RZD-RMBX型控制閥是由荷蘭莫克維迪公司制造的一種軸流式氣動(dòng)閥門(mén)，壓力等級(jí)ANSI 600，用于安裝在長(zhǎng)輸管道上起到壓力調(diào)節(jié)與減壓作用，它具有調(diào)節(jié)和保持翻越點(diǎn)至控制閥上游管段正壓力運(yùn)行，避免管路出現(xiàn)不滿流現(xiàn)象，防止輸送設(shè)備的損壞和水擊的發(fā)生；另外，管線在停輸時(shí)隔斷因地形落差產(chǎn)生的靜壓力，防止靜壓力超過(guò)管線允許值而導(dǎo)致爆管事故的發(fā)生。

      1 閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

      1.1 結(jié)構(gòu)

      控制閥是一種軸流式氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，主要是由閥外體、閥內(nèi)體、閥桿、活塞、活塞桿和籠筒構(gòu)成（如圖1）。

      （1）閥體

     閥體包括閥外體和閥內(nèi)體，在閥內(nèi)體和閥外體之間有一個(gè)軸向?qū)ΨQ的流道，如圖1所示。

      （2）活塞和活塞桿

      活塞和活塞桿構(gòu)成一個(gè)90°的角式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如圖1），活塞借助此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在導(dǎo)軌內(nèi)沿閥的中心線運(yùn)動(dòng)，活塞桿與閥桿上45°的齒條相互耦合，閥桿做上下傳動(dòng)，帶動(dòng)活塞桿和活塞在全行程上前后運(yùn)動(dòng)。為了保證活塞內(nèi)外壓力平衡，在活塞端面均勻分布著孔眼，使活塞在做前后運(yùn)動(dòng)時(shí)不受軸向力的影響。

      （3）籠筒

      RZD-RMBX型控制閥是由三層籠筒構(gòu)成，每層籠筒壁面按照一定的規(guī)律均勻分布有許多直徑5～7mm的小孔，根據(jù)籠筒直徑的不同由大到小依次相互嵌套組合成為一體。

      1.2 工作原理

      RZD-RMBX型控制閥是一個(gè)完整的鑄造體，活塞在帶有孔眼的籠簡(jiǎn)內(nèi)被導(dǎo)引，并沿著閥門(mén)的中心線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)流體經(jīng)籠筒外部流向籠簡(jiǎn)內(nèi)部時(shí)，由于在籠筒壁上均勻分布著許多小孔，使液體的位能因摩擦阻力的陡增而轉(zhuǎn)換成為熱能和動(dòng)能。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的熱能大部分被流動(dòng)的流體帶走，使位能大幅度降低，因此在控制閥前后就形成了壓力差。

      閥門(mén)開(kāi)度的大小是通過(guò)調(diào)節(jié)活塞的行程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)活塞向右移動(dòng)時(shí)，活塞遮住籠筒孔眼數(shù)量增加，使液體通過(guò)籠筒流通截面積減小，此時(shí)液體通過(guò)閥門(mén)的流量減小；當(dāng)活塞移到*右端時(shí)，活塞封堵了籠筒全部孔眼，此時(shí)閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。

      2 工作特性

      2.1 調(diào)節(jié)特性

      從圖4曲線1中可看出，控制閥在正常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)流量的變化與閥門(mén)的開(kāi)度呈線性關(guān)系，閥門(mén)運(yùn)行時(shí)*小流量開(kāi)度值為10%，這樣當(dāng)閥門(mén)接近關(guān)閉狀態(tài)時(shí)工作緩和平穩(wěn)，確保關(guān)斷嚴(yán)密。

      2.2 主要特點(diǎn)

      （1）降壓效果顯著

      RZD-RMBX型控制閥采用的是三層多級(jí)導(dǎo)向迷宮式籠筒，因流體通過(guò)籠筒時(shí)經(jīng)過(guò)三次截面收縮，流體的壓力被大幅度降低。它還具有較大的壓力調(diào)節(jié)范圍，在實(shí)際運(yùn)行中壓力可由4.0MPa調(diào)降至0.1MPa。

      （2）結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲低和振動(dòng)小

      由于采用結(jié)構(gòu)緊湊的軸向?qū)ΨQ式流道，完全避免了優(yōu)先流和軸向不必要的改變，明顯地降低了運(yùn)行時(shí)的噪聲和振動(dòng)。

      （3）壓力平衡

      在閥中裝配有壓力平衡活塞，使閥門(mén)在運(yùn)行時(shí)的軸向力完全與閥兩端的壓差無(wú)關(guān)，因此可以使用較小的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就能夠達(dá)到快動(dòng)的目的。

      （4）密封效果好

      它采用氣泡級(jí)密封，無(wú)論工作環(huán)境有多惡劣，都能夠保證在全壓力范圍內(nèi)關(guān)斷嚴(yán)密。

      （5）工作適用性

      由于采用以氣體作為控制閥的動(dòng)力，并具有熱、備兩個(gè)壓力在1.0MPa和體積為10m³儲(chǔ)氣罐；設(shè)備和工藝要求簡(jiǎn)單，并可在停電的情況下保障控制閥連續(xù)穩(wěn)定工作20min，因此適用于地理環(huán)境差的工作條件。

      3 控制閥在庫(kù)鄯輸油管道上的應(yīng)用

      3.1 庫(kù)鄯線簡(jiǎn)介

      庫(kù)鄯輸油管線位于新疆維吾爾自治區(qū)，西起庫(kù)爾勒市，東至終點(diǎn)都善；管道全長(zhǎng)491km，管線沿線地形條件復(fù)雜，人煙稀少，社會(huì)依托條件極差，其中沿線海拔點(diǎn)為1560.2m，點(diǎn)為-99.3m，落差1660.0m左右（如圖2）；全線設(shè)有爾勒首站、覺(jué)羅塔格減壓站和鄯善末站各一座；管線直徑610mm，輸送原油500 x 10⁴t/a，首站出站工作壓力8.0MPa；全線采用常溫密閉輸送工藝及SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)，首站設(shè)分控中心，用于對(duì)全線進(jìn)行集中自動(dòng)監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)度管理，減壓站為無(wú)人值守站，末站承擔(dān)著原油外運(yùn)任務(wù)。

      3.2 控制閥安裝依據(jù)

      根據(jù)庫(kù)鄯線各站及翻越點(diǎn)和點(diǎn)位置情況（表1），管線落差為1660m，管線在充滿流體靜止時(shí)，點(diǎn)處?kù)o壓力約為16.27MPa，因此設(shè)置控制閥一方面保證在輸油過(guò)程中翻越點(diǎn)至控制閥上游管段不發(fā)生不滿管現(xiàn)象，以及管線在停輸時(shí)因靜壓力超高，發(fā)生爆管事故；另一方面減少了低點(diǎn)處管壁厚度，降低了管道建設(shè)成本。所以依據(jù)鄯善線所處的地理位置，在管線大落差處設(shè)減壓站是非常必要的。 

表1 庫(kù)鄯線各主要站點(diǎn)位置

      3.3 控制閥在長(zhǎng)輸管道上的調(diào)節(jié)原理

      減壓站安裝有兩個(gè)并聯(lián)在管路中的控制閥（如圖3），在運(yùn)行狀態(tài)下主閥PV1001起調(diào)節(jié)作用，它根據(jù)首站外輸油量的變化，由SCADA系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)點(diǎn)壓力設(shè)定值，以保證控制閥至點(diǎn)處要求的壓力值。如果當(dāng)主閥PV1001發(fā)生故障關(guān)閉或因其它原因流量無(wú)法滿足需求，并且當(dāng)控制閥上游壓力值達(dá)到副閥PV1002壓力設(shè)定值，此時(shí)副閥PV1002自動(dòng)開(kāi)啟，并將壓力維持在副閥PV1002設(shè)定值。當(dāng)主閥PV1001可以滿足點(diǎn)壓力設(shè)定值時(shí)，副閥PV1002將自動(dòng)關(guān)閉。這樣即可以保證點(diǎn)處正壓力運(yùn)行，又可避免高點(diǎn)至減壓站出現(xiàn)管路中不滿流現(xiàn)象。

      3.4 數(shù)學(xué)模型計(jì)算

      根據(jù)伯努力方程式^[1]推導(dǎo)可得，在流態(tài)為水力光滑區(qū)的正常輸油過(guò)程中，高點(diǎn)至減壓站設(shè)定值可通過(guò)下式計(jì)算出：

      式中：  

      P_設(shè)－減壓站進(jìn)站壓力控制器設(shè)定值；
      P_離－翻越點(diǎn)（高點(diǎn)）壓力，控制值設(shè)定為0.1～0.2MPa；
      ρ－油品密度，kg/m³；
      g－重力加速度，9.8m/s²；
      Z_高－翻越點(diǎn)高程，m；
      Z_減－減壓站高程，m；
      β－系數(shù)，0.0246；
      Q－管道內(nèi)流體流量，m³/s；
      v－油品運(yùn)動(dòng)粘度，m²/s；
      d－管道內(nèi)徑，m；
      L－翻越點(diǎn)至減壓站的管線長(zhǎng)度，m。

      其中：在實(shí)際輸油過(guò)程中Q取首站出站流量，其余參數(shù)均為已知常量，因此SCADA系統(tǒng)通過(guò)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，可計(jì)算出減壓站進(jìn)口壓力設(shè)定值P設(shè)，然后通過(guò)主機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將計(jì)算值反饋給減壓站控制器，達(dá)到對(duì)控制閥上游的壓力進(jìn)行控制。

      當(dāng)P_高 <P_設(shè)時(shí)，主控閥PV1001將關(guān)小，直到偏差值ζ＝P_高－P_設(shè)＝0；

      當(dāng)P_高 >P_設(shè)時(shí)，主控間PV1001將開(kāi)大，直到偏差值ζ＝0；

      當(dāng)P_高＝P_設(shè)時(shí)，主控間PV1001將保持原有的開(kāi)度；

      副閥PV1002壓力設(shè)定值為常量固定值，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)設(shè)定值P_高＝6.50MPa。

      3.5 運(yùn)行分析

      RZD-RMBX型控制閥是具有九十年代水平的壓力控制閥，在我國(guó)應(yīng)用到大管徑和大落差長(zhǎng)輸原油管道還是首次。在投產(chǎn)試運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)由于籠筒孔眼只有5～7mm，在受到管內(nèi)流體各種因素的影響下控制閥內(nèi)堆積許多雜物，導(dǎo)致籠筒過(guò)流面積減小，造成在大流量輸油時(shí)無(wú)法滿足運(yùn)行要求。后雖在控制閥前安裝過(guò)濾器，起到一定的效果，但對(duì)已造成堵塞籠筒的過(guò)流能力沒(méi)有明顯的改善。在實(shí)際運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)隨著停輸次數(shù)的增加，可明顯的改善控制閥的流通能力，這一點(diǎn)從表2數(shù)據(jù)得到說(shuō)明。因此根據(jù)新疆塔里木油田原油物性好這一特點(diǎn)，增加輸油管線啟、停輸次數(shù)。由于油流瞬間速度壓力的改變對(duì)寵筒孔限產(chǎn)生沖刷和剪切作用，經(jīng)過(guò)三個(gè)月共計(jì)17次的啟、停輸運(yùn)行，控制閥在相同的輸量情況下開(kāi)度由73%下降到60%，原油通過(guò)量明顯增大，目前已基本恢復(fù)出廠狀態(tài)。 

表2 啟、停輸對(duì)減壓閥開(kāi)度的影響

注：以上參數(shù)均為月平均值

      4 改進(jìn)措施

      （1）目前控制閥籠筒孔眼*小直徑為5mm，為防止控制閥再次發(fā)生堵塞現(xiàn)象，需在闊前安裝過(guò)濾器，在充分考慮流體通過(guò)量的前提下，過(guò)濾器內(nèi)過(guò)濾網(wǎng)眼對(duì)角線應(yīng)不大于4mm，且過(guò)濾網(wǎng)還應(yīng)具有較高的強(qiáng)度及不變形和抗腐蝕的能力。
      （2）針對(duì)我國(guó)原油具有粘度大、凝點(diǎn)高和膠質(zhì)含量多的特點(diǎn)，制定出合理的清管周期，以保證國(guó)孔眼小導(dǎo)致流通能力下降，這對(duì)確保輸油管線安全是非常重要的。
 

      （3）在氣溫較低時(shí)可在過(guò)濾器前鋪設(shè)電伴熱帶，以根據(jù)管中油溫的變化，對(duì)進(jìn)入控制閥油流進(jìn)行加熱，以防止由于油溫過(guò)低導(dǎo)致原油中蠟和膠質(zhì)的析出，影響控制閥的通油能力。
      （4）為了進(jìn)一步降低流體通過(guò)控制閥的速度，可考慮增加一條直徑86mm并與控制閥并聯(lián)運(yùn)行的管路，以加大緩解減壓后流體的流速。
      （5）定期對(duì)控制閥氣源裝置系統(tǒng)進(jìn)行檢查，保證控制閥在運(yùn)行時(shí)安全、可靠。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司