張虎群 李華明 鄭程 王延 馮毅（中國(guó)石油管道呼和浩特輸油氣分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

氮?dú)馐剿畵粜箟洪y啟閉過(guò)程動(dòng)態(tài)特性研究

張虎群 李華明 鄭程 王延 馮毅（中國(guó)石油管道呼和浩特輸油氣分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，石油的運(yùn)用量也在不斷增加，加強(qiáng)石油運(yùn)輸工作的安全受到了人們極大的關(guān)注。在石油集輸管網(wǎng)中氮?dú)馐剿畵粜箟洪y的運(yùn)用具有非常重要的作用，氮?dú)馐剿畵粜箟洪y開(kāi)啟和關(guān)閉的過(guò)程都有著嚴(yán)格的要求，直接關(guān)系到氣體的流速問(wèn)題。為此，文章多氮?dú)馐剿畵粜箟洪y啟閉過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性展開(kāi)了討論，了解氮?dú)馐剿畵粜箟洪y的工作原理和結(jié)構(gòu)特征，加強(qiáng)氮?dú)馐剿畵粜箟洪y工作的穩(wěn)定性。

水擊泄壓閥；動(dòng)態(tài)特征；分析

在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展中，石油的運(yùn)用有著不可取代的作用，加強(qiáng)石油運(yùn)輸?shù)陌踩軌虼龠M(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。在石油的集輸管網(wǎng)中，氮?dú)馐剿畵粜箟洪y的運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)石油運(yùn)輸?shù)陌踩?，減少運(yùn)輸過(guò)程中管道水擊力對(duì)管道造成的損傷，避免石油運(yùn)輸?shù)男孤＜訌?qiáng)對(duì)氮?dú)馐剿畵粜箟洪y啟閉過(guò)程中閥內(nèi)流體的流動(dòng)特征進(jìn)行分析，從而為改善流道的流動(dòng)情況提供依據(jù)。

1 水擊泄壓閥的概述

1.1 水擊泄壓閥的定義分析

在輸油管道系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)橛推贩N類的變化、運(yùn)行工況的變化都會(huì)讓水力狀態(tài)發(fā)生改變，尤其是出現(xiàn)了機(jī)械的故障或者是人為的操作失誤，就很容易造成系統(tǒng)的中間泵站出現(xiàn)中斷的情況，或者是輸油泵出現(xiàn)突然的關(guān)閉，使得管道內(nèi)部的油品迅速的流掉或者是在壓力上出現(xiàn)急速的變化。如果過(guò)程中會(huì)有巨大的壓力脈沖，甚至超過(guò)了管道原有的承壓能力的時(shí)候，管道會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的震動(dòng)，出現(xiàn)較大的噪音，閥門甚至?xí)霈F(xiàn)破壞和爆炸。為了能夠避免水擊的情況對(duì)輸油管產(chǎn)生的危害，需要按照管道的差異性選擇不同的增強(qiáng)方式做好水擊保護(hù)工作。泄放的保護(hù)是充分的利用壓力泄放的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)形式的保護(hù)，最常見(jiàn)的方式包括常開(kāi)和常閉式的。輸油管線中較多選的是常閉式的泄壓閥，這樣可以滿足保護(hù)以及泄放的功能。

水擊泄壓閥大多是和輸油管路呈現(xiàn)并聯(lián)的狀態(tài)，當(dāng)輸油管道的干線出現(xiàn)水擊的時(shí)候，管道里面的壓力會(huì)比泄壓閥原先設(shè)定的開(kāi)啟時(shí)的壓力要大得多，泄壓閥會(huì)迅速的開(kāi)啟，將介質(zhì)大量的泄放，然后在儲(chǔ)備罐中存儲(chǔ)。如果壓力的峰值要比泄壓閥開(kāi)啟的壓力要低的時(shí)候，泄壓閥會(huì)恢復(fù)到和出廠時(shí)一樣的狀態(tài)，如果再次出現(xiàn)水擊的情況的時(shí)候，就會(huì)對(duì)其有一定的保護(hù)作用。

1.2 水擊泄壓閥的分類

按照控制環(huán)節(jié)的差異、反饋信號(hào)源的不同以及閥體結(jié)構(gòu)形式的區(qū)別，水擊泄壓閥來(lái)進(jìn)行分類。

泄壓閥在控制環(huán)節(jié)上較為復(fù)雜，有幾種類型，這其中，單控制環(huán)節(jié)的泄壓閥又被稱作直接作用式的泄壓閥，具體又可以分為定值器分離式和彈簧直接式兩種。這其中后者能夠進(jìn)行控制的部分比較少、能夠很快的響應(yīng)，測(cè)壓的管路能夠長(zhǎng)時(shí)間的保持暢通的狀態(tài)，但是在精度上的控制力不夠，泄放的時(shí)候管道很容易出現(xiàn)較大的波動(dòng)，穩(wěn)定性能不行。而定值器分離式的出現(xiàn)則是借助定值器和配氣的氣源有效的解決了該問(wèn)題，在控制環(huán)節(jié)上會(huì)比直接式的更復(fù)雜，而且需要投入大量的維護(hù)。多控制的環(huán)節(jié)泄壓閥又叫做間接作用式的泄壓閥，主要的組成部分包括電磁換向式和先導(dǎo)式兩大部分組成。先導(dǎo)式的在結(jié)構(gòu)上更為簡(jiǎn)單，能力強(qiáng)并且靈敏度極高。電磁式在控制精度上基本上是由高性能的自動(dòng)控制系統(tǒng)決定的，自動(dòng)化程度較高，高精度和遠(yuǎn)距離均能得到滿足。

泄壓閥反饋信號(hào)的獲取有多種途徑，如果信號(hào)源是來(lái)自本身的泄壓閥則被稱為自力式泄壓閥，主要包括電磁換向、機(jī)械先導(dǎo)和雙控內(nèi)置這幾種形式。電磁換向更多的體現(xiàn)的是精度高并且運(yùn)行可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)，廣泛的應(yīng)用在了高精度、強(qiáng)穩(wěn)定性的場(chǎng)合中；雙控結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，密封性也機(jī)比較強(qiáng)，在泄壓的環(huán)節(jié)比較平緩而且噪聲也比較小。自力式的信號(hào)源大多是來(lái)自于外部的控制系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜，而且通常是借助外部控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)壓力的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的輸出，再經(jīng)由換向閥實(shí)現(xiàn)對(duì)泄壓閥的控制。

泄壓閥的閥體在結(jié)構(gòu)上存在有較大的差異，而且介質(zhì)的流動(dòng)方向不盡相同。這其中采取角式閥體的是機(jī)械的和橡膠囊的。橡膠囊的操作便捷，密封性比較好，而且在響應(yīng)速度上也是相當(dāng)?shù)目欤侨绻侨嗽斓南鹉z材質(zhì)那么使用壽命比較短，機(jī)械式的在使用壽命上大大的延長(zhǎng)了，但是響應(yīng)的速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比橡膠囊的要慢很多，控制的穩(wěn)定性不夠，再加上管路的波動(dòng)很難控制。軸流式的閥體在泄壓環(huán)節(jié)受到的阻力比較小，噪聲小，而且具有極強(qiáng)的泄放能力。但是因?yàn)樗荒軡M足在線的檢修，所以制造費(fèi)用比較昂貴。

2 模擬與分析

2.1 水擊泄壓閥初始階段受到超壓比的影響分析

氮?dú)馐剿畵粜箟洪y在啟閉過(guò)程中受到超壓比的影響非常的大。如果氮?dú)馐剿畵粜箟洪y的進(jìn)口壓力要比開(kāi)啟壓力時(shí)的壓力要大，隨著壓力差的增大，發(fā)生的影響也會(huì)不一樣。當(dāng)壓力差出現(xiàn)的數(shù)值比較小時(shí)，水擊泄壓閥門微微開(kāi)啟后，又馬上關(guān)閉起來(lái)，這個(gè)時(shí)候，顯示出來(lái)的閥芯振動(dòng)值非常的小，產(chǎn)生的泄壓效果也非常的差。當(dāng)壓力差值非常大時(shí)，流道中的液體產(chǎn)生的波動(dòng)也非常的大，當(dāng)開(kāi)始打開(kāi)泄壓閥時(shí)，閥芯會(huì)發(fā)生非常劇烈的振動(dòng)。

為此，進(jìn)行了下列的演示。對(duì)六種壓力比下的泄壓閥進(jìn)行仿真的模擬計(jì)算，分別是2%，5%,10%,20%,50%和100%，針對(duì)不停地壓力比進(jìn)行不同的模擬實(shí)驗(yàn)，得出一般規(guī)律。

2.2 分析不同的氮?dú)鈮毫?duì)閥開(kāi)啟特征的影響

氮?dú)馐剿畵粜箟洪y在開(kāi)啟過(guò)程中還受到氮?dú)獾挠绊?，不同的氮?dú)猱a(chǎn)生的壓力值也是不一樣的。在入口的壓力值相同的情況下，閥芯受到的壓力影響隨著氮?dú)獾牟煌l(fā)生著不同的變化。當(dāng)閥芯內(nèi)腔的氮?dú)鈮毫Σ粩嘣龃髸r(shí)，閥芯的運(yùn)動(dòng)位移也在不斷發(fā)生著變化，也在不斷增加。

2.3 分析水擊泄壓閥啟閉過(guò)程中速度的分布情況

當(dāng)整個(gè)氮?dú)馐剿畵粜箟洪y處于密封的狀態(tài)下，密封內(nèi)閥座的流速在不斷增加的時(shí)候，流速必然會(huì)到達(dá)一個(gè)最大值，一般是112.7m/s，在閥門出口的位置，會(huì)出現(xiàn)高速流集中區(qū)域。經(jīng)過(guò)0.1s的時(shí)候，閥芯出現(xiàn)了最大的位移，流速也增加到了87.2m/s，在閥芯密封面流道的位置出現(xiàn)的流速也趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，但是在出口邊緣的位置，流速在不斷的增加，而且出現(xiàn)了非常大面積的高速集中區(qū)域。閥門的關(guān)閉在0.2s的時(shí)候，整個(gè)閥門都完全的關(guān)閉，然后發(fā)內(nèi)的流道的流速也逐漸處于穩(wěn)定的狀態(tài)，同時(shí)也沒(méi)有集中區(qū)域的產(chǎn)生。

2.4 閥芯在水擊泄壓閥啟閉過(guò)程中，閥芯受力分析

水擊泄壓閥在啟閉的過(guò)程中，閥芯受力也是不一樣的。當(dāng)泄壓閥完全打開(kāi)時(shí)，受力是最小的，隨著氣不斷泄出，閥芯的受力也不斷減小。

通過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)，得出以下結(jié)論。首先，氮?dú)馐剿畽C(jī)械壓閥的超壓比在不斷增大時(shí)，閥芯的運(yùn)動(dòng)越來(lái)越快，閥芯的運(yùn)動(dòng)速度越快，閥門開(kāi)啟的時(shí)間就會(huì)越快。其次，當(dāng)閥芯腔室內(nèi)的氮?dú)鈮毫υ诓粩嘣黾訒r(shí)，閥芯運(yùn)動(dòng)的速度越慢，隨著閥芯運(yùn)動(dòng)速度的下降，泄放量卻沒(méi)有發(fā)生變化。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，加強(qiáng)對(duì)氮?dú)馐叫箟洪y研發(fā)啟閉過(guò)程中流道的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行研究，為實(shí)現(xiàn)石油集管網(wǎng)的安全運(yùn)輸提供保障。在上述分析中，只是簡(jiǎn)單的了解了氮?dú)馐剿畵羰叫箟洪y的動(dòng)態(tài)特征，而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的展開(kāi)分析，在未來(lái)的研究中，需要加強(qiáng)相關(guān)內(nèi)容的分析，實(shí)現(xiàn)石油的安全運(yùn)輸。

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馮毅 男(1978-)研究生學(xué)歷畢業(yè)于:中國(guó)石油大學(xué)（北京）從事輸油氣生產(chǎn)管理工作、安全管理及人力資源管理等相關(guān)工作