何小濤

摘要：調節(jié)閥又名控制閥，一般由執(zhí)行機構和閥門組成。在工業(yè)自動化過程控制領域中，通過接受調節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變介質流量、壓力、溫度、液位等工藝參數的最終控制元件。在海洋油氣生產中，調節(jié)閥是過程控制中最常用的終端控制元件。在生產現場，調節(jié)閥直接控制工藝介質，尤其是高溫、高壓、低溫、強腐蝕、易燃、易爆、易滲透、劇毒以及高粘度、易結晶等介質情況下，若選擇或使用不當，往往會給生產過程自動化帶來困難，導致調節(jié)質量下降，甚至會造成嚴重的生產事故。因此，對調節(jié)閥的正確選用、安裝等各個環(huán)節(jié)都必須要十分重視。

關鍵詞：海上采油平臺;調節(jié)閥;安裝方式

引言

在海洋石油工程工藝設計中，自控設計人員必須對各種調節(jié)閥要十分了解，調節(jié)閥通過變化自身開度來實現通斷管路系統及控制流量大小，它是工藝管線系統的重要部件，其流量特性將對整個系統的效率和安全產生直接的影響。由于閥門對流體有阻止作用，不同的開度會致閥門內部流場結構變化，從而使能量損失。同時會有劇烈的沖擊與振動，可能會導致閥體變形與疲勞破壞，會影響控制和調節(jié)的精度，嚴重情況下甚至會導致整個系統工作失靈。因此，研究調節(jié)閥流量特性以及對調節(jié)閥的相應測試和正確合適的安裝使用對于提高整個工藝控制系統的效率與安全性具有較高的實際價值。

1調節(jié)閥的流量特性

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

通過分析閥門基本特性，得到了流量系數變化規(guī)律對瞬變過程的影響，它會直接影響管路中產生的最大水擊壓力，相似的工況下流量系數變化較平緩，所產生的水擊壓力較小。利用仿真軟件對節(jié)流閥流場進行了仿真分析，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)流口的雜質沉積減少，對最小穩(wěn)定流量的研究作出了貢獻。根據系統采集的數據和壓力流量關系理論，調流閥的過流特性曲線簇，由曲線圖可見存在一個轉折點，當開度大于轉折點之后，與流量的關系可以看作線性關系。這一結論可以在工藝控制系統中指導準確調節(jié)流量。調節(jié)閥的理想流量曲線為下凹形，可以減小管道中的壓力，有效抑制管路中產生負壓。研究發(fā)現閥門開度減小到一定角度時，附近會出現漩渦，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。調節(jié)閥流量特性的選擇問題，實際上就是如何選擇直線型和對數型流量特性的問題。應首先根據工藝過程情況確定工作特性，然后根據工作特性和管路系統的配置等情況選擇合適的調節(jié)閥理想流量特性。因此選擇調節(jié)閥特性，則指的是如何選擇直線和等百分比特性。在設計選用中主要依據以下兩個原則：（1）從控制系統的控制品質出發(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在控制系統的整個操作范圍內保持不變，但在實際生產過程中控制對象的特性往往是非線性的，它的放大系數要隨其外部條件而變化。因此，適當選擇調節(jié)閥特性，以調節(jié)閥的放大系數變化來補償對象放大系數的變化，可將系統的總放大系數整定不變，從而保證控制質量在整個操作范圍內保持一定。若控制對象為線性時，調節(jié)閥可以采用直線工作特性。但許多的控制對象，其放大系數隨負荷加大而趨小，假如我們選用放大系數隨負荷加大而趨大的調節(jié)閥，正好補償。等百分比特性閥具有這種性能，因此它得到廣泛應用。（2）從配管情況出發(fā)，根據調節(jié)閥的希望工作特性選擇閥的結構特性。

2調節(jié)閥常見問題

調節(jié)閥泄露問題是生產運行中經常碰到的現象。某采油平臺使用的一種調節(jié)閥為法國FISHER公司生產的667-EWD-80型的線性氣動調節(jié)閥，側面可以安裝側裝手輪，必要時可進行手動調節(jié)。在運行期間，該閥門長期存在填料壓蓋處輕微泄漏的問題。按照廠家設備運行及維修手冊要求，該閥門填料泄漏率<1×10-6Pa·m3/s，即需要達到無可視泄漏。填料泄漏造成的流體介質流失不僅影響系統運行的壓力，資源的浪費，而且如果長期下去，閥桿及填料函不斷地被沖蝕，光潔度就會越來越差，泄漏也就越來越大。更重要的是泄漏出來的高溫介質，會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。所以該填料長期泄漏將有可能造成閥門調節(jié)性能不可靠的嚴重后果，從而影響安全生產，導致生產運行故障出現。

3調節(jié)閥的安裝要求

在海洋采油平臺工藝生產控制系統中，調節(jié)閥在管路系統中合理地布置以及正確安裝是整個生產控制系統中起到良好的調節(jié)作用的關鍵，同時也便于后期平臺檢修時調節(jié)閥的裝卸以及維修。調節(jié)閥只有在安裝時，各個方面都做好以后，才能確保該調節(jié)閥可以正常運作，因為這種閥門與其他閥門是不同的，閥芯是一直處在運動的狀態(tài)，需要對安裝方式進行一定的考慮。

通常調節(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，對法蘭用螺栓固定的調節(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位置。在這些安裝位置中，最理想的是垂直向上安裝，應該優(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，還需要注意的地方就是在調節(jié)閥的傾斜角度非常大或該閥門自身的重量非常重的時候，那么必須在調節(jié)閥前后管道上要安裝一些永久性支撐件，用來對調節(jié)閥起到一定的支撐作用，也能對調節(jié)閥進行非常有效的保護操作。在選擇調節(jié)閥安裝位置時要注意在調節(jié)閥的上、下部分的管路應留有足夠的空間，包括上方、下方和左、右、前、后側面有。有可能卸下帶有閥桿和閥芯的頂部組件的閥門，應有足夠的上部空間。有可能卸下底部法蘭、閥桿、閥芯部件的閥門，應有足夠的下部空間，以便在安裝和后期維修時取下執(zhí)行機構和各種配件。通過對多個采油平臺工藝管線上的調節(jié)閥安裝進行比較，可以得出，大多數調節(jié)閥都是可以避免傾斜安裝的，只要在設計之初將調節(jié)閥的大小和安裝位置進行比較，選擇合適的位置進行安裝，以下是幾點建議，可供設計人員參考：（1）根據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，以方便調節(jié)閥的安裝。最好在調節(jié)閥管線設計之初，設計人員能拿到相應調節(jié)閥的尺寸參數，方便前期設計，或者綜合各調節(jié)閥廠家，按照最大尺寸進行預留;（2）調節(jié)閥的旁通管線盡量安裝在調節(jié)閥管線的平行方向，避開調節(jié)閥的執(zhí)行機構;（3）如果調節(jié)閥的旁通管線必須安裝在調節(jié)閥管線的垂直方向時，一定要留足調節(jié)閥安裝尺寸的空間和調節(jié)閥的檢修空間;（4）調節(jié)閥用于高粘度、易結晶、易氣化以及低溫流體時，應采用保溫和防冷措施;（5）當閥安裝在有振動場合時，應考慮防震措施。

結束語

調節(jié)閥的選擇應用是一項十分重要的工作，合理地選用其理想特性使其符合現場生產控制的實際需要，必須做許多深入細致的工作。作為自控設計人員在工程設計中需盡可能地了解工藝流程，掌握各種生產流程對控制系統調節(jié)閥的具體要求，選擇與生產工藝要求相適應的調節(jié)閥性能指標，同時在調節(jié)閥安裝時既要考慮工藝及環(huán)境的要求，又要考慮閥本身的各種特性，多方考慮有機結合，才能達到預期的效果使調節(jié)閥更好地適應過程控制的要求;這樣才能這精細化設計，降低了對調節(jié)閥性能指標要求，減小了繁雜的調節(jié)閥選擇工作，另一方面又降低了成本，起到了降本增效，有利于提高經濟效益。

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