馮裕祥

（西氣東輸管道公司合肥管理處，安徽合肥 230022）

1 問(wèn)題提出的背景

隨著天然氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，天然氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備也迎來(lái)了發(fā)展黃金期。調(diào)壓撬監(jiān)控調(diào)壓閥是天然氣分輸站關(guān)鍵的輸氣生產(chǎn)設(shè)備之一，故障率高、故障影響大。提升監(jiān)控調(diào)壓閥的故障診斷效率，是維搶修單位面臨的一個(gè)亟待解決的課題。

2 監(jiān)控調(diào)壓閥的工作原理

2.1 調(diào)壓撬的工作原理

分輸調(diào)壓撬主要由安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓閥和工作調(diào)壓閥組成，其中，監(jiān)控調(diào)壓閥包括指揮器和主閥。工作調(diào)壓閥根據(jù)下游壓力變化，調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，進(jìn)而穩(wěn)定下游壓力；當(dāng)工作調(diào)壓閥功能失控時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓閥就通過(guò)調(diào)節(jié)自身閥門(mén)開(kāi)度，控制流通氣量，以實(shí)現(xiàn)輔助穩(wěn)壓效果；當(dāng)以上2道閥門(mén)都失靈時(shí)，下游壓力就會(huì)持續(xù)上升，當(dāng)下游壓力升高某一預(yù)定值時(shí)，安全切斷閥就會(huì)自動(dòng)關(guān)斷，以確保下游安全；這3個(gè)閥門(mén)既相互獨(dú)立，又相互影響，相輔相成。

2.2 監(jiān)控調(diào)壓閥工作原理

2.2.1 指揮器的組成及工作原理

指揮器分為負(fù)載級(jí)與控制級(jí)。負(fù)載級(jí)為控制級(jí)提供穩(wěn)定的工作壓力環(huán)境?？刂萍?jí)直接控制主閥流通氣量，進(jìn)而控制下游壓力。指揮器本質(zhì)上是一個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，當(dāng)上游壓力發(fā)生變化而下游壓力不變時(shí)，由于負(fù)載級(jí)作用而保證了控制級(jí)的放大閥不受上游波動(dòng)影響，而維持下游相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)下游壓力增大時(shí)，控制級(jí)雙膜結(jié)構(gòu)上腔的壓力增大，膜片受到向下的力增大，向下移動(dòng)，使放大閥的開(kāi)度減小，同時(shí)增大了負(fù)載級(jí)上腔的壓力，負(fù)載級(jí)放大閥的開(kāi)度也減小，指揮器中的氣流量減小，由負(fù)載壓力管線流入監(jiān)控閥主閥下膜腔的氣體減少，壓力降低。當(dāng)下游壓力減小時(shí)，控制級(jí)雙膜結(jié)構(gòu)上腔的壓力減小，膜片受到向下的力減小，向上移動(dòng)，使放大閥的開(kāi)度增大，同時(shí)減小了負(fù)載級(jí)上腔的壓力，負(fù)載級(jí)放大閥的開(kāi)度增大，指揮器中的氣流量增加，由負(fù)載壓力管線流入監(jiān)控閥主閥下游膜腔的氣體增加，壓力升高。

2.2.2 監(jiān)控閥主閥的組成工作原理

監(jiān)控閥主閥主要有閥體、閥門(mén)套筒、閥芯、皮膜、皮膜壓盤(pán)、關(guān)閉彈簧等構(gòu)成。皮膜與壓盤(pán)將膜腔分割上、下游兩個(gè)膜腔。上游膜腔內(nèi)彈簧與下游反饋過(guò)來(lái)氣體共同在皮膜上產(chǎn)生關(guān)閉力P1，由指揮器控制流入下游膜腔中的氣體在皮膜上產(chǎn)生開(kāi)啟力P2。

當(dāng)調(diào)壓撬平穩(wěn)工作時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓閥處在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀況下，此時(shí)，下游氣體壓力在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，控制器放大閥的開(kāi)度適中，閥門(mén)主閥膜片前后的壓力平衡，即P1=P2，監(jiān)控閥不動(dòng)作；當(dāng)下游氣體壓力升高時(shí)，指揮器中放大閥的開(kāi)度減小，負(fù)載壓力降低，進(jìn)而閥門(mén)下游膜腔中的壓力降低，使得P1>P2，閥門(mén)套筒向靠近閥芯的下游移動(dòng)，與閥芯之間的空隙減小，流過(guò)的氣量減少，最終使得下游氣體壓力降低以達(dá)到新的平衡。當(dāng)下游氣體壓力降低時(shí)，指揮器中放大閥開(kāi)度增大，負(fù)載壓力升高，閥門(mén)下游膜腔中的壓力升高，使得P1約P2，閥門(mén)套筒向遠(yuǎn)離閥芯的上游移動(dòng)，與閥芯之間的空隙增大，流過(guò)的氣量增加，最終使得下游氣體壓力升高，再次達(dá)到新的平衡。

監(jiān)控調(diào)壓閥就是通過(guò)指揮器來(lái)調(diào)節(jié)閥門(mén)套筒和閥芯之間的距離，進(jìn)而調(diào)節(jié)其流通氣量，最終調(diào)節(jié)下游壓力，就是“平衡原不平衡原再平衡”循環(huán)中，監(jiān)控閥完成了輔助穩(wěn)壓功能。

3 引入“三閥組結(jié)構(gòu)”，優(yōu)化故障診斷流程

監(jiān)控調(diào)壓閥主要故障主要是由指揮器或主閥引起。前者可通過(guò)更換指揮器組件（如雙膜結(jié)構(gòu)的膜片、噴嘴、過(guò)濾器濾芯）來(lái)修復(fù)，工作量小，修復(fù)時(shí)間短；而后者則一般需要拆卸、解體監(jiān)控調(diào)壓閥，更換主膜片、閥芯，維修閥門(mén)套筒等方式來(lái)修復(fù)，工作量較大，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前西氣東輸分輸場(chǎng)站調(diào)壓撬類(lèi)故障已經(jīng)占到機(jī)械設(shè)備總故障的將近50%，而在調(diào)壓撬類(lèi)故障中，尤以監(jiān)控調(diào)壓閥故障最多，約占到調(diào)壓撬類(lèi)設(shè)備故障的70%。為了提高監(jiān)控調(diào)壓閥故障診斷與定位的準(zhǔn)確度與便捷性，這里介紹一種故障診斷的輔助結(jié)構(gòu)——“三閥組結(jié)構(gòu)”（圖1）。

在監(jiān)控調(diào)壓閥的指揮器與主閥之間的負(fù)載壓力管線上加裝一個(gè)三閥組結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)B段管線與指揮器出口的負(fù)載壓力管線相接；C段管線與主閥上的負(fù)載壓力管線相接；A段管線可以接外界測(cè)試氣源（如可通過(guò)打氣筒向內(nèi)打氣）。當(dāng)監(jiān)控調(diào)壓閥正常工作時(shí)，A閥關(guān)閉，B，C閥打開(kāi)；當(dāng)遇到監(jiān)控閥未能正常打開(kāi)狀況時(shí)，即可啟動(dòng)故障診斷模式，具體故障診斷操作流程如下。

（1）流程切換。將分輸流程切換至備用路，確保輸氣正常進(jìn)行。

（2）設(shè)備隔離放空。關(guān)閉故障調(diào)壓路進(jìn)出口閥門(mén)，放空管段內(nèi)天然氣。

（3）接通外界測(cè)試氣源。將A段管線與打氣筒連接。

（4）檢查指揮器。關(guān)閉C閥，打開(kāi)A閥、B閥；用打氣筒向指揮器內(nèi)打氣；觀察負(fù)載級(jí)指揮器上壓力表，檢查指揮器放空口是否有氣流；然后先后依次打開(kāi)檢測(cè)口2、檢測(cè)口3，檢查氣流情況；故障診斷與定位，具體情況見(jiàn)表1。

（5）檢查主閥（膜片）。關(guān)閉B閥，打開(kāi)A閥、C閥；打開(kāi)監(jiān)控閥主閥上檢測(cè)口1（圖1）；用打氣筒向主閥膜腔內(nèi)打氣；觀察與檢查：觀察三閥組上壓力表、閥位指示器、檢查監(jiān)控閥主閥上檢測(cè)口1氣流情況；故障診斷與定位，具體情況見(jiàn)表1。

（6）若主閥膜片與指揮器都無(wú)問(wèn)題，則可考慮是閥門(mén)套筒卡滯或是閥芯與套筒接觸面密封不嚴(yán)導(dǎo)致內(nèi)漏，閥門(mén)因而小流量而不明顯打開(kāi)。

圖1 三閥組結(jié)構(gòu)

表1 監(jiān)控調(diào)壓閥常見(jiàn)故障

根據(jù)三閥組結(jié)構(gòu)，對(duì)監(jiān)控調(diào)壓閥常見(jiàn)故障診斷流程總結(jié)見(jiàn)表1。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)證明，調(diào)壓撬監(jiān)控調(diào)壓閥引入“三閥組結(jié)構(gòu)”后，大大提升了其故障診斷的精準(zhǔn)性與便捷性。