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化工原油長輸管道氣動調節閥技術規范

原油長輸管道主要是將油田或者碼頭的原油輸送至煉化企業，為煉化企業提供煉油原材料。目前，長輸管道大都采用密閉常溫輸送或者密閉加熱輸送工藝，為煉廠提供穩定的原油。對于密閉輸送管道，常采用氣動調節閥來實現管道進出站壓力和管道壓力波的自動調節。常規的氣動調節閥執行機構采用氣開或者氣關的安全保護模式。由于原油管道輸油工藝的特殊性，要求調節閥出現故障時應處于保位狀態。

    1 化工原油長輸管道氣動調節閥技術規范出站壓力調節系統
    原油管道的出站調節系統主要包括調節閥、截止閥、出站壓力流量檢測儀表以及泵入口匯管壓力檢測儀表等。系統中所有檢測參數上傳至站控制系統和調度中心，并在其工作站進行顯示和控制等。調節閥作為調節系統的執行終端，接收調度中心和工作站控制系統的控制命令，實現管道的進出站壓力自動調節，同時參與到全線的水擊超前保護系統中。輸油站場調節閥采用氣動調節閥，并設置獨立的供氣系統為其提供氣源。
　氣動調節閥就是以壓縮氣體為動力源，以氣缸為執行器，并借助于閥門、轉換器、電磁閥、保位閥、儲氣罐、氣體過濾器等附件去驅動閥門，實現開關量或比例式調節，接收工業自動化控制系統的控制信號來完成調節管道介質的：流量、壓力、溫度、液位等各種工藝過程參數。氣動調節閥配置中的諸多附件及功能是什么呢，閥門就此介紹如下：

　　彈簧設定范圍：調節閥(控制閥)執行機構彈簧調整范圍，以平衡實際的過程力。
　　流通能力：在規定條件下通過閥門的額定流量。
　　間隙流：當截流元件沒有座合時低于最小可控流量的那個流量。
　　膜片壓力范圍：膜片壓力范圍高低值之差。這可以認為是一種固有或安裝特性。
　　雙作用執行機構：在任意一個方向上都可以提供動力的執行機構。
　　動態不平衡力：由于過程流體壓力的作用，在任何規定的開度下，在閥芯上產生的凈力。
　　有效面積：在薄膜執行機構里，有效面積是有效地產生輸出力的那部分膜片面積。膜片的有效面積可能會隨著它的運動而改變，通常在行程的開始時為，而在行程的末尾時為最小。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"過程控制術語"："等百分比流量特性"。)
　　失氣-關閉：這樣一種狀態：當驅動能源失去時，閥門截流元件移至關閉位置。
　　失氣-打開：這樣一種狀態：當驅動能源失去時，閥門截流元件移至打開位置。
　　失氣-安全：閥門及其執行機構的一種
　　特性：在驅動能源供應中斷時，會使得閥門截流元件移至全閉、全開、或留在上次的位置，任何一種位置都被認為是保護工藝過程必需的。失效-安全作用方式可能需要采用連接到執行機構上的輔助控制。
　　流量特性：當百分比額定行程從0變化到100%時，流經閥門的流量與百分比額定行程之間的關系。這個術語應該總是表述為固有流量特性或安裝流量特性。
　　流量系數(CV值)：一個與閥門的幾何結構有關的、對于一個給定行程的常數(CV值)，可用來衡量流通能力。它是在每平方英寸1磅的壓力降下，每分鐘流過閥門的60°F水的美國加侖數。
　　高壓力恢復閥門：一種閥門結構，由于流線型的內部輪廓和最小的流體紊流，它會分散相對少的流體能量。因此，在閥門縮流斷面下游的壓力會恢復到入口壓力的一個很高的百分比值。直流通式閥門，如旋轉式球閥是典型的高壓力恢復閥門。
　　固有模片壓力范圍：閥體內壓力為大氣壓時，作用于膜片以產生額定閥芯行程的壓力高和低值。這個范圍通常指的是彈簧設定值范圍，因為當閥門被設定在該工作范圍上時，這個范圍將是閥門的動作范圍。
　　固有流量特性：在經過閥門的壓力降恒定時，隨著閥門從關閉位置運動到額定行程，流量與截流元件行程之間的關系。安裝膜片壓力范圍：在閥體承受規定的工況下，作用于膜片以產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不同于安裝膜片壓力范圍。
　　安裝流量特性：當經過閥門的壓力降受到變化的過程工況影響時，隨著閥門從關閉位置運動到額定行程，流量與截流元件之間的關系。
　　泄漏量：(見"閥座泄漏量"。)線性流量特性：(見"過程控制術語"："線性特性"。)
　　低壓力恢復閥門：一種閥門結構，由于流體通道輪廓產生的紊流，它會分散很大一部分的流體能量。其結果是，在閥門縮流斷面下游的壓力會恢復到比帶有更多流線型通道的閥門更小的一個入口壓力百分比值。盡管每個閥門結構不盡相同，但是普通的直通閥通常有低的壓力恢復能力。
　　修正的拋物線流量特性：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性特性。
　　常關閥：(見"失氣-關閉"。)
　　常開閥：("見失去-打開"。)
　　向下推關閉結構：一種直通式閥門結構，它的截流元件位于執行機構和閥座環之間，這樣執行機構推桿的推出會將截流元件移向閥座環，關閉閥門。該術語也可用于旋轉式閥結構。在旋轉式閥門結構里，執行機構推桿的線性伸出會將球或閥板移向關閉位置。(也稱為正作用。)
　　向下推打開結構：一種直通式閥門結構。它的閥座環位于執行機構和截流元件之間，這樣執行機構推桿的推出會將截流元件從閥座上移開，因此打開閥門。該術語也可用于旋轉式閥門結構。在旋轉式閥門結構里，執行機構推桿的線性伸出會將球或閥板移向打開位置。(也稱為反作用)。
　　快開流量特性：(見"過程控制術語"："快開特性"。)
　　可調比：與的流量特性的偏差不超過規定的限制時，的流量系數(CV值)與最小的流量系數(CV值)之間的比例。當流量增加到100倍最小可控制流量時，一個仍然能夠很好地控制的閥門就有一個100∶1的可調比。可調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(CV值)：額定行程下閥門的流量系數(CV值)。
　　額定行程：閥門截流元件從關閉位置運動至額定全開位置的距離。額定全開位置是由制造商推薦的開度。
　　相對流量系數：行程時的流量系數(CV值)與額定行程時的流量系數(CV值)之間的比例。
　　閥座泄漏量：當閥門在規定的壓差和溫度下處于全閉位置時，流經閥門的流體量。
　　彈簧系數：彈簧長度每單位改變時彈簧力的改變。在薄膜執行機構調節閥(控制閥)里，彈簧系數通常用磅力/英寸壓縮量來表示。
　　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。在一個調節閥(控制閥)里，縮流斷面通常位于實際的物理限制的下游。

    2 化工原油長輸管道氣動調節閥技術規范系統控制原理
    2.1 調節閥控制原理
    氣動調節閥是軸流式活塞型閥門，活塞在閥體內水平運動。活塞通過閥桿控制活塞桿水平運動，實現閥門的開關動作。調節閥采用了帶有電氣定位器的雙作用執行機構，獨立的供氣系統為執行機構提供氣源。電氣定位器將站控制系統提供的4～20mA電流信號轉換為0.02～0.1MPa的標準氣壓信號。氣壓信號控制氣動放大器的進氣或者排氣，氣動放大器與執行機構的氣缸相連。此時，若氣缸下路進氣，則上路排氣，閥桿向上移動，閥門打開；反之，閥桿下移，閥門關閉。閥門到達與控制信號相對應的閥位后，定位器的兩路氣壓輸出達到平衡，氣動放大器不再進氣或排氣，閥門停止移動。執行機構氣缸內氣體變化，從而推動閥桿上下移動，并帶動活塞桿左右移動，使閥門在全行程上移動。調節閥控制原理圖如圖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轉換成氣動信號的儀表。微處理器將給定值與閥門形成的反饋值進行比較，當出現偏差時，微處理器依據偏差的大小和方向輸出一個驅動信號。該驅動信號通過電氣（I/P）轉換器，將電信號轉換成氣動信號，再通過氣動放大器放大，按照位置方向輸出給氣動執行機構。執行機構依據接收的信號A或者信號B進行上下移動，從而使閥門開度在全行程上進行移動。電氣定位器控制原理圖如圖2所示。

化工原油長輸管道氣動調節閥技術規范技術參數及性能：

閥體部分：

化工原油長輸管道氣動調節閥技術規范閥內部件：

表1．可提供的用戶選擇

化工原油長輸管道氣動調節閥技術規范 材料及內部結構

化工原油長輸管道氣動調節閥技術規范注：

1、以上為標準的配置結構，閥座為金屬對金屬，PTFE軟閥座是VI級密封的可選件。還可提供用斯太萊合金涂層的硬化閥內件。針對具體使用溫度，我們有更加合理的螺栓螺母選擇。

2、PTFE V形環閥桿填料是的標準配置也可選用柔性石墨，一個配備石墨填料的加長型閥蓋可用于溫度超過232℃（450華氏溫度）的場合。

3、標準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用場合的合金材料。

    3 化工原油長輸管道氣動調節閥技術規范現有調節閥安全模式
    3.1 方案分析
    氣動調節閥實現了出站壓力的調節控制，電氣定位器能夠使其在全行程上進行移動。執行機構可以連續地做增壓或者減壓的調整，以達到較好的控制效果。但調節閥執行機構存在故障狀態下安全模式選擇的問題。安全模式的選擇首先要保證生產的安全性，其次是生產的連續性。由于長輸管道的特殊性，要求當調節閥出現故障時，調節閥處于保位狀態。
    3.2 保位措施
    調節閥的故障狀態有斷氣、斷電和斷信號三類。
    在斷氣故障狀態，連接到液壓單元的氣壓信號中斷，液壓單元的內部液壓油路被關閉。由于液體是不可以壓縮的，液壓缸內的閥桿無法移動，因此執行機構被鎖定，實現保位功能。由于供氣管線安裝有壓力變送器，當調節閥出現斷氣故障時，站控制系統發出氣源壓力低報警信號，提醒工作人員及時處理并檢查調節閥狀態信息。
    在斷電故障狀態，由于控制系統電源采用在線式不間斷電源（UPS）供電，且后備電池時間為2h，因此調節閥不考慮斷電時的保位措施。 在斷信號故障狀態，無法切斷液壓單元的氣壓信號，因此無法實現保位功能。

    4 化工原油長輸管道氣動調節閥技術規范改造后調節閥安全模式
    針對斷信號故障狀態下無法實現保位功能的問題，對調節閥執行機構進行改造。在電氣定位器和執行機構之間加裝電磁閥，控制室增加信號保護模塊，實現調節閥斷信號保位功能。改造后調節閥控制原理圖所示。
    正常狀態下，電磁閥處于常開狀態。將定位器輸出的信號A和信號B與氣源壓力進行比對，并由氣動放大器將差值信號附加在膜盒的兩側，從而推動閥桿上下動作，使膜盒上下壓力達到平衡。當出站壓力、進泵匯管壓力出現波動時，由調節閥閥桿帶動活塞桿動作，使調節閥處于平衡狀態，確保出站壓力控制在設定值。
    當出現斷信號故障時，信號保護模塊檢測到控制信號中斷，則立刻停止對電磁閥供電，電磁閥掉電自動關閉，切斷液壓單元的氣壓信號，從而使液壓單元的內部液壓油路關閉。

    5 化工原油長輸管道氣動調節閥技術規范安裝調試及應用
    安裝完成后，首先對調節閥原有的開閥、關閥、調節功能進行測試，通過調節參數值，設定其性能，使其與改裝前保持一致，實現調節功能。其次，測試其斷氣保位功能。最后，測試其斷信號保位功能：通過系統軟件屏蔽信號進行測試，此時電磁閥關閉，調節閥停止動作，上位機顯示調節閥開度不變；解除屏蔽后，電磁閥打開，調節閥正常工作。同時，通過解除信號線進行測試，同樣電磁閥關閉，調節閥停止動作，上位機顯示調節閥開度不變；接通信號線后，電磁閥打開，調節閥正常工作。

    6 化工原油長輸管道氣動調節閥技術規范結束語
    本文提出了一套對調節閥增加電磁閥和信號保護模塊的設計方案，實現了調節閥的故障保位功能。目前已完成對輸油站場調節閥的改造，并已成功應用于原油管道進出站調節系統。實際應用證明，對于密閉輸送管道，調節閥的保位功能切實保障了原油的順利輸送，確保下游設備和管道的安全