华东管道设计研究院有限公司 江苏 徐州 221008
摘要:
在长距离输油管道运行中,水击现象的产生对管道运行安全存在巨大安全隐患,因此,在长输管道生产运行中设置完善的水击保护系统是必不可少的,而水击泄压阀在水击保护系统中是不可或缺的关键设备。本文结合长输油管道自身的特点及管道储运公司生产中的实际应用及使用效果,对水击泄压阀的种类、构造、原理及应用等方面进行深入研究与探讨。
关键词:泄压阀;水击;结构;原理;使用
1引言
当前国内油气管网运行安全受到社会广泛关注,在长输油管道运行时当出现阀门突然关闭或开启、输油泵突然启动或停止或管道止回阀失灵时,均会导致管道内输送介质瞬时流速发生剧烈变化,进而引起输送介质动量迅速改变,导致管道压力产生剧烈变化。导致管道产生水击现象。一旦产生水击现象,管道压力将迅速升高,管壁将承受巨大应力;管道压力的剧烈变化,进而引发输油管道和输油设备的剧烈振动,振动可使管道、管道附件及输油设备的机械损伤,严重时甚至造成管道、管道附件及输油设备的损毁, 对企业财产及输油生产安全存在着巨大威胁。这种导致管道压力急剧变化的水击现象, 在输油生产过程中是必须避免和严格防止的。
2泄压阀的种类及技术特点
泄压阀本体和驱动单元为水击泄压阀主要组成部分。水击泄压阀根据驱动力的来源不同分为自力式和他力式。根据泄压阀本体结构的不同,将水击泄压阀分为活塞式和轴流式。根据其驱动力类型不同,将水击泄压阀分为氮气式和先导式[1]。
氮气式水击泄压阀对输送介质黏度的要求不高,在原油管道中应用较为广泛。
先导式水击泄压阀对输送介质的黏度要求相对较小。在成品油管道中较多采用此类型泄压阀。
2.1 氮气式水击泄压阀
主要应用于原油输送生产中,氮气式水击泄压阀以轴流式结构的氮气式水击泄压阀为主,该类型水击泄压阀典型系统图如图2.1所示。
图2.1氮气式水击泄压阀典型系统图
如图2.1所示,1、泄压主阀2、可调节氮气控制系统3、减压阀4调节氮气瓶和5压力控制组件等组成氮气式水击泄压阀,并安装于7泄压管路上,泄压主阀1前端的泄压管路上连接隔断阀6,管道后端连接至泄压罐,泄压管线7设置在输油主管路8的旁路上。
2.1.1 工作原理
工作原理为:可调节氮气控制系统2内氮气经减压阀减压后作用于泄压主阀1的氮气腔12内,并使活塞11贴紧阀座13,活塞11同时承受来自泄压主阀1上游介质的压力,当介质作用力小于氮气式水击泄压阀设定压力时,活塞11关闭。当介质作用力大于氮气式水击泄压阀设定压力时,活塞11打开。调节氮气瓶4与氮气腔12连通,其作用是为了扩大氮气腔12容积,从而降低活塞11开启时氮气腔压力的增加量。
当输油管路处于正常输送状态下时,输油主管路8和泄压主阀1前端的管路内介质的压力低于氮气式水击泄压阀的设定压力,此时氮气式水击泄压阀处于关闭状态。当主管路8产生水击现象后,水击压力波沿管线传递到泄压主阀1,泄压主阀1将在水击压力作用下打开并将主管路8内的介质泄放至泄放罐,当主管路8内介质压力低于设定压力时,泄压主阀1关闭。
2.1.2氮气式水击泄压阀阀门结构
氮气式水击泄放阀主要由主阀、氮气控制系统、温差平抑氮气瓶等部件组成, 图2.2为典型氮气式水击泄放阀结构图。主阀结构见图2.3氮气式水击泄放阀主阀结构图。氮气控制系统主要由高压氮气瓶,减压阀、压力检测仪表,连接管件等构成。
图2.2氮气式水击泄放阀主阀结构图
氮气式水击泄放阀的设定压力来自于氮气控制系统,氮气控制系统橇座上的高压氮气瓶组(气源)提供的高压氮气经调压装置减压至阀门设定值所对应的氮气压力,通过连接氮气控制系统和主阀的不锈钢管充入主阀内的阀腔,为水击泄放提供设定压力。
图2.3氮气式水击泄放阀氮气控制系统图。
先导式泄压阀由一个泄压主阀和一个控制动作的辅助导阀组成。先导式泄压阀[2]的最主要特点是主阀的关闭的动力来源是依靠介质的压力。当管线介质的压力小于导阀的设定压力时,导阀将入口介质引至活塞体后侧,依靠活塞体后侧面积大于活塞体入口面积的活塞效应实现泄压阀主阀关闭。
2.2.1先导式水击泄压阀工作原理
发生水击时,当被保护管线的管线压力升至大于导阀设定压力时,导阀开启,并使主阀活塞腔内介质泄放到泄压阀主阀出口端,此时活塞体入口处介质产生的压力大于活塞体后侧产生的压力,泄压阀主阀将打开进行泄压。当泄放后压力值低于导阀设定压力时,导阀关闭,使主阀活塞腔内大于活塞体前介质压力,活塞体关闭,泄压阀又将处于关闭静止状态。
图2.4 先导式泄压阀工作原理图
①系统构成
先导水击泄压由泄放主阀和导阀控制系统两大部分组成。
先导式水击泄压阀结构如下
图2.5先导式水击泄压阀结构图
主阀部分 | |||
1 | 阀体 | 12 | 保护盖 |
2 | 活塞体 | 13 | 弹簧 |
3 | 文丘里段 | 14 | 位移传感器(可选项) |
4 | 阀座支承圈 | 15 | 排污阀 |
5 | 阀座 | 16 | O型圈 |
6 | 阀座压环 | 17 | O型圈 |
7 | 减振垫 | 18 | O型圈 |
8 | 减振垫压环 | 19 | O型圈 |
9 | 轴套 | 20 | 内六角螺钉 |
10 | 轴套盖 | 21 | 内六角螺钉 |
11 | 传感器压环 | 22 | 内六角螺钉 |
导阀部分 | |||
23 | 阀体 | 31 | 保护盖 |
24 | 活塞体 | 32 | 弹簧 |
25 | 文丘里段 | 33 | 位移传感器感应圈 |
26 | 阀座支承圈 | 34 | 排污阀 |
27 | 阀座 | 35 | O型圈 |
28 | 阀座压环 | 36 | O型圈 |
29 | 减振垫 | 37 | O型圈 |
30 | 减振垫压环 | 38 | O型圈 |
3管道储运公司水击泄放阀应用效果
目前,从管道储运公司设有水击泄放系统的输油管道的长期运行情况可以看出,氮气式水击泄放阀对于因水击现象产生的管道超压进而引起管线的非计划停输大幅度减少。生产实际应用效果显著,不仅大大降低了水击波对输油设备的损害,而且极大的减少了管道冒油等事故的发生。
3.1管道储运有限公司典型应用
甬沪宁、华北原油管网各站进站管线和进库管线设置低压泄压阀系统更新工程,甬沪宁管道工程,由于起输量低,未设置低压保护系统。目前该管线满负荷运行,为增加管道和设备的安全性,各站进站和进库管线增设低压保护系统。
南京输油处长兴站出站高压泄压阀更新工程长兴站2006年二期投产时出站管线上安装了先导式高压泄压阀(4“ CLASS600)。该泄压阀经过几年的运行发现,此类型的高压泄压阀不适合在原油管线上运行使用,其一,不能够准确泄压,即使泄压后也不能及时回关。其二,不能按规定定时校验,因担心校验后不能严密关闭。究其原因还是原油的粘度较高,含杂质较多,与设计之初提供的甬沪宁进口原油品质相差极大,实际输送的原油极易堵塞和破坏这种泄压阀内的传递部件,使其失去泄压功能。因此必须更换这种先导式高压泄压阀,否则就不能为出站管道提供超压保护作用。
南京输油处册子岛出站高压泄压阀更新工程册子岛投产时出站管线上安装了先导式高压泄压阀(6”,CLASS600)。该泄压阀经过几年的运行发现,此类型的高压泄压阀不适合在原油管线上运行使用,虽然经历两次运行压力达泄压值的情况,但没有一次能够准确泄压,即使勉强泄压后也不能及时回关。此时只能使泄压阀退出运行,解体大修(已解体大修两次)。究其原因还是原油的粘度较高,含杂质较多,与设计之初提供的甬沪宁进口原油品质相差极大,实际输送的原油极易堵塞和破坏这种泄压阀内的传递部件。因此必须更换这种先导式高压泄压阀,否则就不能为出站海底管道提供超压保护的作用等。
水击泄放阀的使用极大的增强了管道运行的安全性及稳定性,使国家能源及环境保护增加了一道强有效的保护层,极大的降低了输油管道给管道沿线环境及人民群众生产生命安全带来威胁及影响。图3.1是某管道临时投产时,水击泄放阀尚未安装,因炼厂操作人员失误,关断进罐汇管阀门,造成管道蹩压,产生水击,造成罐前阀组区流量计、阀门垫片撕裂冒油,引起环境污染、设备损坏、临时停产等诸多问题。
图3.1
4 结束语
水击现象的产生对长输油管道存在着巨大的安全隐患,对外管道及输油生产设备的运行安全有着致命的伤害,为了进一步保证长输管道生产运行安全,最大程度的减少企业因水击现象的产生造成的损失,降低对管道沿线自然环境及人民生命财产的影响,为了保证管线的运行安全,深入研究水击现象的产生的各方面因素,并制定相应的防范措施是十分必要的。
[1]陈明,蒲家宁,苏万全.长输管道水过程中的同步现象.管道技术与设备, 2004(4):4- 5.
[2]张吉泉,徐毅.长输管道水击泄压阀的运用.油气储运,2006(10):58—61.
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