成品油管網(wǎng)輸油減壓閥

之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹成品油管網(wǎng)輸油減壓閥CCI減壓閥在中石化華南管網(wǎng)茂昆線輸油站工作過程中存在的主要問題有兩個：部分減壓閥閥籠易堵塞；部分減壓閥過早出現(xiàn)閥內(nèi)件被嚴(yán)重沖蝕和汽蝕損壞的現(xiàn)象。結(jié)合管道實(shí)際運(yùn)行工況，分析故障發(fā)生原因，并提出了一些防范措施。

成品油管網(wǎng)輸油減壓閥關(guān)鍵字：CCI減壓閥 卡堵 沖蝕 汽蝕 閥開度

    0 成品油管網(wǎng)輸油減壓閥引言

    中石化華南成品油管網(wǎng)茂昆線采用密閉順序輸送工藝。輸油站按功能分為泵站、分輸站和分輸泵站，分輸站和分輸泵站有分輸下載系統(tǒng)，即將主輸油管線上經(jīng)進(jìn)站過濾器過濾后的部分油品下載到相鄰的油庫。下載管線上安裝了CCI減壓閥，對油品進(jìn)行降壓限量分輸。油品單位時間的下載量根據(jù)油庫當(dāng)?shù)氐挠推沸枨罅亢凸艿肋\(yùn)行的工況來確定。

    1 CCI減壓閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

    CCI減壓閥屬套筒式多級調(diào)節(jié)閥，減壓閥由5部分組成：閥體、碟片組、閥芯組件、閥帽組件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制組件。

    閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用流閉型的結(jié)構(gòu)，即液體從閥籠外側(cè)流入閥芯，當(dāng)液體進(jìn)入閥體后，流過碟片組，流經(jīng)閥芯，并從閥座環(huán)孔流出。采用這種流向，閥籠起到了過濾器的作用，可以降低流體中的顆粒物對閥芯和閥座環(huán)密封面的損傷。

    碟片組（又稱閥籠）和閥芯組件（包括閥芯和閥桿）是減壓閥的關(guān)鍵部件，碟片組采用技術(shù)DRAG盤片制作，碟片組由許多盤片組成，每一盤片上都鑿出一個固定的流量通道，形成迷宮式流道，這一系列拐角形成了流體阻抗，通過每一通道的具體拐角把流速限制在預(yù)先的計(jì)算值內(nèi)。介質(zhì)通過碟片內(nèi)的流道，必須通過許多直角轉(zhuǎn)彎的流路，消耗能量，分段降壓，使壓力損失大。這種迂回通路可以使減壓閥的噪音明顯下降。

    CCI減壓閥應(yīng)用兩種工藝制造DRAG盤片：放電加工（EDM）和沖壓。EDM工藝是在每個盤片上鑿出一道拐道，而所有碟片疊加在一起就形成了碟片組。DGAR碟片組通過迫使工藝流體通過一些曲折的拐角穿過閥芯組件來控制流速，這一系列的拐角給流速提供了阻抗而限制了閥芯出口速度。通過閥芯組件流體的高流速是引起減壓閥嚴(yán)重故障的根本原因。用多級減壓閥可實(shí)現(xiàn)多級降壓，每級都不超過介質(zhì)臨介壓力，防止因臨界壓力出現(xiàn)閃蒸和空化現(xiàn)象。

    閥帽組件包括座環(huán)、平衡缸、閥帽、密封墊和密封填料。執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在閥軛上，閥軛固定在閥帽上，所有的CCI減壓閥閥芯組件都有快換和耐用的功能。

    選用電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動閥芯上下移動對閥芯組件進(jìn)行調(diào)節(jié)。

    2 CCI減壓閥在輸油站使用中存在的問題

    CCI減壓閥在華南管網(wǎng)茂昆線輸油站投用2年來，運(yùn)行狀況基本良好，但也出現(xiàn)了一些問題，影響到生產(chǎn)，到目前為止，將出現(xiàn)故障的CCI減壓閥統(tǒng)計(jì)見表1。表1中，1″=2.54cm。

    出現(xiàn)故障的CCI減壓閥普遍存在易堵塞的情況，管線內(nèi)雜質(zhì)較多。從表1中可以看出，CCI減壓閥失效的主要原因是因?yàn)殚y內(nèi)件被損壞而導(dǎo)致減壓閥失去調(diào)節(jié)功能，同時小口徑的減壓閥存在嚴(yán)重堵塞而達(dá)不到下載量要求，而且存在噪音大的問題。油用減壓閥型號:
法蘭  Y42F-10  Y42F-16C  Y42F-25C  Y42F-40C  Y42F-64C  Y42F-100C 
      Y42F-16P  Y42F-25P  Y42F-40P  Y42F-64P Y42F-16R   Y42F-25R
螺紋  Y12F-16C  Y12F-25C  Y12F-16P  Y12F-25P   Y12F-16R  Y12F-25R
 
四氟密封油用減壓閥Y42F是通過調(diào)節(jié)，將進(jìn)口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，使出口壓力自動保持穩(wěn)定的閥門。從流體力學(xué)的觀點(diǎn)看，減壓閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件，即通過改變節(jié)流面積，使流速及流體的動能改變，造成不同的壓力損失，從而達(dá)到減壓的目的。然后依靠控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使閥后壓力的波動與彈簧力相平衡，使閥后壓力在一定的誤差范圍內(nèi)保持恒定。

 
水用減壓閥Y42F執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):

設(shè)計(jì)規(guī)范：GB/T 12244
結(jié)構(gòu)長度：GB/T 12250
法蘭連接：JB/T 79
試驗(yàn)與檢驗(yàn)：GB/T 12245
產(chǎn)品標(biāo)識：GB/T 12220
供貨規(guī)范：JB/T 7928

    3 閥內(nèi)件損壞原因分析

    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥由于華南管網(wǎng)茂昆線下載自動控制系統(tǒng)PID整定存在問題，下載閥的控制現(xiàn)采用手動操作，即根據(jù)油品的計(jì)劃下載量直接輸入下載閥的閥位值來調(diào)整減壓閥的開度。

    都勻站操作規(guī)程中規(guī)定下載減壓閥的流量范圍為27～152m3/h，下載閥前壓力為1.3～815MPa，下載閥后壓力小于0.5MPa。實(shí)際運(yùn)行中下載減壓閥的流量通常為40～50t/h（輸油站工藝運(yùn)行記錄表中記錄的為質(zhì)量流量），下載閥前壓力為3.0～5.0MPa，下載閥后壓力小于0.15MPa。

    3.1 管線內(nèi)固體顆粒使CCI減壓閥內(nèi)件產(chǎn)生嚴(yán)重沖蝕

    由于下載減壓閥前沒有安裝過濾器，而管線中的泥沙銹渣等雜質(zhì)又多，所以下載減壓閥堵塞較頻繁，有時被迫中斷下載來清洗減壓閥。下載減壓閥堵塞頻繁，造成減壓閥的調(diào)節(jié)性能降低，閥位需要不斷調(diào)整，加快了碟片組盤片的損壞速率。

    下載減壓閥前后壓差較大，含固體顆粒介質(zhì)在節(jié)流處具有很大的速度（特別在小開度工作時），而物質(zhì)的動能與物質(zhì)速率的平方成正比，因此經(jīng)過節(jié)流處的顆粒就具備了相當(dāng)大的動能，對盤片和閥芯產(chǎn)生很大的破壞作用。其破壞過程類似于噴砂過程。噴砂過程是空氣作為載體帶著磨粒高速運(yùn)動，對金屬表面沖撞，從而產(chǎn)生切削作用。嚴(yán)重的沖刷使減壓閥的壽命大大縮短。壓差越大，流速越高，顆粒越多，沖刷就越嚴(yán)重。

    另外，減壓閥在不清潔的環(huán)境下工作，閥內(nèi)件還容易產(chǎn)生腐蝕破壞。

    3.2 CCI減壓閥內(nèi)存在閃蒸和空化現(xiàn)象

    沖蝕損壞的閥芯表面一般較光滑，但從現(xiàn)場閥芯損壞的情況來看，閥芯的表面并不光滑，而是成蜂窩狀的粗糙表面，這說明減壓閥內(nèi)存在閃蒸和空化現(xiàn)象，當(dāng)油品急速流過減壓閥時，靜壓力驟然下降，當(dāng)壓力降到低于該流體所在情況下的飽和蒸汽壓時，部分液體就汽化成氣體，出現(xiàn)氣液兩相共存的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為閃蒸。產(chǎn)生閃蒸時，對閥芯、閥座材料已開始有侵蝕破壞作用，如果產(chǎn)生閃蒸之后，壓力不是保持在飽和蒸汽壓以下，而是在離開節(jié)流通道之后又驟然上升，這時氣泡產(chǎn)生破裂并轉(zhuǎn)化為液態(tài)，這個過程即為空化作用。空化作用會對閥內(nèi)件產(chǎn)生汽蝕破壞。產(chǎn)生空化作用時，在縮流處的后面由于壓力恢復(fù)，升高的壓力壓縮氣泡，達(dá)到臨界尺寸的氣泡開始變?yōu)闄E圓形，接著在上游表面開始變平，然后突然爆裂。所有的能量集中在破裂點(diǎn)上，產(chǎn)生極大的沖擊力。如果氣泡在接近節(jié)流通道附近固體表面處破裂，這種沖擊力會慢慢地撕裂材料表面，形成類似于煤渣的粗糙表面。

    3.3 減壓閥在低開度下工作，沖蝕和汽蝕更加嚴(yán)重

    表2中的原始數(shù)據(jù)反映了都勻分輸泵站減壓閥在沒有堵塞情況下的運(yùn)行工況。

    從表2中可看出，減壓閥通常工作時的開度不到10%。調(diào)節(jié)閥在小開度工作時存在著急劇的流阻、流速和壓力變化，會帶來如下問題。

    （1）節(jié)流間隙小，流速大，沖刷厲害，嚴(yán)重影響閥的使用壽命。

    （2）急劇的流速、壓力變化，油品產(chǎn)生閃蒸和空化的可能性加大，汽蝕更嚴(yán)重。

    （3）開度小，閥芯密封面離節(jié)流口近，有損于閥芯密封面。

    （4）急劇的流速、壓力變化，超過閥的剛度時，閥穩(wěn)定性差，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重振蕩。

    4 應(yīng)對措施

    4.1 在CCI下載減壓閥前安裝過濾器

    在CCI下載減壓閥前安裝過濾器，防止固體顆粒進(jìn)入閥體內(nèi)對盤片和閥芯產(chǎn)生堵塞和沖蝕磨損。由于CCI減壓閥碟片流道間隙很小，不同規(guī)格的CCI減壓閥碟片的流道間隙又不相同，過濾器應(yīng)根據(jù)減壓閥的規(guī)格型號選擇合適的濾網(wǎng)目數(shù)，濾網(wǎng)目數(shù)不能選太小，宜選取30～60目。根據(jù)管內(nèi)雜質(zhì)情況制定定期清洗計(jì)劃，及時清洗過濾器。

    4.2 采取措施使減壓閥在較大開度下工作

    為了提高減壓閥的使用壽命、穩(wěn)定性、正常調(diào)節(jié)等工作性能，減壓閥應(yīng)避免在小開度下工作，開度通常應(yīng)大于15%，對于高壓閥、處于流閉狀態(tài)的減壓閥，開度應(yīng)大于30%。CCI下載減壓閥工作壓力較高，且屬流閉型，適宜的開度應(yīng)在20%以上。

    有資料顯示，讓調(diào)節(jié)閥一開始在大開度下工作比一開始在中間開度和小開度上工作可提高使用壽命1～5倍以上。

    4.2.1 在減壓閥前后增設(shè)節(jié)流孔板

    維持下載系統(tǒng)總壓降不變，增大減壓閥前管線的壓降，可降低減壓閥閥上的壓差Δp。由流量方程式可知，當(dāng)壓差Δp減小時，Q也減小，為保證通過減壓閥的流量不變，就要增大減壓閥的開度，從而使減壓閥獲得較理想的工作開度。在減壓閥前或減壓閥后安裝節(jié)流孔板可消耗一部分壓降，從而實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。

    4.2.2 調(diào)整管道的輸送方案

管道調(diào)度控制中心在操作調(diào)節(jié)時可適當(dāng)調(diào)整一些管道運(yùn)行參數(shù)，不要讓出現(xiàn)減壓閥故障的輸油站的進(jìn)站壓力過高，同時適當(dāng)提高這些輸油站油品的單位時間下載量，確保減壓閥在適當(dāng)?shù)拈_度下工作，避免減壓閥遭受沖蝕和汽蝕的嚴(yán)重破壞。

    4.2.3 用小口徑的減壓閥代替大口徑的減壓閥

    由流量方程式可知，當(dāng)Kv減小時，Q也減小，為保持通過減壓閥的流量不變，就必然加大減壓閥的開度，這樣，通過選用流量系數(shù)小的減壓閥代替流量系數(shù)大的減壓閥也可以避免減壓閥在小開度下工作。由公式可知，流量系數(shù)Kv與調(diào)節(jié)閥的接管截面積A成正比，與接管口徑的平方成正比，換一臺小擋口徑的閥，可減小Kv值。某化工廠大修時將節(jié)流件由DN10換成DN8，壽命提高了一倍。

    貴陽分輸泵站和曲靖分輸泵站下載減壓閥的故障情況與都勻分輸泵站下載減壓閥的故障情況類似。晴隆分輸泵站下載減壓閥與以上3個分輸泵站下載減壓閥的故障情況不一樣，晴隆分輸泵站下載減壓閥失去調(diào)節(jié)功能的主要原因是由于管內(nèi)雜質(zhì)過多和減壓閥的口徑選得過小，可以考慮選用大一點(diǎn)口徑的減壓閥。

    5 結(jié)束語

    沖蝕和汽蝕是影響減壓閥調(diào)節(jié)性能和使用壽命的主要原因。即使是品質(zhì)的調(diào)節(jié)閥都會不同程度地受到來自介質(zhì)的沖蝕和汽蝕破壞作用，尤其在高壓差、高流速、高雜質(zhì)、小開度的工作條件下，減壓閥受沖蝕和汽蝕的破壞作用更嚴(yán)重。在管線上增設(shè)一些附助設(shè)施，如過濾器和節(jié)流孔板；同時優(yōu)化管道操作，改善減壓閥運(yùn)行的工藝條件；還可以考慮用小口徑的減壓閥取代大口徑的減壓閥。通過以上措施可以減緩減壓閥受到的沖蝕和破壞，提高調(diào)節(jié)性能，延長使用壽命。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護(hù)

    參考文獻(xiàn)：

    [1]明賜東。調(diào)節(jié)閥應(yīng)用1000問。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006。
    [2]陸培文。調(diào)節(jié)閥實(shí)用技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006。
    [3]李仕。固體雜質(zhì)對成品油長輸管道設(shè)備的損傷和防范措施。化工設(shè)備與管道，2008（2）：48-51。