淺析海上采油平臺(tái)調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用及安裝方式

何小濤

摘要：調(diào)節(jié)閥又名控制閥，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。在工業(yè)自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域中，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號(hào)，借助動(dòng)力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的最終控制元件。在海洋油氣生產(chǎn)中，調(diào)節(jié)閥是過程控制中最常用的終端控制元件。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，調(diào)節(jié)閥直接控制工藝介質(zhì)，尤其是高溫、高壓、低溫、強(qiáng)腐蝕、易燃、易爆、易滲透、劇毒以及高粘度、易結(jié)晶等介質(zhì)情況下，若選擇或使用不當(dāng)，往往會(huì)給生產(chǎn)過程自動(dòng)化帶來困難，導(dǎo)致調(diào)節(jié)質(zhì)量下降，甚至?xí)斐蓢?yán)重的生產(chǎn)事故。因此，對(duì)調(diào)節(jié)閥的正確選用、安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)都必須要十分重視。

關(guān)鍵詞：海上采油平臺(tái);調(diào)節(jié)閥;安裝方式

引言

在海洋石油工程工藝設(shè)計(jì)中，自控設(shè)計(jì)人員必須對(duì)各種調(diào)節(jié)閥要十分了解，調(diào)節(jié)閥通過變化自身開度來實(shí)現(xiàn)通斷管路系統(tǒng)及控制流量大小，它是工藝管線系統(tǒng)的重要部件，其流量特性將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的效率和安全產(chǎn)生直接的影響。由于閥門對(duì)流體有阻止作用，不同的開度會(huì)致閥門內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)變化，從而使能量損失。同時(shí)會(huì)有劇烈的沖擊與振動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致閥體變形與疲勞破壞，會(huì)影響控制和調(diào)節(jié)的精度，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)工作失靈。因此，研究調(diào)節(jié)閥流量特性以及對(duì)調(diào)節(jié)閥的相應(yīng)測(cè)試和正確合適的安裝使用對(duì)于提高整個(gè)工藝控制系統(tǒng)的效率與安全性具有較高的實(shí)際價(jià)值。

1調(diào)節(jié)閥的流量特性

調(diào)節(jié)閥流量特性分固有特性和工作特性兩種。固有特性又稱調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性，是由生產(chǎn)廠制造時(shí)決定的。調(diào)節(jié)閥在管路中工作，管路系統(tǒng)阻力分配情況隨流量變化，調(diào)節(jié)閥的前后差壓也發(fā)生變化，這樣就產(chǎn)生了調(diào)節(jié)閥的工作特性。調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性一般有四種：直線結(jié)構(gòu)特性、等百分比結(jié)構(gòu)特性、快開結(jié)構(gòu)特性以及拋物線結(jié)構(gòu)特性

通過分析閥門基本特性，得到了流量系數(shù)變化規(guī)律對(duì)瞬變過程的影響，它會(huì)直接影響管路中產(chǎn)生的最大水擊壓力，相似的工況下流量系數(shù)變化較平緩，所產(chǎn)生的水擊壓力較小。利用仿真軟件對(duì)節(jié)流閥流場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析，得知要得到穩(wěn)定小流量，需要開度合適，不能太小，壓差不能太大。將節(jié)流孔改為左右布置，使節(jié)流口的雜質(zhì)沉積減少，對(duì)最小穩(wěn)定流量的研究作出了貢獻(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)和壓力流量關(guān)系理論，調(diào)流閥的過流特性曲線簇，由曲線圖可見存在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，當(dāng)開度大于轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后，與流量的關(guān)系可以看作線性關(guān)系。這一結(jié)論可以在工藝控制系統(tǒng)中指導(dǎo)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)流量。調(diào)節(jié)閥的理想流量曲線為下凹形，可以減小管道中的壓力，有效抑制管路中產(chǎn)生負(fù)壓。研究發(fā)現(xiàn)閥門開度減小到一定角度時(shí)，附近會(huì)出現(xiàn)漩渦，漩渦每次形成的位置基本上都不相同，閥門開度越大，管路中能量損失越大。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇問題，實(shí)際上就是如何選擇直線型和對(duì)數(shù)型流量特性的問題。應(yīng)首先根據(jù)工藝過程情況確定工作特性，然后根據(jù)工作特性和管路系統(tǒng)的配置等情況選擇合適的調(diào)節(jié)閥理想流量特性。因此選擇調(diào)節(jié)閥特性，則指的是如何選擇直線和等百分比特性。在設(shè)計(jì)選用中主要依據(jù)以下兩個(gè)原則：（1）從控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)出發(fā)，選擇閥的工作特性。

理想的控制回路，希望它的總放大系數(shù)在控制系統(tǒng)的整個(gè)操作范圍內(nèi)保持不變，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中控制對(duì)象的特性往往是非線性的，它的放大系數(shù)要隨其外部條件而變化。因此，適當(dāng)選擇調(diào)節(jié)閥特性，以調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)變化來補(bǔ)償對(duì)象放大系數(shù)的變化，可將系統(tǒng)的總放大系數(shù)整定不變，從而保證控制質(zhì)量在整個(gè)操作范圍內(nèi)保持一定。若控制對(duì)象為線性時(shí)，調(diào)節(jié)閥可以采用直線工作特性。但許多的控制對(duì)象，其放大系數(shù)隨負(fù)荷加大而趨小，假如我們選用放大系數(shù)隨負(fù)荷加大而趨大的調(diào)節(jié)閥，正好補(bǔ)償。等百分比特性閥具有這種性能，因此它得到廣泛應(yīng)用。（2）從配管情況出發(fā)，根據(jù)調(diào)節(jié)閥的希望工作特性選擇閥的結(jié)構(gòu)特性。

2調(diào)節(jié)閥常見問題

調(diào)節(jié)閥泄露問題是生產(chǎn)運(yùn)行中經(jīng)常碰到的現(xiàn)象。某采油平臺(tái)使用的一種調(diào)節(jié)閥為法國(guó)FISHER公司生產(chǎn)的667-EWD-80型的線性氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，側(cè)面可以安裝側(cè)裝手輪，必要時(shí)可進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。在運(yùn)行期間，該閥門長(zhǎng)期存在填料壓蓋處輕微泄漏的問題。按照廠家設(shè)備運(yùn)行及維修手冊(cè)要求，該閥門填料泄漏率<1×10-6Pa·m3/s，即需要達(dá)到無可視泄漏。填料泄漏造成的流體介質(zhì)流失不僅影響系統(tǒng)運(yùn)行的壓力，資源的浪費(fèi)，而且如果長(zhǎng)期下去，閥桿及填料函不斷地被沖蝕，光潔度就會(huì)越來越差，泄漏也就越來越大。更重要的是泄漏出來的高溫介質(zhì)，會(huì)造成該閥門填料函上部的定位器各部件溫度升高，影響定位器性能，從而影響閥門的性能。所以該填料長(zhǎng)期泄漏將有可能造成閥門調(diào)節(jié)性能不可靠的嚴(yán)重后果，從而影響安全生產(chǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)運(yùn)行故障出現(xiàn)。

3調(diào)節(jié)閥的安裝要求

在海洋采油平臺(tái)工藝生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥在管路系統(tǒng)中合理地布置以及正確安裝是整個(gè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中起到良好的調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵，同時(shí)也便于后期平臺(tái)檢修時(shí)調(diào)節(jié)閥的裝卸以及維修。調(diào)節(jié)閥只有在安裝時(shí)，各個(gè)方面都做好以后，才能確保該調(diào)節(jié)閥可以正常運(yùn)作，因?yàn)檫@種閥門與其他閥門是不同的，閥芯是一直處在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，需要對(duì)安裝方式進(jìn)行一定的考慮。

通常調(diào)節(jié)閥要求垂直、正立安裝，在遇到一些很特殊的安裝情況，滿足不了垂直安裝時(shí)，對(duì)法蘭用螺栓固定的調(diào)節(jié)閥可以有向上傾斜、向下傾斜、水平安裝和向下垂直安裝四個(gè)位置。在這些安裝位置中，最理想的是垂直向上安裝，應(yīng)該優(yōu)先選擇;向上傾斜的位置為其次;向下垂直安裝為再次位置;最差的位置是水平安裝，一般不被采納。同時(shí)，還需要注意的地方就是在調(diào)節(jié)閥的傾斜角度非常大或該閥門自身的重量非常重的時(shí)候，那么必須在調(diào)節(jié)閥前后管道上要安裝一些永久性支撐件，用來對(duì)調(diào)節(jié)閥起到一定的支撐作用，也能對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行非常有效的保護(hù)操作。在選擇調(diào)節(jié)閥安裝位置時(shí)要注意在調(diào)節(jié)閥的上、下部分的管路應(yīng)留有足夠的空間，包括上方、下方和左、右、前、后側(cè)面有。有可能卸下帶有閥桿和閥芯的頂部組件的閥門，應(yīng)有足夠的上部空間。有可能卸下底部法蘭、閥桿、閥芯部件的閥門，應(yīng)有足夠的下部空間，以便在安裝和后期維修時(shí)取下執(zhí)行機(jī)構(gòu)和各種配件。通過對(duì)多個(gè)采油平臺(tái)工藝管線上的調(diào)節(jié)閥安裝進(jìn)行比較，可以得出，大多數(shù)調(diào)節(jié)閥都是可以避免傾斜安裝的，只要在設(shè)計(jì)之初將調(diào)節(jié)閥的大小和安裝位置進(jìn)行比較，選擇合適的位置進(jìn)行安裝，以下是幾點(diǎn)建議，可供設(shè)計(jì)人員參考：（1）根據(jù)管線尺寸大小和空間，選擇合適的安裝位置，保證垂直空間上有足夠距離，以方便調(diào)節(jié)閥的安裝。最好在調(diào)節(jié)閥管線設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)人員能拿到相應(yīng)調(diào)節(jié)閥的尺寸參數(shù)，方便前期設(shè)計(jì)，或者綜合各調(diào)節(jié)閥廠家，按照最大尺寸進(jìn)行預(yù)留;（2）調(diào)節(jié)閥的旁通管線盡量安裝在調(diào)節(jié)閥管線的平行方向，避開調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu);（3）如果調(diào)節(jié)閥的旁通管線必須安裝在調(diào)節(jié)閥管線的垂直方向時(shí)，一定要留足調(diào)節(jié)閥安裝尺寸的空間和調(diào)節(jié)閥的檢修空間;（4）調(diào)節(jié)閥用于高粘度、易結(jié)晶、易氣化以及低溫流體時(shí)，應(yīng)采用保溫和防冷措施;（5）當(dāng)閥安裝在有振動(dòng)場(chǎng)合時(shí)，應(yīng)考慮防震措施。

結(jié)束語(yǔ)

調(diào)節(jié)閥的選擇應(yīng)用是一項(xiàng)十分重要的工作，合理地選用其理想特性使其符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)控制的實(shí)際需要，必須做許多深入細(xì)致的工作。作為自控設(shè)計(jì)人員在工程設(shè)計(jì)中需盡可能地了解工藝流程，掌握各種生產(chǎn)流程對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的具體要求，選擇與生產(chǎn)工藝要求相適應(yīng)的調(diào)節(jié)閥性能指標(biāo)，同時(shí)在調(diào)節(jié)閥安裝時(shí)既要考慮工藝及環(huán)境的要求，又要考慮閥本身的各種特性，多方考慮有機(jī)結(jié)合，才能達(dá)到預(yù)期的效果使調(diào)節(jié)閥更好地適應(yīng)過程控制的要求;這樣才能這精細(xì)化設(shè)計(jì)，降低了對(duì)調(diào)節(jié)閥性能指標(biāo)要求，減小了繁雜的調(diào)節(jié)閥選擇工作，另一方面又降低了成本，起到了降本增效，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。

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