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輸油管道氮氣泄壓閥
上海申弘閥門有限公司
1、輸油管道泄壓閥概述
之前介紹進口智能電動防爆調(diào)節(jié)閥VTON，現(xiàn)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(tǒng)中，快速跟蹤管路壓力的變化，用于保護輸油管線安全，防止在輸油過程中因意外或閥門緊急關(guān)斷造成管線過壓和紊流，避免因管路系統(tǒng)的水錘壓力或其他異常升壓對管道設(shè)備的破壞。閥門泄放壓力的設(shè)定由氮氣直接控制。閥瓣腔內(nèi)填充輕油，氮氣通過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，延長閥瓣密封件的使用壽命。
輸油管道氮氣泄壓閥閥門為常閉型，采用平衡閥瓣結(jié)構(gòu)，閥瓣兩側(cè)壓力相等時，活塞的預(yù)緊彈簧關(guān)閉閥門。管線壓力等量地傳遞到閥瓣的彈簧側(cè)，如果加載到輕油頂部的氮氣壓力與彈簧力之和大于管線壓力，則閥門關(guān)閉。當(dāng)入口壓力增大，閥瓣底部的管線壓力克服了彈簧力與氮氣壓力之和，使閥瓣上移推動輕油壓縮氮氣，閥門打開泄壓。當(dāng)管線壓力降到低于氮氣壓力設(shè)定點時，氣壓推動閥瓣下移，閥門關(guān)閉并保持關(guān)閉狀態(tài)。
為了防止長輸原油管道因遇突然事故對機、泵、閥等設(shè)備及管道的損環(huán)，以保障安全平穩(wěn)地輸油，在輸油管道上裝設(shè)安全保護裝置是十分必要的。我們根據(jù)液壓系統(tǒng)中的溢流閥原理，參照了輸油管道上引進的高壓閥，設(shè)計出一種新型的應(yīng)用于長輸原油管道上的安全保護裝置——先導(dǎo)式電動高壓閥及氣-液阻尼式電動低壓泄壓閥。
一、輸油管道氮氣泄壓閥高壓閥的結(jié)構(gòu)及其原理
1、結(jié)構(gòu)
高壓泄壓閥(見圖1) 主要由三大部分組成。即主閥體1、液壓缸部分和導(dǎo)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(jié)點壓力表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(dāng)原油經(jīng)由閥的入口流入閥體之后，通過阻尼油管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?qū)чy7 的入口Z 處。此時由于氣源氮氣壓力的作用，導(dǎo)閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)主閥芯的上腔壓力原油充滿之后，其上下腔壓力將達到平衡狀態(tài)，但由于活塞4的設(shè)計面積比密封蓋2 的面積稍大一些，因此，在導(dǎo)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，直到封死主閥口為止，當(dāng)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(dāng)導(dǎo)閥原油壓力超高而開啟時，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，泄壓閥開始泄壓，因此，認(rèn)為適當(dāng)?shù)卣{(diào)定導(dǎo)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，并保持一定的開口量，從而保持管道出站壓力的穩(wěn)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，即在低壓或無壓時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(jié)點壓力表10 的作用是：將其上限位調(diào)至管道泄壓的zui高壓力值，若管道壓力一旦達到此值時，電節(jié)點壓力表將發(fā)出電信號，控制防爆電磁閥使之動作，使導(dǎo)閥開啟，泄壓閥泄壓。當(dāng)管道壓力降低后，電節(jié)點壓力表觸點脫開，電磁閥恢復(fù)原位，導(dǎo)閥關(guān)閉，泄壓閥停止泄壓。
電磁閥的另一個作用是：可在低壓泄壓閥的入口處(即輸油泵的進口) ，安裝一塊防爆電節(jié)點壓力表，其表的下限位調(diào)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，則觸點接通，控制電磁閥動作，高壓泄壓閥泄壓，這樣可以防止入口壓力超低現(xiàn)象的出現(xiàn)。
2、結(jié)構(gòu)
氮氣泄壓閥(圖1)主要由閥體、閥瓣、調(diào)速閥和視鏡等組成。氮氣控制系統(tǒng)(圖2)可為泄壓閥提供充足的氣源和穩(wěn)定的工作壓力。氮氣壓力可根據(jù)用戶要求設(shè)定，并可以通過控制室對其進行監(jiān)控。氮氣瓶采用一個使用一個備用的方式，以方便氣量不足時更換。充氣室需要絕熱或埋地，防止因溫度變化而引起壓力波動。為了防止泄壓閥充氣超壓，在控制系統(tǒng)中設(shè)置有安全閥。
氮氣控制泄壓閥
圖1 泄壓閥結(jié)構(gòu)
氮氣控制泄壓閥
圖2 氮氣控制泄壓系統(tǒng)
充氣室容積隨閥門開度的增大而減小。開閥時泄放壓力設(shè)定點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，首先確定閥門設(shè)定的泄放壓力、閥門全開時閥瓣的置換體積(表1)和允許超壓數(shù)值(一般不超過設(shè)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?cè)莘e，m3
P1——關(guān)閥時閥門的臨界泄放壓力，MPa
P2——開閥時閥門的zui高允許過壓，MPa
VZ——閥門開啟時閥瓣的置換體積，cm3
0.709——氮氣絕熱指數(shù)K=1.41的倒數(shù)
表1 不同口徑閥門閥瓣的置換容積
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(jié)構(gòu)特點
二、低壓泄壓閥的結(jié)構(gòu)及其工作原理
1、結(jié)構(gòu)
低壓泄壓閥(見圖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(jié)流閥10，防爆電節(jié)點壓力表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(dāng)?shù)蛪盒箟洪y安裝完畢之后，投入使用前，將Q 腔按設(shè)計要求充入一定壓力的氮氣，而N腔則需充滿液壓油，將電節(jié)點壓力表的上限位調(diào)至該泄壓閥泄壓的壓力值。此時原油經(jīng)入口流入閥體內(nèi)，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(jié)點壓力表調(diào)定的上限位壓力值時，則電接點壓力表觸點接通，控制電磁閥8，使其動作，放掉Q 腔氮氣壓力。此時入口處的原油將頂起密封蓋，開始泄壓。泄出一定量的原油之后，其壓力逐漸降低，當(dāng)降至電節(jié)點壓力表上限位值以下時，則觸點脫開，電磁閥斷電復(fù)位接通氣罐，氮氣壓力重新又建立起來，通過上、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(jié)流閥的作用為：它可使活塞運動平穩(wěn)，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(jié)流閥，即關(guān)閥時不受節(jié)流控制。電接點壓力表低限位的功用，與高壓泄壓閥的相同。
3.1、閥門
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥閥門泄放壓力的設(shè)定由氮氣直接控制。閥瓣腔內(nèi)填充輕油，氮氣通過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，延長閥瓣密封件的使用壽命。
閥門為常閉型，采用平衡閥瓣結(jié)構(gòu)，閥瓣兩側(cè)壓力相等時，活塞的預(yù)緊彈簧關(guān)閉閥門。管線壓力等量地傳遞到閥瓣的彈簧側(cè)，如果加載到輕油頂部的氮氣壓力與彈簧力之和大于管線壓力，則閥門關(guān)閉。當(dāng)入口壓力增大，閥瓣底部的管線壓力克服了彈簧力與氮氣壓力之和，使閥瓣上移推動輕油壓縮氮氣，閥門打開泄壓。當(dāng)管線壓力降到低于氮氣壓力設(shè)定點時，氣壓推動閥瓣下移，閥門關(guān)閉并保持關(guān)閉狀態(tài)。
3.2、調(diào)速閥
閥門啟閉速度由安裝在缸蓋上的調(diào)速閥控制。開閥速度不受限制，關(guān)閥速度由調(diào)速閥的固定節(jié)流孔控制，從而達到閥門快開緩閉的效果。閥門打開時可以快速泄壓，關(guān)閉時緩慢復(fù)位，防止關(guān)閉速度過快，使閥瓣受到的沖擊力過大造成密封面破壞。
3.3、視鏡
通過視鏡對輕油液位的例行檢查可以掌握閥門的工作狀態(tài)。液位低于下視鏡，說明閥門油罐缺油或輕油泄漏。輕油與下視鏡水平，則閥門關(guān)閉。上下視鏡都能看見輕油，則閥門全開(視鏡為選裝配件)。
4、結(jié)語
氮氣控制泄壓閥具有泄放速度快，泄壓后復(fù)位平穩(wěn)，壓力設(shè)定方便快捷，可自動控制等優(yōu)點。經(jīng)實際使用，工作可靠，效果良好，安全性高。以上對高、低泄壓的結(jié)構(gòu)組成及工作原理作了初步的定性分析。需要補充說明一點兩個閥有一個共同的特點，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(shè)備的安全提供了更大的保險系數(shù)，從經(jīng)濟角度上分析，不論是加工制造的復(fù)雜程度和體積重量及其附件上，都比較簡單。如主閥體用截止閥體稍加改造即可實現(xiàn)。所以閥的經(jīng)濟性比較好，當(dāng)然兩閥是否可用，zui后還要通過實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
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