【摘要】RZD-RMBX型控制阀是由荷兰莫克维迪公司制造的一种轴流式气动阀门,压力等级ANSI600,用于安装在长输管道上起到压力调节与减压作用,它具有调节和保持翻越点至控制阀上游管段正压力运行,避免管路出现不满流现象,防止输送设备的损坏和水击的发生;另外,管线在停输时隔断因地形落差产生的静压力,防止静压力超过管线最大允许值而导致爆管事故的发生。
1 阀的结构和工作原理
1.1结构
控制阀是一种轴流式气动调节阀,主要是由阀外体、阀内体、阀杆、活塞、活塞杆和笼筒构成(如图1)。
(1)阀体
阀体包括阀外体和阀内体,在阀内体和阀外体之间有一个轴向对称的流道,如图1所示。
(2)活塞和活塞杆
活塞和活塞杆构成一个90°的角式传动机构(如图1),活塞借助此传动机构在导轨内沿阀的中心线运动,活塞杆与阀杆上45°的齿条相互耦合,阀杆做上下传动,带动活塞杆和活塞在全行程上前后运动。为了保证活塞内外压力平衡,在活塞端面均匀分布着孔眼,使活塞在做前后运动时不受轴向力的影响。
(3)笼筒
RZD-RMBX型控制阀是由三层笼筒构成,每层笼筒壁面按照一定的规律均匀分布有许多直径5~
1.2 工作原理
RZD-RMBX型控制阀是一个完整的铸造体,活塞在带有孔眼的笼简内被导引,并沿着阀门的中心线运动,当流体经笼筒外部流向笼简内部时,由于在笼筒壁上均匀分布着许多小孔,使液体的位能因摩擦阻力的陡增而转换成为热能和动能。在转换过程中产生的热能大部分被流动的流体带走,使位能大幅度降低,因此在控制阀前后就形成了压力差。
阀门开度的大小是通过调节活塞的行程来实现的,当活塞向右移动时,活塞遮住笼筒孔眼数量增加,使液体通过笼筒流通截面积减小,此时液体通过阀门的流量减小;当活塞移到最右端时,活塞封堵了笼筒全部孔眼,此时阀门处于关闭状态。
2 工作特性
2.1调节特性
从图4曲线1中可看出,控制阀在正常调节范围内流量的变化与阀门的开度呈线性关系,阀门运行时最小流量开度值为10%,这样当阀门接近关闭状态时工作缓和平稳,确保关断严密。
2.2 主要特点
(1)降压效果显著
RZD-RMBX型控制阀采用的是三层多级导向迷宫式笼筒,因流体通过笼筒时经过三次截面收缩,流体的压力被大幅度降低。它还具有较大的压力调节范围,在实际运行中压力可由4.0MPa调降至0.1MPa。
(2)结构紧凑、噪声低和振动小
由于采用结构紧凑的轴向对称式流道,完全避免了优先流和轴向不必要的改变,明显地降低了运行时的噪声和振动。
(3)压力平衡
在阀中装配有压力平衡活塞,使阀门在运行时的轴向力完全与阀两端的压差无关,因此可以使用较小的执行机构就能够达到快动的目的。
(4)密封效果好
它采用气泡级密封,无论工作环境有多恶劣,都能够保证在全压力范围内关断严密。
(5)工作适用性
由于采用以气体作为控制阀的动力,并具有热、备两个压力在1.0MPa和体积为
3控制阀在库鄯输油管道上的应用
3.1库鄯线简介
库鄯输油管线位于新疆维吾尔自治区,西起库尔勒市,东至终点都善;管道全长
3.2 控制阀安装依据
根据库鄯线各站及翻越点和最低点位置情况(表1),管线最大落差为
表1 库鄯线各主要站点位置
|
首站 |
翻越点 |
减压站 |
最低点 |
末站 |
里程Km |
0.0 |
268.9 |
340.1 |
377.7 |
491.3 |
高程m |
990 |
1560 |
797 |
-99 |
800 |
3.3 控制阀在长输管道上的调节原理
减压站安装有两个并联在管路中的控制阀(如图3),在运行状态下主阀PV1001起调节作用,它根据首站外输油量的变化,由SCADA系统自动调节最高点压力设定值,以保证控制阀至最高点处要求的压力值。如果当主阀PV1001发生故障关闭或因其它原因流量无法满足需求,并且当控制阀上游压力值达到副阀PV1002压力设定值,此时副阀PV1002自动开启,并将压力维持在副阀PV1002设定值。当主阀PV1001可以满足最高点压力设定值时,副阀PV1002将自动关闭。这样即可以保证最高点处正压力运行,又可避免高点至减压站出现管路中不满流现象。
3.4 数学模型计算
根据伯努力方程式[1]推导可得,在流态为水力光滑区的正常输油过程中,高点至减压站设定值可通过下式计算出:
式中:
P设-减压站进站压力控制器设定值;
P离-翻越点(高点)压力,控制值设定为0.1~0.2MPa;
ρ-油品密度,kg/m3;
g-重力加速度,
Z高-翻越点高程,m;
Z减-减压站高程,m;
β-系数,0.0246;
Q-管道内流体流量,m3/s;
v-油品运动粘度,m2/s;
d-管道内径,m;
L-翻越点至减压站的管线长度,m。
其中:在实际输油过程中Q取首站出站流量,其余参数均为已知常量,因此SCADA系统通过数学模型的计算,可计算出减压站进口压力设定值P设,然后通过主机的计算机系统将计算值反馈给减压站控制器,达到对控制阀上游的压力进行控制。
当P高
当P高>P设时,主控间PV1001将开大,直到偏差值ζ=0;
当P高=P设时,主控间PV1001将保持原有的开度;
副阀PV1002压力设定值为常量固定值,在实际运行时设定值P高=6.50MPa。
3.5 运行分析
RZD-RMBX型控制阀是具有九十年代先进水平的压力控制阀,在我国应用到大管径和大落差长输原油管道还是首次。在投产试运行过程中发现由于笼筒孔眼只有5~
表2 启、停输对减压阀开度的影响
|
首站 |
翻越点 |
减压站 |
低点 |
末站 |
||||
出压 |
流量 |
压力 |
进压 |
控制阀开度 |
出压 |
压力 |
进压 |
||
MPa |
m3/h |
MPa |
MPa |
主阀% |
副阀% |
MPa |
MP a |
MPa |
|
3月份 |
6.50 |
494 |
0.16 |
6.30 |
54.9 |
0.0 |
0.91 |
7.95 |
0.38 |
4月份 |
6.84 |
563 |
01.4 |
6.20 |
42.0 |
0.0 |
1.07 |
8.04 |
0.40 |
5月份 |
7.12 |
641 |
0.16 |
6.01 |
50.7 |
0.0 |
1.30 |
8.19 |
0.40 |
注:以上参数均为月平均值
4 改进措施
(1)目前控制阀笼筒孔眼最小直径为
(2)针对我国原油具有粘度大、凝点高和胶质含量多的特点,制定出合理的清管周期,以保证国孔眼小导致流通能力下降,这对确保输油管线安全是非常重要的。
(3)在气温较低时可在过滤器前铺设电伴热带,以根据管中油温的变化,对进入控制阀油流进行加热,以防止由于油温过低导致原油中蜡和胶质的析出,影响控制阀的通油能力。
(4)为了进一步降低流体通过控制阀的速度,可考虑增加一条直径
(5)定期对控制阀气源装置系统进行检查,保证控制阀在运行时安全、可靠。
参考文献
[2]严大凡.输油管道设计与管理[M].石油工业出版社,1986年12月
摘自互联网