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自力式調(diào)節(jié)閥及其應(yīng)用

2009年03月16日 19:29:03人氣:861來(lái)源:上海艾迪爾自控儀表有限公司

摘  要: 介紹了自力式調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作原理、在油田的具體應(yīng)用以及在選型使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。
來(lái) 源: 調(diào)節(jié)閥信息網(wǎng)

     油田的特點(diǎn)是野外作業(yè),原油從油井里被抽出來(lái)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(mǎn)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(mǎn)足這一需求。

      1 自力式調(diào)節(jié)閥特點(diǎn)

     自力式調(diào)節(jié)閥是一種無(wú)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。

     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(wú)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(wú)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 自力式調(diào)節(jié)閥種類(lèi)

     自力式調(diào)節(jié)閥種類(lèi)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。

      3 自力式調(diào)節(jié)閥原理

      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(guò)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(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(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。

      可通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧反作用力的大小來(lái)改變壓力設(shè)定值。流量特性一般為快開(kāi)。

      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(chēng)浮子液面調(diào)節(jié)器,其工作原理如圖2所示,浮球通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)閥的閥桿相連接。通過(guò)浮球和連桿機(jī)構(gòu)的作用,調(diào)整閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)使液位保持在適當(dāng)?shù)母叨壬稀.?dāng)出液量減少,容器內(nèi)液位升高時(shí),說(shuō)明進(jìn)液量大于出液量,浮球隨之升高,并通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)立即將閥門(mén)關(guān)小;反之,當(dāng)液位降低時(shí)浮球通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)將閥門(mén)開(kāi)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zui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 選型使用注意問(wèn)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(méi)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(wú)法象普通控制閥可通過(guò)提高氣源壓力來(lái)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。以上海科力達(dá)自控閥門(mén)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zui高2.0MPa(PN4.0MPa時(shí)),而普通氣動(dòng)控制閥zui高可達(dá)6.4MPa。目前,該公司的自力式壓力調(diào)節(jié)閥zui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(xún)。同樣原因,自力式液位調(diào)節(jié)閥口徑zui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(guò)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(kāi)工后無(wú)法正常工作。國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品樣本未見(jiàn)介質(zhì)允許黏度推薦值。國(guó)外已有廠家推薦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(méi)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(wú)滲漏現(xiàn)象。可以滿(mǎn)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(mǎn)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(lèi)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 自力式調(diào)節(jié)閥計(jì)算

     該計(jì)算同普通控制閥,不再詳述。

      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(guò)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(mǎn)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 結(jié)束語(yǔ)

     自力式調(diào)節(jié)閥無(wú)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。

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