榆林配氣站流量調(diào)節(jié)閥改造及效果評(píng)價(jià)

姚 政，張衍梅，田 建，魏 霞，孫玉強(qiáng)，李 峰，高 波，侯曉云

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

1 研究背景

榆林配氣站主要負(fù)責(zé)蘇里格第二處理廠和第四處理廠來(lái)氣的轉(zhuǎn)接、計(jì)量和外輸任務(wù)。其中蘇里格第二處理廠來(lái)氣共計(jì)9 路計(jì)量，并通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)對(duì)氣量的控制。改造前只有2 路計(jì)量的流量調(diào)節(jié)閥作用方式是故障開(kāi)，其余7 路流量調(diào)節(jié)閥的作用方式均為故障關(guān)。流量調(diào)節(jié)閥的故障關(guān)斷將直接影響榆林配氣站正常轉(zhuǎn)輸天然氣任務(wù)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成上游系統(tǒng)超壓導(dǎo)致大面積關(guān)井事故。為了保證天然氣正常轉(zhuǎn)輸，需要對(duì)故障關(guān)的流量調(diào)節(jié)閥的作用方式改造為故障開(kāi)，繼而提升榆林配氣站數(shù)字化控制系統(tǒng)的可靠性。因此本次改造的主要方向是改變流量調(diào)節(jié)閥的作用方式，滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求，同時(shí)對(duì)改造效果做出評(píng)價(jià)。如何能夠在不破壞流量調(diào)節(jié)閥功能完整性和可靠性的前提條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)閥的作用方式的改造是此次創(chuàng)新的關(guān)鍵之處[1，2]。

2 改造思路及方案實(shí)施

2.1 流量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1.1 流量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu) 榆林配氣站計(jì)量管線流量調(diào)節(jié)閥采用的是薩姆森VETEC 旋轉(zhuǎn)旋塞閥，同時(shí)加裝R 型氣動(dòng)執(zhí)行器（見(jiàn)圖1）。該閥的主要特點(diǎn)是自由通道，無(wú)死角，高壓蓋螺母，高壓差控制，緊湊型設(shè)計(jì)和非常好的控制性能。同時(shí)R 型執(zhí)行器配有滾動(dòng)隔膜和內(nèi)部復(fù)位彈簧，可移動(dòng)安裝的活塞桿直接連接到閥軸的杠桿上。由于活塞桿的行程非常長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)高扭矩和非常精細(xì)的控制。特殊設(shè)計(jì)允許使用不同的旋轉(zhuǎn)角度，可實(shí)現(xiàn)流量由小至最大的精確調(diào)節(jié)。

2.1.2 流量調(diào)節(jié)閥的工作原理 VETEC 流量調(diào)節(jié)閥的工作原理與普通氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的基本一致，閥由開(kāi)到關(guān)的動(dòng)作過(guò)程是，當(dāng)控制系統(tǒng)輸出開(kāi)命令，指揮器接到命令后，打開(kāi)氣源控制閥，壓縮空氣進(jìn)入氣缸后，推動(dòng)活塞，繼而帶動(dòng)閥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，直至將閥打開(kāi)，此時(shí)彈簧處于完全壓縮狀態(tài)。同時(shí)可以根據(jù)控制系統(tǒng)輸出的電流大小的不同，控制閥的開(kāi)度，可實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)；閥由關(guān)到開(kāi)的動(dòng)作過(guò)程是，當(dāng)控制系統(tǒng)給出關(guān)命令，指揮器接到命令后，關(guān)閉氣源進(jìn)氣閥，同時(shí)打開(kāi)氣缸排氣閥，此時(shí)彈簧開(kāi)始復(fù)位，活塞桿帶動(dòng)閥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，直至閥門(mén)關(guān)閉。

圖1 VETEC 流量調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)圖

圖2 調(diào)整執(zhí)行器示意圖

2.2 改造思路

2.2.1 方案的提出 通過(guò)對(duì)VETEC 調(diào)節(jié)閥的基本結(jié)構(gòu)及工作原理的深入研究后，初步設(shè)想兩套方案。方案一，給執(zhí)行器加裝額外的旋轉(zhuǎn)限制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)故障關(guān)閉的限制，即當(dāng)控制系統(tǒng)命令丟失或者非正常停電，無(wú)法給指揮器輸出命令時(shí)，彈簧將要復(fù)位帶動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉，但是旋轉(zhuǎn)限制機(jī)構(gòu)將阻止彈簧的復(fù)位，閥門(mén)將保持在開(kāi)狀態(tài)；方案二，調(diào)整執(zhí)行器的安裝位置（見(jiàn)圖2），改變?cè){(diào)節(jié)閥的作用方式，即，將故障關(guān)改造為故障開(kāi)，控制系統(tǒng)程序改變?yōu)榉聪蜉敵?。?dāng)指揮器打開(kāi)氣源控制閥，氣缸進(jìn)氣，帶動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉。當(dāng)指揮器關(guān)閉氣源閥時(shí)，氣缸排氣，帶動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉。

2.2.2 方案的可行性研究 從方案實(shí)施的困難性，安全性，可靠性，經(jīng)濟(jì)性等多方位對(duì)提出的兩套方案進(jìn)行可行性研究。對(duì)于方案一，雖然實(shí)現(xiàn)了閥門(mén)故障無(wú)法關(guān)閉，提高了工藝運(yùn)行的安全性，但是也破壞了原調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)的功能。當(dāng)閥門(mén)被旋轉(zhuǎn)限制機(jī)構(gòu)限位后，指揮器無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)的控制，閥位將會(huì)保持不動(dòng)，如果需要進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，還需要人工去旋轉(zhuǎn)手輪，增加了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，且無(wú)法緊急關(guān)斷調(diào)節(jié)閥；對(duì)于方案二，需要調(diào)整執(zhí)行器的位置，并更改控制系統(tǒng)程序即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥由故障開(kāi)變?yōu)楣收详P(guān)。此改造過(guò)程，既保證了流量調(diào)節(jié)閥功能的完整性，又實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的。將兩套方案對(duì)比可知（見(jiàn)表1），方案二具有更高的可行性，因此本次技術(shù)創(chuàng)新采用方案二。

2.3 方案的實(shí)施

經(jīng)科學(xué)論證確定了此次創(chuàng)新方案后，嚴(yán)格按照方案要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。具體步驟為：

（1）斷開(kāi)壓縮空氣連接；

（2）從定位器上取下凸輪板；

（3）擰下螺絲，脫開(kāi)執(zhí)行器臂和框架；

（4）從框架上取下執(zhí)行器并安裝在框架的另一邊，取下密封套夾，將套夾向相反方向移動(dòng)，并松開(kāi)鎖緊螺帽，以便擰上框架；

（5）將壓縮空氣送入執(zhí)行器使執(zhí)行器桿到達(dá)最大行程；

（6）在臂和框架上插入螺栓并用保持銷釘鎖住；

（7）將執(zhí)行器中的壓縮空氣放掉；

（8）鎖住防松螺帽，將波紋管推到框架上用密封套夾緊固；

（9）將凸輪放入并安裝定位器；

（10）重新連接新的壓縮空氣管；

（11）調(diào)整定位器。

3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

通過(guò)本次改造，實(shí)現(xiàn)了蘇里格第二處理廠來(lái)氣全部計(jì)量管線流量調(diào)節(jié)閥故障開(kāi)的作用方式，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)行良好。通過(guò)以下幾方面來(lái)闡述流量調(diào)節(jié)閥閥位改造的應(yīng)用效果。

（1）實(shí)施方法簡(jiǎn)單。只調(diào)整執(zhí)行器，控制系統(tǒng)反向輸出就實(shí)現(xiàn)最終目的。

（2）提升安全可靠性。改造后大幅度提升了原閥的安全可靠性，不再出現(xiàn)閥門(mén)的非正常關(guān)斷。

表1 方案可行性對(duì)比表

（3）經(jīng)濟(jì)性較高。實(shí)施過(guò)程以及最終效益都具有很高的經(jīng)濟(jì)性，不需要耗費(fèi)任何資金就可以實(shí)現(xiàn)此次改造。

（4）保證功能完整性。本次改造未破壞原閥的功能，自改造后，該流量調(diào)節(jié)閥功能沒(méi)有受到任何影響，運(yùn)行流暢。

4 總結(jié)

目前大部分采氣廠都采用VETEC 流量調(diào)節(jié)閥，而且多數(shù)閥的作用方式是故障關(guān)。所以，本次創(chuàng)新技術(shù)在采氣單位有很高的推廣性，將會(huì)大幅度提高各采氣單位天然氣外輸站的運(yùn)行安全性，同時(shí)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。