(yùn)行，而在未出現(xiàn)故障時(shí)就采取的預(yù)防性檢修措施，包括調(diào)節(jié)閥在現(xiàn)場(chǎng)安裝和使用時(shí)所采取的一系列預(yù)防性措施；二是故障性維修，即壓力調(diào)節(jié)閥在故障情況下不能滿足操作要求時(shí)所進(jìn)行的一系列檢修工作，一般情況下在生產(chǎn)車間完成，特殊情況下也可能在管線上直接進(jìn)行維修。

預(yù)防性維修

　　 預(yù)防性維修是在 調(diào)節(jié)閥發(fā)生故障之前的計(jì)劃?rùn)z修，可以理解為日常性維修，通常包括以下幾項(xiàng)工作。

1. 消除應(yīng)力

　　 管線由于組合或安裝不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生各種應(yīng)力，例如高溫介質(zhì)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，安裝時(shí)緊固力不均衡造成的應(yīng)力，人為的某些碰撞給調(diào)節(jié)閥及其管道造成的應(yīng)力等。這些應(yīng)力作用在調(diào)節(jié)閥及其管線上，很容易對(duì)調(diào)節(jié)閥的性能產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身，導(dǎo)致閥桿和導(dǎo)向件變形而不能和閥座對(duì)準(zhǔn)中心；對(duì)于分體式閥體的調(diào)節(jié)閥，可能引起閥體法蘭的脫開；應(yīng)力還可能引起閥座泄漏等。因此，任何時(shí)刻都要保證避免或消除應(yīng)力，把應(yīng)力導(dǎo)向遠(yuǎn)離調(diào)節(jié)閥的地方。

2 檢查支撐情況

　　 安裝調(diào)節(jié)閥的位置是使閥桿的行程方向與閥體上方的執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個(gè)垂直平面上。如果調(diào)節(jié)閥必須安裝在使閥桿水平移動(dòng)的位置，或者閥桿的移動(dòng)方向與水平面有一定的傾角時(shí)，就應(yīng)該把執(zhí)行機(jī)構(gòu)支撐起來，使調(diào)節(jié)閥的各個(gè)部件都處于自然狀態(tài)。如果不加設(shè)支撐或者支撐加設(shè)不當(dāng)都可能造成調(diào)節(jié)閥閥桿與閥座的不同心，容易導(dǎo)致差變或使填料泄漏等故障。即使調(diào)節(jié)閥有固定和支撐措施，也必須定期進(jìn)行檢查，一般2～3個(gè)月檢查一次。

3. 安全運(yùn)行的檢查

　　 對(duì)在爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所使用的調(diào)節(jié)閥和有關(guān)附件應(yīng)檢查其安全運(yùn)行情況，例如，密封蓋是否擰緊，安全柵的運(yùn)行情況，電源供應(yīng)情況等，保證調(diào)節(jié)閥及有關(guān)附件能夠安全運(yùn)行。

4 清除或防止異物進(jìn)入

　　 要經(jīng)常檢查調(diào)節(jié)閥連接管道內(nèi)有無鐵銹、焊渣、污物等，發(fā)現(xiàn)后應(yīng)及時(shí)清除。如果調(diào)節(jié)閥及管道中容易積聚異物，則要考慮在調(diào)節(jié)閥上游側(cè)安裝簡(jiǎn)易的過濾裝置。在工藝介質(zhì)中容易滲入硬質(zhì)雜物的場(chǎng)合，一定要安裝過濾裝置。因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥在關(guān)閉時(shí)，很小的一塊鐵銹或焊渣就足以破壞研磨得很好的閥座密封面，況且這些污物也會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)閥閥芯和閥座造成磨損，影響其正常運(yùn)行。

5 定期檢修和加油

　　 填料和注油器在短期使用后需要重新調(diào)整。塵土多的場(chǎng)合要在閥桿周圍用塑料套或橡膠套保護(hù)填料函和導(dǎo)向部位，有腐蝕性氣體或液滴存在的場(chǎng)合要采用特殊的保護(hù)措施，一般用防腐袋包住調(diào)節(jié)閥，但要注意不能影響它的操作。在有耐火性要求的場(chǎng)合，可以采用特殊耐火涂料、套防火袋等方法，防火袋的材料含有多層陶瓷纖維或玻璃纖維。

6 自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型運(yùn)輸和保管

　　 調(diào)節(jié)閥在組裝和油漆并按要求裝上執(zhí)行機(jī)構(gòu)、手輪、定位器等附件以后，為防止外來物質(zhì)進(jìn)入調(diào)節(jié)閥，連接調(diào)節(jié)閥的全部空氣接口都要堵上，連接法蘭裝上保護(hù)罩，要留意各個(gè)連接部位，例如閥門定位器進(jìn)氣管、執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口的狀態(tài)。易損壞的任何突出的附件，如注油器和電位器的壓力表，應(yīng)從接頭上拆下，與調(diào)節(jié)閥分開包裝并一同運(yùn)輸。調(diào)節(jié)閥應(yīng)用專用的支架固定，防止松動(dòng)，要保證整體的垂直位置或水平位置。如果遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，用牢固的木箱裝運(yùn)。

保管調(diào)節(jié)閥時(shí)，不要把調(diào)節(jié)閥支承在敏感部位，例如閥門定位器、閥桿等處。運(yùn)輸和保管的環(huán)境條件應(yīng)滿足產(chǎn)品說明書要求。保管區(qū)域不要進(jìn)行其他作業(yè)，無法避免時(shí)，必須注意不要碰到調(diào)節(jié)閥。場(chǎng)所還要避免受風(fēng)沙、塵土、雨水等惡劣條件的影響，如果沒有合適的場(chǎng)所，在貯藏前必須把調(diào)節(jié)閥裝在防潮袋中，或放在類似的容器中。

7 自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型定期檢查氣源和電源

　　 氣源是驅(qū)動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵能源之一。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的膜室雖然不消耗空氣，但如果氣源系統(tǒng)含有水分、油污等雜質(zhì)，則會(huì)使閥門定位器、繼動(dòng)器等附件堵塞并發(fā)生故障。因此必須定期對(duì)氣源和電源進(jìn)行檢查，保證氣源清潔、干燥，電源可靠。

      5 自力式調(diào)節(jié)閥在油田的應(yīng)用

     （1）自力式調(diào)節(jié)閥與普通控制閥相比有多種差異，但這些差異并不影響在油田的使用。油田的絕大多數(shù)場(chǎng)合如計(jì)量站、集油站、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站等場(chǎng)合生產(chǎn)過程壓力、溫度不高（1.0MPa，100℃以下），介質(zhì)黏度不大（2×10-4m2/s以下），控制精度要求不高（一般±10%），自力式調(diào)節(jié)閥*可以滿足生產(chǎn)需要。

     （2）自力式調(diào)節(jié)閥在河南油田已有十幾年的使用歷史，已得到了實(shí)踐的檢驗(yàn)和成功的應(yīng)用。典型應(yīng)用：油氣水三相分離器的壓力控制，油室、水室液位控制，如圖3所示；除油器壓力、液位控制，如圖4所示；氣液分離器、緩沖罐壓力、液位控制（略）；居民區(qū)供暖分支管線的流量、溫度控制等（略）。

6 自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)選型結(jié)束語

     自力式調(diào)節(jié)閥無須外加驅(qū)動(dòng)能源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工程造價(jià)低、使用維護(hù)方便，在石油行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在油田邊遠(yuǎn)站點(diǎn)。同時(shí)也受到了廣大基層人員的歡迎。