輸油管道氮氣泄壓閥

                           上海申弘閥門(mén)有限公司

1、輸油管道泄壓閥概述
之前介紹進(jìn)口智能電動(dòng)防爆調節閥VTON，現在介紹氮氣控制泄壓閥主要用在輸送黏稠和含泥沙的原油管網(wǎng)系統中，快速跟蹤管路壓力的變化，用于保護輸油管線(xiàn)安全，防止在輸油過(guò)程中因意外或閥門(mén)緊急關(guān)斷造成管線(xiàn)過(guò)壓和紊流，避免因管路系統的水錘壓力或其他異常升壓對管道設備的破壞。閥門(mén)泄放壓力的設定由氮氣直接控制。閥瓣腔內填充輕油，氮氣通過(guò)氣壓油的方式作用在閥瓣上。輕油作為氮氣與閥瓣之間的隔絕物，一方面可以防止氮氣向閥門(mén)下游的滲漏，另一方面可以潤滑閥瓣密封圈，減小摩擦力，延長(cháng)閥瓣密封件的使用壽命。
        輸油管道氮氣泄壓閥閥門(mén)為常閉型，采用平衡閥瓣結構，閥瓣兩側壓力相等時(shí)，活塞的預緊彈簧關(guān)閉閥門(mén)。管線(xiàn)壓力等量地傳遞到閥瓣的彈簧側，如果加載到輕油頂部的氮氣壓力與彈簧力之和大于管線(xiàn)壓力，則閥門(mén)關(guān)閉。當入口壓力增大，閥瓣底部的管線(xiàn)壓力克服了彈簧力與氮氣壓力之和，使閥瓣上移推動(dòng)輕油壓縮氮氣，閥門(mén)打開(kāi)泄壓。當管線(xiàn)壓力降到低于氮氣壓力設定點(diǎn)時(shí)，氣壓推動(dòng)閥瓣下移，閥門(mén)關(guān)閉并保持關(guān)閉狀態(tài)。

為了防止長(cháng)輸原油管道因遇突然事故對機、泵、閥等設備及管道的損環(huán)，以保障安全平穩地輸油，在輸油管道上裝設安全保護裝置是十分必要的。我們根據液壓系統中的溢流閥原理，參照了輸油管道上引進(jìn)的高壓閥，設計出一種新型的應用于長(cháng)輸原油管道上的安全保護裝置——先導式電動(dòng)高壓閥及氣-液阻尼式電動(dòng)低壓泄壓閥。

一、輸油管道氮氣泄壓閥高壓閥的結構及其原理
1、結構

高壓泄壓閥(見(jiàn)圖1) 主要由三大部分組成。即主閥體1、液壓缸部分和導閥7，其中液壓缸部分包括缸體6，彈簧5，活塞4，活塞桿3，密封蓋2 等。與該閥配套使用的附件主要有：防爆電節點(diǎn)壓力表10，防爆電磁換向閥8，氣源即氮氣瓶9 等。

2、工作原理

如圖1，當原油經(jīng)由閥的入口流入閥體之后，通過(guò)阻尼油管J流入主閥芯(包括:活塞4、活塞桿3、密封蓋2)上腔，即液壓缸的上腔，同也流向導閥7 的入口Z 處。此時(shí)由于氣源氮氣壓力的作用，導閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當主閥芯的上腔壓力原油充滿(mǎn)之后，其上下腔壓力將達到平衡狀態(tài)，但由于活塞4的設計面積比密封蓋2 的面積稍大一些，因此，在導閥處于關(guān)閉的條件下，主閥芯上腔的壓力P2將大于下腔的壓力P1，這樣主閥芯必然向下移動(dòng)，直到封死主閥口為止，當閥口被封死后，泄壓終止，主閥芯上、下腔壓力平衡重新建立，即P2= P1。當導閥原油壓力超高而開(kāi)啟時(shí)，則因有阻尼管的存在，P2下降，主閥芯下部壓力P1大于其上部作用力P2，使主閥芯提升，泄壓閥開(kāi)始泄壓，因此，認為適當地調定導閥7的氮氣壓力值，就能有效地控制主閥芯上下兩腔的壓力，使主閥芯提升，并保持一定的開(kāi)口量，從而保持管道出站壓力的穩定，并防止管道超壓。

高壓閥

圖1 高壓閥

由于在活塞4 的上面引入了控制油，所以主閥的彈簧5 只起定位作用，即在低壓或無(wú)壓時(shí)克服活塞摩擦力使主閥關(guān)閉，因而彈簧剛度可大為減小。防爆電節點(diǎn)壓力表10 的作用是：將其上限位調至管道泄壓的zui高壓力值，若管道壓力一旦達到此值時(shí)，電節點(diǎn)壓力表將發(fā)出電信號，控制防爆電磁閥使之動(dòng)作，使導閥開(kāi)啟，泄壓閥泄壓。當管道壓力降低后，電節點(diǎn)壓力表觸點(diǎn)脫開(kāi)，電磁閥恢復原位，導閥關(guān)閉，泄壓閥停止泄壓。

電磁閥的另一個(gè)作用是：可在低壓泄壓閥的入口處(即輸油泵的進(jìn)口) ，安裝一塊防爆電節點(diǎn)壓力表，其表的下限位調至泵入口壓力的zui低允許值，一旦泵入口壓力超低，降到此值時(shí)，則觸點(diǎn)接通，控制電磁閥動(dòng)作，高壓泄壓閥泄壓，這樣可以防止入口壓力超低現象的出現。

2、結構
氮氣泄壓閥(圖1)主要由閥體、閥瓣、調速閥和視鏡等組成。氮氣控制系統(圖2)可為泄壓閥提供充足的氣源和穩定的工作壓力。氮氣壓力可根據用戶(hù)要求設定，并可以通過(guò)控制室對其進(jìn)行監控。氮氣瓶采用一個(gè)使用一個(gè)備用的方式，以方便氣量不足時(shí)更換。充氣室需要絕熱或埋地，防止因溫度變化而引起壓力波動(dòng)。為了防止泄壓閥充氣超壓，在控制系統中設置有安全閥。

氮氣控制泄壓閥
圖1 泄壓閥結構

氮氣控制泄壓閥
圖2 氮氣控制泄壓系統

充氣室容積隨閥門(mén)開(kāi)度的增大而減小。開(kāi)閥時(shí)泄放壓力設定點(diǎn)的變化百分比由充氣室容積的大小決定。確定氣罐容積之前，首先確定閥門(mén)設定的泄放壓力、閥門(mén)全開(kāi)時(shí)閥瓣的置換體積(表1)和允許超壓數值(一般不超過(guò)設定值的10%)。

在絕熱壓縮條件下，氣罐容積V1為

氮氣控制泄壓閥
式中 V1——氮氣罐的總容積，m3

P1——關(guān)閥時(shí)閥門(mén)的臨界泄放壓力，MPa

P2——開(kāi)閥時(shí)閥門(mén)的zui高允許過(guò)壓，MPa

VZ——閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)閥瓣的置換體積，cm3

0.709——氮氣絕熱指數K=1.41的倒數

表1 不同口徑閥門(mén)閥瓣的置換容積

氮氣控制泄壓閥
以DN250的泄壓閥為例。

P1=臨界泄放壓力-彈簧壓強+絕壓換算

=1.6-0.028+0.1029

=1.6749MPa

P2=zui高允許過(guò)壓-彈簧壓強+絕壓換算

=1.68-0.042+0.1029

=1.7409MPa

VZ=5686.31cm3

V1=210266cm3=0.21m3

3、工作原理及結構特點(diǎn)

二、低壓泄壓閥的結構及其工作原理
1、結構

低壓泄壓閥(見(jiàn)圖2) 主要有兩大部分組成，即閥體1 和氣、液阻尼缸。氣、液阻尼缸部分包括有：上活塞7，下活塞3，缸體4，活塞桿6，密封蓋2 等。與之配套使用的附件有單向節流閥10，防爆電節點(diǎn)壓力表9，電磁換向閥8，氮氣罐5，氣源4 等。

低壓閥

圖2 低壓閥

2、工作原理

當低壓泄壓閥安裝完畢之后，投入使用前，將Q 腔按設計要求充入一定壓力的氮氣，而N腔則需充滿(mǎn)液壓油，將電節點(diǎn)壓力表的上限位調至該泄壓閥泄壓的壓力值。此時(shí)原油經(jīng)入口流入閥體內，密封蓋2 由于Q 腔氮氣壓力的作用使其將閥口封住，如若入口原油壓力升高至電節點(diǎn)壓力表調定的上限位壓力值時(shí)，則電接點(diǎn)壓力表觸點(diǎn)接通，控制電磁閥8，使其動(dòng)作，放掉Q 腔氮氣壓力。此時(shí)入口處的原油將頂起密封蓋，開(kāi)始泄壓。泄出一定量的原油之后，其壓力逐漸降低，當降至電節點(diǎn)壓力表上限位值以下時(shí)，則觸點(diǎn)脫開(kāi)，電磁閥斷電復位接通氣罐，氮氣壓力重新又建立起來(lái)，通過(guò)上、下活塞及活塞桿作用于密封蓋上，將泄壓閥出口封死，泄壓停止。

單向節流閥的作用為：它可使活塞運動(dòng)平穩，減少沖擊及噪聲。為了使得該泄壓閥能夠迅速關(guān)閉，所以采用了單向節流閥，即關(guān)閥時(shí)不受節流控制。電接點(diǎn)壓力表低限位的功用，與高壓泄壓閥的相同。

3.1、閥門(mén)

上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥閥門(mén)泄放壓力的設定由氮氣直接控制。閥瓣腔內填充輕油，氮氣通過(guò)氣壓油的方式作用在閥瓣上。輕油作為氮氣與閥瓣之間的隔絕物，一方面可以防止氮氣向閥門(mén)下游的滲漏，另一方面可以潤滑閥瓣密封圈，減小摩擦力，延長(cháng)閥瓣密封件的使用壽命。

閥門(mén)為常閉型，采用平衡閥瓣結構，閥瓣兩側壓力相等時(shí)，活塞的預緊彈簧關(guān)閉閥門(mén)。管線(xiàn)壓力等量地傳遞到閥瓣的彈簧側，如果加載到輕油頂部的氮氣壓力與彈簧力之和大于管線(xiàn)壓力，則閥門(mén)關(guān)閉。當入口壓力增大，閥瓣底部的管線(xiàn)壓力克服了彈簧力與氮氣壓力之和，使閥瓣上移推動(dòng)輕油壓縮氮氣，閥門(mén)打開(kāi)泄壓。當管線(xiàn)壓力降到低于氮氣壓力設定點(diǎn)時(shí)，氣壓推動(dòng)閥瓣下移，閥門(mén)關(guān)閉并保持關(guān)閉狀態(tài)。

3.2、調速閥

閥門(mén)啟閉速度由安裝在缸蓋上的調速閥控制。開(kāi)閥速度不受限制，關(guān)閥速度由調速閥的固定節流孔控制，從而達到閥門(mén)快開(kāi)緩閉的效果。閥門(mén)打開(kāi)時(shí)可以快速泄壓，關(guān)閉時(shí)緩慢復位，防止關(guān)閉速度過(guò)快，使閥瓣受到的沖擊力過(guò)大造成密封面破壞。

3.3、視鏡

通過(guò)視鏡對輕油液位的例行檢查可以掌握閥門(mén)的工作狀態(tài)。液位低于下視鏡，說(shuō)明閥門(mén)油罐缺油或輕油泄漏。輕油與下視鏡水平，則閥門(mén)關(guān)閉。上下視鏡都能看見(jiàn)輕油，則閥門(mén)全開(kāi)(視鏡為選裝配件)。

4、結語(yǔ)
氮氣控制泄壓閥具有泄放速度快，泄壓后復位平穩，壓力設定方便快捷，可自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)實(shí)際使用，工作可靠，效果良好，安全性高。以上對高、低泄壓的結構組成及工作原理作了初步的定性分析。需要補充說(shuō)明一點(diǎn)兩個(gè)閥有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即都具有自身的自我保護功能，雖然是電控，但一旦電控失靈，兩閥仍能對管道起安全保護作用，因此，兩閥的這一特性為管道及管道設備的安全提供了更大的保險系數，從經(jīng)濟角度上分析，不論是加工制造的復雜程度和體積重量及其附件上，都比較簡(jiǎn)單。如主閥體用截止閥體稍加改造即可實(shí)現。所以閥的經(jīng)濟性比較好，當然兩閥是否可用，zui后還要通過(guò)實(shí)際檢驗證明其各種性能及其效果。與本文相關(guān)的論文：卡套減壓閥在能源化工研究院