通过分析,此处为工艺流程上的大尺寸、大流量、高压力、低压差典型工况。按照常规的设计思路,选用单座直通型调节阀,结合厂家产品,匹配管线尺寸的最大阀门尺寸为DN500(20in),即使选用DN500(20in)阀门,受制于单座直通型调节阀内部流道结构的限制,所需的压降要远大于允许压降,超出了工艺参数的允许范围,因而此方案不可行。
由图1球型调节阀阀内件结构可知,当调节阀位于100%开度时,其内置隔板平行于管道,几乎不产生压损,计算CV值远大于相同尺寸磅级的单座直通阀。因此,结合此处工艺参数,选用球型调节阀可以很好地满足流程控制需求,经软件计算,DN400(16in)的调节阀即可满足流通能力需求。
此处采用球型调节阀解决方案,不仅解决了工艺流程上阀门选型问题,还减小了阀门尺寸,节省了平台空间,降低了油田开发投资成本。
2.3 多级降压阀芯
当采用内置隔板式多级降压阀芯时,介质通过该球型调节阀,其压力变化曲线如图2所示,流速变化曲线如图3所示。对于普通单级/双级节流调节阀门,由于介质流经阀门时会产生很大的压降,进而导致气蚀;同时由于介质流速增大(甚至达到声速),会引发高分贝噪音,破坏流体状态。而采用图1所示的内置隔板式球型调节阀,当高压流体通过隔板形成微小层压,避免介质在阀腔内膨胀和压缩,同时该设计在引导流体介质自行分散能量的同时,保持阀芯的机械稳定,避免流体介质剧烈扰动及流速过快。因此,噪音、气蚀和高频振荡几乎被消除,并保证流体及上下游系统的稳定。
图2 速度隔板变化曲线示意
图3 压力隔板变化曲线示意
2.4 自清洁功能
当砂砾和其他更具威胁的阻隔物体在阀门关断时累积,或调节时在阀芯内积存,那么自清洁功能就变得尤为重要了。由于采用逐级衰减阀腔流体方式的特殊设计,通过阀门的砂砾冲击不会达到损坏的速度,流体经过若干个通道的引导避免了形成损坏阀体和阀座的冲击力。自清洗过程非常简单,当流体在阀芯隔板顶部产生超压,同时在隔板下部产生负压时,完成一次自清洗,流体不但清洗隔板表面,如堵塞严重,控制器会自动给出增加阀门开度的信号,增加开度会进一步提高隔板顶部的流体速度和压力以及下部负压,从而加强自清洗的效果。
3 球型调节阀技术特点
由于球型调节阀具有特殊的阀体设计理念,因而有着与普通单座直通调节阀不同的技术特点。
1)得益于其内部构造,相同尺寸磅级的球型调节阀与普通单座直通阀相比,具有更大的流通能力,可以很好地适应大流量工况。
2)相同流通能力的情况下(CV值相同),选用球型调节阀可以选择较小口径阀门,体积小、质量轻,可减少投资,节省空间。
3)可将调节滞后和死区值降低到最低程度,能够在0.5%的范围内重复阀位。
4)阀门可调比可达到400∶1。
5)此类阀门满足API6D设计规范,可采用固定球,阀体材质选用锻造,阀球喷涂硬化材料,与普通调节阀相比,更加适用于高压力、含沙等恶劣工况。
6)特殊的阀芯设计,使其具有抗汽蚀、防噪声功能。
7)阀体无堵塞,可以进行自清洁。
8)阀杆、阀座密封可达到关断阀的密封性能,阀杆密封寿命长,阀球密封等级高。
9)可进行双向调节。
由于球型调节阀具有以上性能,当面对严苛工况,使用球型调节阀不失为一种良好的设计选型解决方案。
4 结束语
该项目中使用球型调节阀,解决了工艺流程上流量大、压降变化大的问题,且由于此类型调节阀流通能力大,减小了阀门尺寸,降低了工程投资。类似的项目经验将会在海洋石油开发工程中得到越来越广泛的应用。
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(来源:未知)
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