化工原油长输管道气动调节阀技术规范

原油长输管道主要是将油田或者码头的原油输送至炼化企业，为炼化企业提供炼油原材料。目前，长输管道大都采用密闭常温输送或者密闭加热输送工艺，为炼厂提供稳定的原油。对于密闭输送管道，常采用气动调节阀来实现管道进出站压力和管道压力波的自动调节。常规的气动调节阀执行机构采用气开或者气关的安全保护模式。由于原油管道输油工艺的特殊性，要求调节阀出现故障时应处于保位状态。

    1 化工原油长输管道气动调节阀技术规范出站压力调节系统
    原油管道的出站调节系统主要包括调节阀、截止阀、出站压力流量检测仪表以及泵入口汇管压力检测仪表等。系统中所有检测参数上传至站控制系统和调度中心，并在其工作站进行显示和控制等。调节阀作为调节系统的执行终端，接收调度中心和工作站控制系统的控制命令，实现管道的进出站压力自动调节，同时参与到全线的水击超前保护系统中。输油站场调节阀采用气动调节阀，并设置独立的供气系统为其提供气源。
　气动调节阀就是以压缩气体为动力源，以气缸为执行器，并借助于阀门、转换器、电磁阀、保位阀、储气罐、气体过滤器等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节，接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的：流量、压力、温度、液位等各种工艺过程参数。气动调节阀配置中的诸多附件及功能是什么呢，阀门就此介绍如下：

　　弹簧设定范围：调节阀(控制阀)执行机构弹簧调整范围，以平衡实际的过程力。
　　流通能力：在规定条件下通过阀门的额定流量。
　　间隙流：当截流元件没有座合时低于最小可控流量的那个流量。
　　膜片压力范围：膜片压力范围高低值之差。这可以认为是一种固有或安装特性。
　　双作用执行机构：在任意一个方向上都可以提供动力的执行机构。
　　动态不平衡力：由于过程流体压力的作用，在任何规定的开度下，在阀芯上产生的净力。
　　有效面积：在薄膜执行机构里，有效面积是有效地产生输出力的那部分膜片面积。膜片的有效面积可能会随着它的运动而改变，通常在行程的开始时为，而在行程的末尾时为最小。模压膜片比平板膜片有较小的有效面积改变，因此推荐使用模压膜片。
　　等百分比流量特性：(见"过程控制术语"："等百分比流量特性"。)
　　失气-关闭：这样一种状态：当驱动能源失去时，阀门截流元件移至关闭位置。
　　失气-打开：这样一种状态：当驱动能源失去时，阀门截流元件移至打开位置。
　　失气-安全：阀门及其执行机构的一种
　　特性：在驱动能源供应中断时，会使得阀门截流元件移至全闭、全开、或留在上次的位置，任何一种位置都被认为是保护工艺过程必需的。失效-安全作用方式可能需要采用连接到执行机构上的辅助控制。
　　流量特性：当百分比额定行程从0变化到100%时，流经阀门的流量与百分比额定行程之间的关系。这个术语应该总是表述为固有流量特性或安装流量特性。
　　流量系数(CV值)：一个与阀门的几何结构有关的、对于一个给定行程的常数(CV值)，可用来衡量流通能力。它是在每平方英寸1磅的压力降下，每分钟流过阀门的60°F水的美国加仑数。
　　高压力恢复阀门：一种阀门结构，由于流线型的内部轮廓和最小的流体紊流，它会分散相对少的流体能量。因此，在阀门缩流断面下游的压力会恢复到入口压力的一个很高的百分比值。直流通式阀门，如旋转式球阀是典型的高压力恢复阀门。
　　固有模片压力范围：阀体内压力为大气压时，作用于膜片以产生额定阀芯行程的压力高和低值。这个范围通常指的是弹簧设定值范围，因为当阀门被设定在该工作范围上时，这个范围将是阀门的动作范围。
　　固有流量特性：在经过阀门的压力降恒定时，随着阀门从关闭位置运动到额定行程，流量与截流元件行程之间的关系。安装膜片压力范围：在阀体承受规定的工况下，作用于膜片以产生额定阀芯行程的压力高和低值。由于作用在截流元件上的力，固有膜片压力范围可能会不同于安装膜片压力范围。
　　安装流量特性：当经过阀门的压力降受到变化的过程工况影响时，随着阀门从关闭位置运动到额定行程，流量与截流元件之间的关系。
　　泄漏量：(见"阀座泄漏量"。)线性流量特性：(见"过程控制术语"："线性特性"。)
　　低压力恢复阀门：一种阀门结构，由于流体通道轮廓产生的紊流，它会分散很大一部分的流体能量。其结果是，在阀门缩流断面下游的压力会恢复到比带有更多流线型通道的阀门更小的一个入口压力百分比值。尽管每个阀门结构不尽相同，但是普通的直通阀通常有低的压力恢复能力。
　　修正的抛物线流量特性：一种流量特性，它在截流元件的低位行程处提供等百分比的特性，而在截流元件的高位行程处提供线性特性。
　　常关阀：(见"失气-关闭"。)
　　常开阀：("见失去-打开"。)
　　向下推关闭结构：一种直通式阀门结构，它的截流元件位于执行机构和阀座环之间，这样执行机构推杆的推出会将截流元件移向阀座环，关闭阀门。该术语也可用于旋转式阀结构。在旋转式阀门结构里，执行机构推杆的线性伸出会将球或阀板移向关闭位置。(也称为正作用。)
　　向下推打开结构：一种直通式阀门结构。它的阀座环位于执行机构和截流元件之间，这样执行机构推杆的推出会将截流元件从阀座上移开，因此打开阀门。该术语也可用于旋转式阀门结构。在旋转式阀门结构里，执行机构推杆的线性伸出会将球或阀板移向打开位置。(也称为反作用)。
　　快开流量特性：(见"过程控制术语"："快开特性"。)
　　可调比：与的流量特性的偏差不超过规定的限制时，的流量系数(CV值)与最小的流量系数(CV值)之间的比例。当流量增加到100倍最小可控制流量时，一个仍然能够很好地控制的阀门就有一个100∶1的可调比。可调比也可表示为与最小可控制流量之间的比例。
　　额定流量系数(CV值)：额定行程下阀门的流量系数(CV值)。
　　额定行程：阀门截流元件从关闭位置运动至额定全开位置的距离。额定全开位置是由制造商推荐的开度。
　　相对流量系数：行程时的流量系数(CV值)与额定行程时的流量系数(CV值)之间的比例。
　　阀座泄漏量：当阀门在规定的压差和温度下处于全闭位置时，流经阀门的流体量。
　　弹簧系数：弹簧长度每单位改变时弹簧力的改变。在薄膜执行机构调节阀(控制阀)里，弹簧系数通常用磅力/英寸压缩量来表示。
　　阀杆不平衡力：由于流体压力的作用，在任意位置的阀杆上产生的净力。
　　缩流断面：流速、流体静压和截面积最小处的那部分流束。在一个调节阀(控制阀)里，缩流断面通常位于实际的物理限制的下游。

    2 化工原油长输管道气动调节阀技术规范系统控制原理
    2.1 调节阀控制原理
    气动调节阀是轴流式活塞型阀门，活塞在阀体内水平运动。活塞通过阀杆控制活塞杆水平运动，实现阀门的开关动作。调节阀采用了带有电气定位器的双作用执行机构，独立的供气系统为执行机构提供气源。电气定位器将站控制系统提供的4～20mA电流信号转换为0.02～0.1MPa的标准气压信号。气压信号控制气动放大器的进气或者排气，气动放大器与执行机构的气缸相连。此时，若气缸下路进气，则上路排气，阀杆向上移动，阀门打开；反之，阀杆下移，阀门关闭。阀门到达与控制信号相对应的阀位后，定位器的两路气压输出达到平衡，气动放大器不再进气或排气，阀门停止移动。执行机构气缸内气体变化，从而推动阀杆上下移动，并带动活塞杆左右移动，使阀门在全行程上移动。调节阀控制原理图如图1所示。
    2.2 电气定位器控制原理
    电气定位器是基于微处理器将电信号转换成气动信号的仪表。微处理器将给定值与阀门形成的反馈值进行比较，当出现偏差时，微处理器依据偏差的大小和方向输出一个驱动信号。该驱动信号通过电气（I/P）转换器，将电信号转换成气动信号，再通过气动放大器放大，按照位置方向输出给气动执行机构。执行机构依据接收的信号A或者信号B进行上下移动，从而使阀门开度在全行程上进行移动。电气定位器控制原理图如图2所示。

化工原油长输管道气动调节阀技术规范技术参数及性能：

阀体部分：

化工原油长输管道气动调节阀技术规范阀内部件：

表1．可提供的用户选择

化工原油长输管道气动调节阀技术规范 材料及内部结构

化工原油长输管道气动调节阀技术规范注：

1、以上为标准的配置结构，阀座为金属对金属，PTFE软阀座是VI级密封的可选件。还可提供用斯太莱合金涂层的硬化阀内件。针对具体使用温度，我们有更加合理的螺栓螺母选择。

2、PTFE V形环阀杆填料是的标准配置也可选用柔性石墨，一个配备石墨填料的加长型阀盖可用于温度超过232℃（450华氏温度）的场合。

3、标准的阀体材料是碳钢和不锈钢，还可以提供多种用于高腐蚀性应用场合的合金材料。

    3 化工原油长输管道气动调节阀技术规范现有调节阀安全模式
    3.1 方案分析
    气动调节阀实现了出站压力的调节控制，电气定位器能够使其在全行程上进行移动。执行机构可以连续地做增压或者减压的调整，以达到较好的控制效果。但调节阀执行机构存在故障状态下安全模式选择的问题。安全模式的选择首先要保证生产的安全性，其次是生产的连续性。由于长输管道的特殊性，要求当调节阀出现故障时，调节阀处于保位状态。
    3.2 保位措施
    调节阀的故障状态有断气、断电和断信号三类。
    在断气故障状态，连接到液压单元的气压信号中断，液压单元的内部液压油路被关闭。由于液体是不可以压缩的，液压缸内的阀杆无法移动，因此执行机构被锁定，实现保位功能。由于供气管线安装有压力变送器，当调节阀出现断气故障时，站控制系统发出气源压力低报警信号，提醒工作人员及时处理并检查调节阀状态信息。
    在断电故障状态，由于控制系统电源采用在线式不间断电源（UPS）供电，且后备电池时间为2h，因此调节阀不考虑断电时的保位措施。 在断信号故障状态，无法切断液压单元的气压信号，因此无法实现保位功能。

    4 化工原油长输管道气动调节阀技术规范改造后调节阀安全模式
    针对断信号故障状态下无法实现保位功能的问题，对调节阀执行机构进行改造。在电气定位器和执行机构之间加装电磁阀，控制室增加信号保护模块，实现调节阀断信号保位功能。改造后调节阀控制原理图所示。
    正常状态下，电磁阀处于常开状态。将定位器输出的信号A和信号B与气源压力进行比对，并由气动放大器将差值信号附加在膜盒的两侧，从而推动阀杆上下动作，使膜盒上下压力达到平衡。当出站压力、进泵汇管压力出现波动时，由调节阀阀杆带动活塞杆动作，使调节阀处于平衡状态，确保出站压力控制在设定值。
    当出现断信号故障时，信号保护模块检测到控制信号中断，则立刻停止对电磁阀供电，电磁阀掉电自动关闭，切断液压单元的气压信号，从而使液压单元的内部液压油路关闭。

    5 化工原油长输管道气动调节阀技术规范安装调试及应用
    安装完成后，首先对调节阀原有的开阀、关阀、调节功能进行测试，通过调节参数值，设定其性能，使其与改装前保持一致，实现调节功能。其次，测试其断气保位功能。最后，测试其断信号保位功能：通过系统软件屏蔽信号进行测试，此时电磁阀关闭，调节阀停止动作，上位机显示调节阀开度不变；解除屏蔽后，电磁阀打开，调节阀正常工作。同时，通过解除信号线进行测试，同样电磁阀关闭，调节阀停止动作，上位机显示调节阀开度不变；接通信号线后，电磁阀打开，调节阀正常工作。

    6 化工原油长输管道气动调节阀技术规范结束语
    本文提出了一套对调节阀增加电磁阀和信号保护模块的设计方案，实现了调节阀的故障保位功能。目前已完成对输油站场调节阀的改造，并已成功应用于原油管道进出站调节系统。实际应用证明，对于密闭输送管道，调节阀的保位功能切实保障了原油的顺利输送，确保下游设备和管道的安全