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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節閥VTON，現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系統中，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斷造成管線過壓和紊流，避免因管路系統的水錘壓力或其他異常升壓對管道設備的破壞。閥門泄放壓力的設定由氮氣直接控制。閥瓣腔內填充輕油，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，采用平衡閥瓣結構，閥瓣兩側壓力相等時，活塞的預緊彈簧關閉閥門。管線壓力等量地傳遞到閥瓣的彈簧側，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，則閥門關閉。當入口壓力增大，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。當管線壓力降到低于氮氣壓力設定點時，氣壓推動閥瓣下移，閥門關閉并保持關閉狀態。
為了防止長輸原油管道因遇突然事故對機、泵、閥等設備及管道的損環，以保障安全平穩地輸油，在輸油管道上裝設安全保護裝置是十分必要的。我們根據液壓系統中的溢流閥原理，參照了輸油管道上引進的高壓閥，設計出一種新型的應用于長輸原油管道上的安全保護裝置——先導式電動高壓閥及氣-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構及其原理
1、結構
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，當原油經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，同也流向導閥7 的入口Z 處。此時由于氣源氮氣壓力的作用，導閥處于關閉狀態。當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，但由于活塞4的設計面積比密封蓋2 的面積稍大一些，因此，在導閥處于關閉的條件下，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。當導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，認為適當地調定導閥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閉，因而彈簧剛度可大為減小。防爆電節點壓力表10 的作用是：將其上限位調至管道泄壓的zui高壓力值，若管道壓力一旦達到此值時，電節點壓力表將發出電信號，控制防爆電磁閥使之動作，使導閥開啟，泄壓閥泄壓。當管道壓力降低后，電節點壓力表觸點脫開，電磁閥恢復原位，導閥關閉，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) ，安裝一塊防爆電節點壓力表，其表的下限位調至泵入口壓力的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象的出現。
2、結構
氮氣泄壓閥(圖1)主要由閥體、閥瓣、調速閥和視鏡等組成。氮氣控制系統(圖2)可為泄壓閥提供充足的氣源和穩定的工作壓力。氮氣壓力可根據用戶要求設定，并可以通過控制室對其進行監控。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，在控制系統中設置有安全閥。
氮氣控制泄壓閥
圖1 泄壓閥結構
氮氣控制泄壓閥
圖2 氮氣控制泄壓系統
充氣室容積隨閥門開度的增大而減小。開閥時泄放壓力設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)和允許超壓數值(一般不超過設定值的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——氮氣罐的總容積，m3
P1——關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K=1.41的倒數
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、工作原理及結構特點
二、低壓泄壓閥的結構及其工作原理
1、結構
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流閥10，防爆電節點壓力表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
當低壓泄壓閥安裝完畢之后，投入使用前，將Q 腔按設計要求充入一定壓力的氮氣，而N腔則需充滿液壓油，將電節點壓力表的上限位調至該泄壓閥泄壓的壓力值。此時原油經入口流入閥體內，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點壓力表調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，當降至電節點壓力表上限位值以下時，則觸點脫開，電磁閥斷電復位接通氣罐，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。
單向節流閥的作用為：它可使活塞運動平穩，減少沖擊及噪聲。為了使得該泄壓閥能夠迅速關閉，所以采用了單向節流閥，即關閥時不受節流控制。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定由氮氣直接控制。閥瓣腔內填充輕油，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，采用平衡閥瓣結構，閥瓣兩側壓力相等時，活塞的預緊彈簧關閉閥門。管線壓力等量地傳遞到閥瓣的彈簧側，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，則閥門關閉。當入口壓力增大，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。當管線壓力降到低于氮氣壓力設定點時，氣壓推動閥瓣下移，閥門關閉并保持關閉狀態。
3.2、調速閥
閥門啟閉速度由安裝在缸蓋上的調速閥控制。開閥速度不受限制，關閥速度由調速閥的固定節流孔控制，從而達到閥門快開緩閉的效果。閥門打開時可以快速泄壓，關閉時緩慢復位，防止關閉速度過快，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。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、結語
氮氣控制泄壓閥具有泄放速度快，泄壓后復位平穩，壓力設定方便快捷，可自動控制等優點。經實際使用，工作可靠，效果良好，安全性高。以上對高、低泄壓的結構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備的安全提供了更大的保險系數，從經濟角度上分析，不論是加工制造的復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。所以閥的經濟性比較好，當然兩閥是否可用，zui后還要通過實際檢驗證明其各種性能及其效果。與本文相關的論文：卡套減壓閥在能源化工研究院
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