自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設計選型

自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設計選型
油田使用環(huán)境的特點是野外作業(yè)，原油從油井里被抽出來后，要進行集中和處理，這些處理原油的站點分布地域廣，一般都在邊遠的鄉(xiāng)村、荒野，但油氣水產(chǎn)量波動較大，人工調(diào)節(jié)難以保證，需要進行自動控制。一些邊遠站點，因規(guī)模小、設備分散，要實現(xiàn)自動控制，信號傳輸距離遠，動力源配置困難，又有防爆要求等，導致工程造價高，對維護操作人員要求高，運行成本高。同時，供貨、施工周期長，有時難以滿足油田產(chǎn)能建設需要。這就需要一種簡單、實用的控制設備，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)閥設計選型特點

     自力式調(diào)節(jié)閥是一種無須外加驅動能源，依靠被測介質自身的能量，按設定值進行自動調(diào)節(jié)的控制裝置。適用介質：原油、重油、煤油、導熱油等油品它集檢測、控制、執(zhí)行諸多功能于一身，自成一個獨立的儀表控制系統(tǒng)。具有以下特點：無需外加驅動能源，節(jié)能，運行費用低，適用于爆炸性危險環(huán)境；結構簡單，維護工作量小，可以實現(xiàn)無人值守；集變送器、控制器及執(zhí)行機構的功能于一體，價格低廉，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)閥設計選型種類

     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，輸送源頭壓力高且不可控（油井），設計流速高，環(huán)境惡劣（野外），介質組分不確定等特點；成品油無毒、無腐蝕、壓力不太高，輸送可以*在設計條件下進行；原油管道閥門通常要按照大量國際或*標準來制造和實驗；成品油管道閥門只要符合國標要求就能使用。

      3 自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設計選型原理

      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、閥座的相對位置，從而控制閥前壓力。

     當P1增加時，P1作用于膜片上的力也隨之增加。此時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，這時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降為設定值。同理，P1降低時，動作方向與上述相反，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，浮球通過連桿機構與調(diào)節(jié)閥的閥桿相連接。通過浮球和連桿機構的作用，調(diào)整閥門的開度來使液位保持在適當?shù)母叨壬?。當出液量減少，容器內(nèi)液位升高時，說明進液量大于出液量，浮球隨之升高，并通過連桿機構立即將閥門關小；反之，當液位降低時浮球通過連桿機構將閥門開大，直到進出液量相等，液位穩(wěn)定為止。這就是進口控制的工作原理。出口控制與進口控制原理相同，但閥芯反裝。

     這里，浮球是系統(tǒng)的檢測元件，而連桿機構就是一個簡單的調(diào)節(jié)器，閥就是終執(zhí)行元件，組成一個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)閥設計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)閥是由機械的方法組成的純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此控制的結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)品質要求不高的場合。

      4.2 允許壓差

     由于自力式調(diào)節(jié)閥沒有驅動能源，僅靠介質自身的能源（壓力閥靠介質壓力，液位閥靠介質對浮球的浮力等），而且無法象普通控制閥可通過提高氣源壓力來增大壓差。從而導致允許差壓較普通控制閥小，口徑也受限制。以上海科力達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），而普通氣動控制閥高可達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)商對允許差壓未作明確，選用時應向生產(chǎn)商咨詢。同樣原因，自力式液位調(diào)節(jié)閥口徑大做到DN250，對大多數(shù)場合已經(jīng)夠用，特殊場合如果流量特別大，可使用兩臺或多臺并聯(lián)。

      4.3 介質黏度

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

      4.4 對密封的要求

     自力式調(diào)節(jié)閥國內(nèi)還沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品標準。生產(chǎn)商一般參照控制閥的國家標準進行生產(chǎn)。國標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?？梢詽M足可燃、有毒氣體介質對密封性的要求。而國標GB/T4123-92對氣動執(zhí)行機構的氣室密封要求：“氣動執(zhí)行機構的氣室應保證氣密。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)閥對可燃、有毒氣體介質的使用要求。

     油田的氣體介質大多為易燃易爆有毒的氣體，油類液體介質通常要揮發(fā)出可燃氣體，是不允許有滲漏的。這些場合對自力式調(diào)節(jié)閥的密封要求比國標嚴格，選用時要特別注明。

      4.5 自力式原油專用調(diào)節(jié)閥設計選型計算

      該計算同普通控制閥，不再詳述。壓力調(diào)節(jié)閥維修一般有兩種：一是預防性維修，主要指為了保證調(diào)節(jié)閥可靠運行，而在未出現(xiàn)故障時就采取的預防性檢修措施，包括調(diào)節(jié)閥在現(xiàn)場安裝和使用時所采取的一系列預防性措施；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所進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行維修。

預防性維修

　　 預防性維修是在 調(diào)節(jié)閥發(fā)生故障之前的計劃檢修，可以理解為日常性維修，通常包括以下幾項工作。

1. 消除應力

　　 管線由于組合或安裝不當會產(chǎn)生各種應力，例如高溫介質產(chǎn)生的熱應力，安裝時緊固力不均衡造成的應力，人為的某些碰撞給調(diào)節(jié)閥及其管道造成的應力等。這些應力作用在調(diào)節(jié)閥及其管線上，很容易對調(diào)節(jié)閥的性能產(chǎn)生影響，嚴重時會影響到調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身，導致閥桿和導向件變形而不能和閥座對準中心；對于分體式閥體的調(diào)節(jié)閥，可能引起閥體法蘭的脫開；應力還可能引起閥座泄漏等。因此，任何時刻都要保證避免或消除應力，把應力導向遠離調(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)行機構在一個垂直平面上。如果調(diào)節(jié)閥必須安裝在使閥桿水平移動的位置，或者閥桿的移動方向與水平面有一定的傾角時，就應該把執(zhí)行機構支撐起來，使調(diào)節(jié)閥的各個部件都處于自然狀態(tài)。如果不加設支撐或者支撐加設不當都可能造成調(diào)節(jié)閥閥桿與閥座的不同心，容易導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，也必須定期進行檢查，一般2～3個月檢查一次。

3. 安全運行的檢查

　　 對在爆炸性危險場所使用的調(diào)節(jié)閥和有關附件應檢查其安全運行情況，例如，密封蓋是否擰緊，安全柵的運行情況，電源供應情況等，保證調(diào)節(jié)閥及有關附件能夠安全運行。

4 清除或防止異物進入

　　 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)后應及時清除。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)閥上游側安裝簡易的過濾裝置。在工藝介質中容易滲入硬質雜物的場合，一定要安裝過濾裝置。因為調(diào)節(jié)閥在關閉時，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，況且這些污物也會對調(diào)節(jié)閥閥芯和閥座造成磨損，影響其正常運行。

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。塵土多的場合要在閥桿周圍用塑料套或橡膠套保護填料函和導向部位，有腐蝕性氣體或液滴存在的場合要采用特殊的保護措施，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)閥設計選型運輸和保管

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

保管調(diào)節(jié)閥時，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。運輸和保管的環(huán)境條件應滿足產(chǎn)品說明書要求。保管區(qū)域不要進行其他作業(yè)，無法避免時，必須注意不要碰到調(diào)節(jié)閥。場所還要避免受風沙、塵土、雨水等惡劣條件的影響，如果沒有合適的場所，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)閥設計選型定期檢查氣源和電源

　　 氣源是驅動壓力調(diào)節(jié)閥的關鍵能源之一。氣動調(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，則會使閥門定位器、繼動器等附件堵塞并發(fā)生故障。因此必須定期對氣源和電源進行檢查，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)場合如計量站、集油站、轉油站、聯(lián)合站等場合生產(chǎn)過程壓力、溫度不高（1.0MPa，100℃以下），介質黏度不大（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，已得到了實踐的檢驗和成功的應用。典型應用：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)閥設計選型結束語

     自力式調(diào)節(jié)閥無須外加驅動能源、結構簡單、工程造價低、使用維護方便，在石油行業(yè)得到了廣泛的應用，尤其是在油田邊遠站點。同時也受到了廣大基層人員的歡迎。