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分享:自力式壓力調節閥的選擇及在海洋石油平臺上的應用

發(fā)布于:2021/4/15 10:06:57 點(diǎn)擊量:389

[摘 要] 介紹了自力式調節閥的工作原理及流量系數的計算方法,闡述了自力式調節閥的選型及注意事項,給出了自力式調節閥在海洋石油平臺上的具體應用實(shí)例。

 

自力式調節閥是一種無(wú)需外來(lái)能源 ,依靠被調介質(zhì)自身壓力、溫度或流量的變化,按預先設定值進(jìn)行自動(dòng)調節的控制裝置,是一種節能型儀表。該閥集測量、執行和控制等功能于一身,自成一個(gè)獨立的儀表控制系統,具有結構簡(jiǎn)單 、價(jià)格便宜和動(dòng)作可靠等特點(diǎn),適用于調節精度要求不高或儀表氣源供給困難的場(chǎng)合,廣泛應用于石油、化工、冶金、電力、輕工等工業(yè)部門(mén)的自控系統。

自力式調節閥按用途分為壓力、差壓、液位、溫度和流量調節閥。其中以自力式壓力調節閥應用最為廣泛 。本文就自力式壓力調節閥在海洋石油平臺上的選擇及注意事項等進(jìn)行闡述 。

1 自力式壓力調節閥的分類(lèi)、原理及流量系數計算

1.1 自力式壓力調節閥的分類(lèi)

根據作用形式的不同, 自力式調節閥分為直接作用式和指揮器作用式兩種。直接作用式調節閥適用于穩壓精度 10%~20%的系統中。直接作用式調節閥最大的優(yōu)點(diǎn)是結構及操作簡(jiǎn)單,但由于彈簧負載系統在調節閥運行中引起壓降,導致出口壓力的非線(xiàn)性,因此 ,在壓降較小而要獲得大流量時(shí),必須使用另一種形式的調節閥一指揮器作用式的自力式調節閥。指揮器作用式調節閥適用于出口壓力變化范圍小于設定壓力l0%的系統 。氮封裝置就是其典型應用之一。

自力式調節閥根據被調壓力取壓點(diǎn)的不同,又分為閥前壓力調節型 (簡(jiǎn)稱(chēng) “背壓閥”) 和閥后壓力調節型(簡(jiǎn)稱(chēng) “減壓閥”) 兩種 。背壓閥在初始狀態(tài)其閥芯為關(guān)閉位置 ,當閥前壓力逐漸升高 ,閥門(mén)逐漸打開(kāi),直至閥前壓力穩定在設定值:減壓閥在初始狀態(tài)其閥芯為開(kāi)啟位置 ,當閥后壓力逐漸升高,閥門(mén)逐漸關(guān)閉,直至閥后壓力穩定在設定值。

1.2 自力式壓力調節 閥原理

自力式閥前壓力調節閥,其閥芯初始位置在關(guān)閉狀態(tài) ,如圖1所示。閥前壓力P1經(jīng)閥芯、閥座節流后 ,變?yōu)殚y后壓力P2,同時(shí)P1經(jīng)過(guò)取壓管輸入至上膜室內作用在膜片上,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(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(kāi)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,這就是閥前壓力調節的工作原理。

 

圖1 閥前壓力調節閥原理圖

 

閥后壓力調節閥與閥前壓力調節閥的原理相同,但閥芯反裝??赏ㄟ^(guò)調節彈簧反作用力的大小來(lái)改變壓力設定值。流量特性一般為快開(kāi)。

1.3 流量系數的計算

流量系數Kv(又稱(chēng)流通能力) ,是調節 閥的重要參數之一。它反映流體通過(guò)調節閥的能力。根據實(shí)際計算出的流量系數Kv值的大小,選擇適合的額定流量系數Kvs就可以確定調節閥的公稱(chēng)通徑。調節閥的額定流量系數Kvs是指 :在規定條件下,即閥的兩端壓差為100kPa,流體密度為lg/cm 時(shí),額定行程時(shí)流經(jīng)調節閥的流量,是以立方米每小時(shí)或噸每小時(shí)計的流量數。如果選擇的額定流量系數過(guò)大,就會(huì )使調節閥經(jīng)常工作在小開(kāi)度的工況下,既影響控制質(zhì)量,又會(huì )引起振蕩和噪音,縮短閥的使用壽命。相反,如果選擇的額定流量系數過(guò)小 ,則會(huì )使調節閥的開(kāi)度過(guò)大,閥門(mén)處于超負荷運行狀態(tài),不能滿(mǎn)足流量要求,容易出現故障。

為 了合理選擇調節閥的尺寸,必須正確計算調節閥的流量系數Kv值?,F以液體為例,簡(jiǎn)要地給出Kv值的計算方法。

1.3.1 非阻塞流

式中:FL-壓力恢復系數 ;FF -液體臨界壓力比系數;PV -閥入口溫度下,介質(zhì)的飽和蒸汽壓(絕對壓力 ) ,kPa;pc-熱力學(xué)臨界壓力(絕對壓力),kPa ;qv-液體流量 ,m3/h ; ρ-液體密度 ,g/cm3 ;P1-閥前壓力 (絕對壓力) ,kPa;P2-閥后壓力(絕對壓力),kPa。

1.3.2 阻塞流

由式(5)可以看出,在阻塞流情況下,Kv值的計算公式與非阻塞流工況不同,壓差一項用FL2 (P1一FF Pv )代替實(shí)際壓差P1 -P2,比用實(shí)際壓差計算出的Kv值要大 ,即由于阻塞流的作用 ,閥的流通能力不能充分發(fā)揮出來(lái) ,必須按更大的Kv值來(lái)選擇閥的口徑才能滿(mǎn)足流體流通的要求。

2 自力式壓力調節閥的選擇

2.1 口徑選擇的一般步驟

(1)根據生產(chǎn)能力、設備負荷等工藝參數確定最大流量和最小流量qvmax ,qvmin;

(2)根據系統特點(diǎn)、壓力分配和管路壓損 ,確定最大壓差和最小壓差 △Pvmax, ,△Pvmin;

(3)按流量系數計算公式,分別計算出最大流量和最小流量時(shí)的流量系數Kvmax,Kvmin;

(4)根據計算出的Kvmax,在產(chǎn)品樣本中選取大于Kvmax ,并最接近Kvmax的Kvs值;

(5)根據計算出的Kvmax,Kvmin驗算閥的開(kāi)度(一般要求閥開(kāi)度在10%~80%之間) ;

(6)根據Kvmax,Kvmin計算 出可調比R(一般要求R=Kvmax/Kvmin≤30:1) ;

(7)各項計算驗證合格后,根據Kvs值,確定調節閥的口徑 。

2.2 選擇時(shí)的注意事項

自力式調節閥是 由機械方法組成的純 比例調節系統,其調節精度不高 ,只適用于調節 品質(zhì)要求不高的場(chǎng)合;

(1)自力式調節閥主要應用在被控參數一旦調定后,不經(jīng)常改變 (調整 ) 的場(chǎng)合 ,而被控參數經(jīng)常改變 (調整 ) 的場(chǎng)合 ,應使用氣動(dòng)或 電動(dòng)調節閥。一般直接作用型調節 閥其設定值允許偏差為±8 %,帶指揮器作用式調節閥其設定值允許偏差±4 % 左右。若超 出設定彈簧的允許調壓值,為達到原設定值要求,則必須通過(guò)更換設定彈簧 的辦法才可實(shí)現,這需送回生產(chǎn)廠(chǎng)才能完成 。

(2)選用允許壓差時(shí),應注意到自力式調節閥的允許壓差值小的特點(diǎn)。

(3)自力式壓力調節閥一般應用在非腐蝕性工藝條件下,若在腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合應用要特別慎重。

(4)自力式調節閥應用在黏度較高的介質(zhì)場(chǎng)合時(shí)應慎重,高黏度的介質(zhì)不宜使用。

(5)設定壓力不應超過(guò)或接近所選擇閥門(mén)許可的調整范圍的極限值,留有一定的余量。

(6)注意調節精度的要求。一般情況下,自力式調節閥的調節精度低于氣動(dòng)或電動(dòng)調節閥,對調節精度要求較高的地方場(chǎng)合不宜采用自力式調節閥。

(7)在工程設計和采購過(guò)程中要注意區分自力式調節閥是背壓閥還是減壓閥。一旦將背壓閥和減壓閥弄反,將無(wú)法正常使用,只能重新采購。

(8)注意自力式調節閥的開(kāi)度要求。一般情況下,設計人員主要關(guān)注調節閥的開(kāi)度 要求而忽略了對自力式調節閥的開(kāi)度要求 。采購中應要求廠(chǎng)家在計算書(shū)中給出自力式調節閥在最小、正常 、最大工況下的開(kāi)度 。閥的開(kāi)度一般在10 %~80 %之間為宜。

3 自力式壓力調節閥在海洋石油平臺上的應用自力式 調節 閥與普 通調 節 閥相 比有 許 多差異 ,但這些差異并不影響在海洋石油平臺上的使用。海洋石油平臺上生產(chǎn)過(guò)程壓力、溫度不高(1.0 MPa,100℃以下) ,介質(zhì)黏度不大(2×10-4/s以下) ,控制精度要求不高(一般±10%) ,自力式調節閥完全可以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

自力式調節 閥在海洋石油平臺已有十幾年的成功的應用歷史,典型應用在公用、儀表氣系統的壓力控制;穩定消防泵出口壓力中的應用;氮封系統中應用等 。

3.1 自力式調節閥在公用氣系統中的應用

圖2自力式調節閥在公用氣系統中的應用

自力式調節閥在公用氣系統中的應用如圖2所示 ,為一個(gè)背壓閥和減壓閥的組合 ,其功能是將公用氣罐出來(lái)的公用氣穩定在一個(gè)范圍內,海上平臺常取500~800 kPaG 。

3.2 自力式調節閥在消防泵出口的應用

為 了維持消防泵出口壓力的穩定 ,給下游消防管網(wǎng)一個(gè)相對穩定的海水供應,在消防泵的出口往往設有自力式壓力調節閥,如圖3所示。

圖3自力式調節閥在消防泵出口的應用

3-3 自力式調節 閥在氮封系統中的應用

使用氮封裝置的目的主要是用于維護儲罐頂部氮氣壓力的恒定 ,以保護罐 內物料不被氧化及儲罐安全 。此應用對自力式調節 閥的調節精度要求相對較高 ,一般需要配置帶有指揮器作用式的自力式調節閥。 自力式調節閥在海洋石油平臺中的應用還有很多,在此不一一贅述。

4 結束語(yǔ)

自力式調節閥無(wú)須外加驅動(dòng)能源、結構簡(jiǎn)單、工程造價(jià)低、使用維護方便 ,在石油行業(yè) 中得到了廣泛應用 ,尤其是在動(dòng)力源配置困難的簡(jiǎn)易井口平臺。對于那些對調節精度要求不高的場(chǎng)合 ,綜合考慮工程造價(jià)、操作維修及運行成本等因素,自力式調節閥實(shí)為一種良好的控制設備。


◆參考文獻

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