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化工原油長(zhǎng)輸管道氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)范

原油長(zhǎng)輸管道主要是將油田或者碼頭的原油輸送至煉化企業(yè)，為煉化企業(yè)提供煉油原材料。目前，長(zhǎng)輸管道大都采用密閉常溫輸送或者密閉加熱輸送工藝，為煉廠提供穩(wěn)定的原油。對(duì)于密閉輸送管道，常采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)管道進(jìn)出站壓力和管道壓力波的自動(dòng)調(diào)節(jié)。常規(guī)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣開(kāi)或者氣關(guān)的安全保護(hù)模式。由于原油管道輸油工藝的特殊性，要求調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)處于保位狀態(tài)。

    1 化工原油長(zhǎng)輸管道氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)范出站壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)
    原油管道的出站調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要包括調(diào)節(jié)閥、截止閥、出站壓力流量檢測(cè)儀表以及泵入口匯管壓力檢測(cè)儀表等。系統(tǒng)中所有檢測(cè)參數(shù)上傳至站控制系統(tǒng)和調(diào)度中心，并在其工作站進(jìn)行顯示和控制等。調(diào)節(jié)閥作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行終端，接收調(diào)度中心和工作站控制系統(tǒng)的控制命令，實(shí)現(xiàn)管道的進(jìn)出站壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)參與到全線(xiàn)的水擊超前保護(hù)系統(tǒng)中。輸油站場(chǎng)調(diào)節(jié)閥采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，并設(shè)置獨(dú)立的供氣系統(tǒng)為其提供氣源。
　氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥就是以壓縮氣體為動(dòng)力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助于閥門(mén)、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥、儲(chǔ)氣罐、氣體過(guò)濾器等附件去驅(qū)動(dòng)閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制信號(hào)來(lái)完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的：流量、壓力、溫度、液位等各種工藝過(guò)程參數(shù)。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配置中的諸多附件及功能是什么呢，閥門(mén)就此介紹如下：

　　彈簧設(shè)定范圍：調(diào)節(jié)閥(控制閥)執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧調(diào)整范圍，以平衡實(shí)際的過(guò)程力。
　　流通能力：在規(guī)定條件下通過(guò)閥門(mén)的額定流量。
　　間隙流：當(dāng)截流元件沒(méi)有座合時(shí)低于最小可控流量的那個(gè)流量。
　　膜片壓力范圍：膜片壓力范圍高低值之差。這可以認(rèn)為是一種固有或安裝特性。
　　雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：在任意一個(gè)方向上都可以提供動(dòng)力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
　　動(dòng)態(tài)不平衡力：由于過(guò)程流體壓力的作用，在任何規(guī)定的開(kāi)度下，在閥芯上產(chǎn)生的凈力。
　　有效面積：在薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)里，有效面積是有效地產(chǎn)生輸出力的那部分膜片面積。膜片的有效面積可能會(huì)隨著它的運(yùn)動(dòng)而改變，通常在行程的開(kāi)始時(shí)為，而在行程的末尾時(shí)為最小。模壓膜片比平板膜片有較小的有效面積改變，因此推薦使用模壓膜片。
　　等百分比流量特性：(見(jiàn)"過(guò)程控制術(shù)語(yǔ)"："等百分比流量特性"。)
　　失氣-關(guān)閉：這樣一種狀態(tài)：當(dāng)驅(qū)動(dòng)能源失去時(shí)，閥門(mén)截流元件移至關(guān)閉位置。
　　失氣-打開(kāi)：這樣一種狀態(tài)：當(dāng)驅(qū)動(dòng)能源失去時(shí)，閥門(mén)截流元件移至打開(kāi)位置。
　　失氣-安全：閥門(mén)及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一種
　　特性：在驅(qū)動(dòng)能源供應(yīng)中斷時(shí)，會(huì)使得閥門(mén)截流元件移至全閉、全開(kāi)、或留在上次的位置，任何一種位置都被認(rèn)為是保護(hù)工藝過(guò)程必需的。失效-安全作用方式可能需要采用連接到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的輔助控制。
　　流量特性：當(dāng)百分比額定行程從0變化到100%時(shí)，流經(jīng)閥門(mén)的流量與百分比額定行程之間的關(guān)系。這個(gè)術(shù)語(yǔ)應(yīng)該總是表述為固有流量特性或安裝流量特性。
　　流量系數(shù)(CV值)：一個(gè)與閥門(mén)的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)的、對(duì)于一個(gè)給定行程的常數(shù)(CV值)，可用來(lái)衡量流通能力。它是在每平方英寸1磅的壓力降下，每分鐘流過(guò)閥門(mén)的60°F水的美國(guó)加侖數(shù)。
　　高壓力恢復(fù)閥門(mén)：一種閥門(mén)結(jié)構(gòu)，由于流線(xiàn)型的內(nèi)部輪廓和最小的流體紊流，它會(huì)分散相對(duì)少的流體能量。因此，在閥門(mén)縮流斷面下游的壓力會(huì)恢復(fù)到入口壓力的一個(gè)很高的百分比值。直流通式閥門(mén)，如旋轉(zhuǎn)式球閥是典型的高壓力恢復(fù)閥門(mén)。
　　固有模片壓力范圍：閥體內(nèi)壓力為大氣壓時(shí)，作用于膜片以產(chǎn)生額定閥芯行程的壓力高和低值。這個(gè)范圍通常指的是彈簧設(shè)定值范圍，因?yàn)楫?dāng)閥門(mén)被設(shè)定在該工作范圍上時(shí)，這個(gè)范圍將是閥門(mén)的動(dòng)作范圍。
　　固有流量特性：在經(jīng)過(guò)閥門(mén)的壓力降恒定時(shí)，隨著閥門(mén)從關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)到額定行程，流量與截流元件行程之間的關(guān)系。安裝膜片壓力范圍：在閥體承受規(guī)定的工況下，作用于膜片以產(chǎn)生額定閥芯行程的壓力高和低值。由于作用在截流元件上的力，固有膜片壓力范圍可能會(huì)不同于安裝膜片壓力范圍。
　　安裝流量特性：當(dāng)經(jīng)過(guò)閥門(mén)的壓力降受到變化的過(guò)程工況影響時(shí)，隨著閥門(mén)從關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)到額定行程，流量與截流元件之間的關(guān)系。
　　泄漏量：(見(jiàn)"閥座泄漏量"。)線(xiàn)性流量特性：(見(jiàn)"過(guò)程控制術(shù)語(yǔ)"："線(xiàn)性特性"。)
　　低壓力恢復(fù)閥門(mén)：一種閥門(mén)結(jié)構(gòu)，由于流體通道輪廓產(chǎn)生的紊流，它會(huì)分散很大一部分的流體能量。其結(jié)果是，在閥門(mén)縮流斷面下游的壓力會(huì)恢復(fù)到比帶有更多流線(xiàn)型通道的閥門(mén)更小的一個(gè)入口壓力百分比值。盡管每個(gè)閥門(mén)結(jié)構(gòu)不盡相同，但是普通的直通閥通常有低的壓力恢復(fù)能力。
　　修正的拋物線(xiàn)流量特性：一種流量特性，它在截流元件的低位行程處提供等百分比的特性，而在截流元件的高位行程處提供線(xiàn)性特性。
　　常關(guān)閥：(見(jiàn)"失氣-關(guān)閉"。)
　　常開(kāi)閥：("見(jiàn)失去-打開(kāi)"。)
　　向下推關(guān)閉結(jié)構(gòu)：一種直通式閥門(mén)結(jié)構(gòu)，它的截流元件位于執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥座環(huán)之間，這樣執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿的推出會(huì)將截流元件移向閥座環(huán)，關(guān)閉閥門(mén)。該術(shù)語(yǔ)也可用于旋轉(zhuǎn)式閥結(jié)構(gòu)。在旋轉(zhuǎn)式閥門(mén)結(jié)構(gòu)里，執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿的線(xiàn)性伸出會(huì)將球或閥板移向關(guān)閉位置。(也稱(chēng)為正作用。)
　　向下推打開(kāi)結(jié)構(gòu)：一種直通式閥門(mén)結(jié)構(gòu)。它的閥座環(huán)位于執(zhí)行機(jī)構(gòu)和截流元件之間，這樣執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿的推出會(huì)將截流元件從閥座上移開(kāi)，因此打開(kāi)閥門(mén)。該術(shù)語(yǔ)也可用于旋轉(zhuǎn)式閥門(mén)結(jié)構(gòu)。在旋轉(zhuǎn)式閥門(mén)結(jié)構(gòu)里，執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿的線(xiàn)性伸出會(huì)將球或閥板移向打開(kāi)位置。(也稱(chēng)為反作用)。
　　快開(kāi)流量特性：(見(jiàn)"過(guò)程控制術(shù)語(yǔ)"："快開(kāi)特性"。)
　　可調(diào)比：與的流量特性的偏差不超過(guò)規(guī)定的限制時(shí)，的流量系數(shù)(CV值)與最小的流量系數(shù)(CV值)之間的比例。當(dāng)流量增加到100倍最小可控制流量時(shí)，一個(gè)仍然能夠很好地控制的閥門(mén)就有一個(gè)100∶1的可調(diào)比?？烧{(diào)比也可表示為與最小可控制流量之間的比例。
　　額定流量系數(shù)(CV值)：額定行程下閥門(mén)的流量系數(shù)(CV值)。
　　額定行程：閥門(mén)截流元件從關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)至額定全開(kāi)位置的距離。額定全開(kāi)位置是由制造商推薦的開(kāi)度。
　　相對(duì)流量系數(shù)：行程時(shí)的流量系數(shù)(CV值)與額定行程時(shí)的流量系數(shù)(CV值)之間的比例。
　　閥座泄漏量：當(dāng)閥門(mén)在規(guī)定的壓差和溫度下處于全閉位置時(shí)，流經(jīng)閥門(mén)的流體量。
　　彈簧系數(shù)：彈簧長(zhǎng)度每單位改變時(shí)彈簧力的改變。在薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥(控制閥)里，彈簧系數(shù)通常用磅力/英寸壓縮量來(lái)表示。
　　閥桿不平衡力：由于流體壓力的作用，在任意位置的閥桿上產(chǎn)生的凈力。
　　縮流斷面：流速、流體靜壓和截面積最小處的那部分流束。在一個(gè)調(diào)節(jié)閥(控制閥)里，縮流斷面通常位于實(shí)際的物理限制的下游。

    2 化工原油長(zhǎng)輸管道氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)范系統(tǒng)控制原理
    2.1 調(diào)節(jié)閥控制原理
    氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是軸流式活塞型閥門(mén)，活塞在閥體內(nèi)水平運(yùn)動(dòng)?；钊ㄟ^(guò)閥桿控制活塞桿水平運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。調(diào)節(jié)閥采用了帶有電氣定位器的雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，獨(dú)立的供氣系統(tǒng)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供氣源。電氣定位器將站控制系統(tǒng)提供的4～20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為0.02～0.1MPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。氣壓信號(hào)控制氣動(dòng)放大器的進(jìn)氣或者排氣，氣動(dòng)放大器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣缸相連。此時(shí)，若氣缸下路進(jìn)氣，則上路排氣，閥桿向上移動(dòng)，閥門(mén)打開(kāi)；反之，閥桿下移，閥門(mén)關(guān)閉。閥門(mén)到達(dá)與控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)的閥位后，定位器的兩路氣壓輸出達(dá)到平衡，氣動(dòng)放大器不再進(jìn)氣或排氣，閥門(mén)停止移動(dòng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸內(nèi)氣體變化，從而推動(dòng)閥桿上下移動(dòng)，并帶動(dòng)活塞桿左右移動(dòng)，使閥門(mén)在全行程上移動(dòng)。調(diào)節(jié)閥控制原理圖如圖1所示。
    2.2 電氣定位器控制原理
    電氣定位器是基于微處理器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號(hào)的儀表。微處理器將給定值與閥門(mén)形成的反饋值進(jìn)行比較，當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)，微處理器依據(jù)偏差的大小和方向輸出一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)電氣（I/P）轉(zhuǎn)換器，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號(hào)，再通過(guò)氣動(dòng)放大器放大，按照位置方向輸出給氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)依據(jù)接收的信號(hào)A或者信號(hào)B進(jìn)行上下移動(dòng)，從而使閥門(mén)開(kāi)度在全行程上進(jìn)行移動(dòng)。電氣定位器控制原理圖如圖2所示。

化工原油長(zhǎng)輸管道氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)范技術(shù)參數(shù)及性能：

閥體部分：

化工原油長(zhǎng)輸管道氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)范閥內(nèi)部件：

表1．可提供的用戶(hù)選擇

化工原油長(zhǎng)輸管道氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)范 材料及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

化工原油長(zhǎng)輸管道氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)范注：

1、以上為標(biāo)準(zhǔn)的配置結(jié)構(gòu)，閥座為金屬對(duì)金屬，PTFE軟閥座是VI級(jí)密封的可選件。還可提供用斯太萊合金涂層的硬化閥內(nèi)件。針對(duì)具體使用溫度，我們有更加合理的螺栓螺母選擇。

2、PTFE V形環(huán)閥桿填料是的標(biāo)準(zhǔn)配置也可選用柔性石墨，一個(gè)配備石墨填料的加長(zhǎng)型閥蓋可用于溫度超過(guò)232℃（450華氏溫度）的場(chǎng)合。

3、標(biāo)準(zhǔn)的閥體材料是碳鋼和不銹鋼，還可以提供多種用于高腐蝕性應(yīng)用場(chǎng)合的合金材料。

    3 化工原油長(zhǎng)輸管道氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)范現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥安全模式
    3.1 方案分析
    氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)了出站壓力的調(diào)節(jié)控制，電氣定位器能夠使其在全行程上進(jìn)行移動(dòng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以連續(xù)地做增壓或者減壓的調(diào)整，以達(dá)到較好的控制效果。但調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在故障狀態(tài)下安全模式選擇的問(wèn)題。安全模式的選擇首先要保證生產(chǎn)的安全性，其次是生產(chǎn)的連續(xù)性。由于長(zhǎng)輸管道的特殊性，要求當(dāng)調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障時(shí)，調(diào)節(jié)閥處于保位狀態(tài)。
    3.2 保位措施
    調(diào)節(jié)閥的故障狀態(tài)有斷氣、斷電和斷信號(hào)三類(lèi)。
    在斷氣故障狀態(tài)，連接到液壓?jiǎn)卧臍鈮盒盘?hào)中斷，液壓?jiǎn)卧膬?nèi)部液壓油路被關(guān)閉。由于液體是不可以壓縮的，液壓缸內(nèi)的閥桿無(wú)法移動(dòng)，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)被鎖定，實(shí)現(xiàn)保位功能。由于供氣管線(xiàn)安裝有壓力變送器，當(dāng)調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)斷氣故障時(shí)，站控制系統(tǒng)發(fā)出氣源壓力低報(bào)警信號(hào)，提醒工作人員及時(shí)處理并檢查調(diào)節(jié)閥狀態(tài)信息。
    在斷電故障狀態(tài)，由于控制系統(tǒng)電源采用在線(xiàn)式不間斷電源（UPS）供電，且后備電池時(shí)間為2h，因此調(diào)節(jié)閥不考慮斷電時(shí)的保位措施。 在斷信號(hào)故障狀態(tài)，無(wú)法切斷液壓?jiǎn)卧臍鈮盒盘?hào)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)保位功能。

    4 化工原油長(zhǎng)輸管道氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)范改造后調(diào)節(jié)閥安全模式
    針對(duì)斷信號(hào)故障狀態(tài)下無(wú)法實(shí)現(xiàn)保位功能的問(wèn)題，對(duì)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造。在電氣定位器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間加裝電磁閥，控制室增加信號(hào)保護(hù)模塊，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥斷信號(hào)保位功能。改造后調(diào)節(jié)閥控制原理圖所示。
    正常狀態(tài)下，電磁閥處于常開(kāi)狀態(tài)。將定位器輸出的信號(hào)A和信號(hào)B與氣源壓力進(jìn)行比對(duì)，并由氣動(dòng)放大器將差值信號(hào)附加在膜盒的兩側(cè)，從而推動(dòng)閥桿上下動(dòng)作，使膜盒上下壓力達(dá)到平衡。當(dāng)出站壓力、進(jìn)泵匯管壓力出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，由調(diào)節(jié)閥閥桿帶動(dòng)活塞桿動(dòng)作，使調(diào)節(jié)閥處于平衡狀態(tài)，確保出站壓力控制在設(shè)定值。
    當(dāng)出現(xiàn)斷信號(hào)故障時(shí)，信號(hào)保護(hù)模塊檢測(cè)到控制信號(hào)中斷，則立刻停止對(duì)電磁閥供電，電磁閥掉電自動(dòng)關(guān)閉，切斷液壓?jiǎn)卧臍鈮盒盘?hào)，從而使液壓?jiǎn)卧膬?nèi)部液壓油路關(guān)閉。

    5 化工原油長(zhǎng)輸管道氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)范安裝調(diào)試及應(yīng)用
    安裝完成后，首先對(duì)調(diào)節(jié)閥原有的開(kāi)閥、關(guān)閥、調(diào)節(jié)功能進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)值，設(shè)定其性能，使其與改裝前保持一致，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。其次，測(cè)試其斷氣保位功能。最后，測(cè)試其斷信號(hào)保位功能：通過(guò)系統(tǒng)軟件屏蔽信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，此時(shí)電磁閥關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥停止動(dòng)作，上位機(jī)顯示調(diào)節(jié)閥開(kāi)度不變；解除屏蔽后，電磁閥打開(kāi)，調(diào)節(jié)閥正常工作。同時(shí)，通過(guò)解除信號(hào)線(xiàn)進(jìn)行測(cè)試，同樣電磁閥關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥停止動(dòng)作，上位機(jī)顯示調(diào)節(jié)閥開(kāi)度不變；接通信號(hào)線(xiàn)后，電磁閥打開(kāi)，調(diào)節(jié)閥正常工作。

    6 化工原油長(zhǎng)輸管道氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)規(guī)范結(jié)束語(yǔ)
    本文提出了一套對(duì)調(diào)節(jié)閥增加電磁閥和信號(hào)保護(hù)模塊的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)閥的故障保位功能。目前已完成對(duì)輸油站場(chǎng)調(diào)節(jié)閥的改造，并已成功應(yīng)用于原油管道進(jìn)出站調(diào)節(jié)系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用證明，對(duì)于密閉輸送管道，調(diào)節(jié)閥的保位功能切實(shí)保障了原油的順利輸送，確保下游設(shè)備和管道的安全