摘要：库尔勒至鄯善输油管道采用了常温密闭输送工艺及SCADA系统等先进技术，是目前国内自动化水平领先的一条管道。详细介绍了自荷兰引进的RZD-RMBX型减压阀的结构、工作原理、调节特性及运行工况。该减压阀首次在国内输油管道上用于解决大落差的难题。运行一年多来，工作平稳正常，效果良好。

关键词：输油管道 减压阀

　　1997年7月我国首次引进荷兰莫克维迪(Mokveld)公司64.8　mm　ANSI　600　RZD-RMBX型减压阀，用于库鄯输油管道吐鲁番盆地西南部落差最大(115　km内落差达1　660　m)的觉罗塔格山至艾丁湖减压输油段。运行一年多来，工作平稳正常，效果良好。

一、减压阀的结构及工作原理

　　减压阀是一种轴流式调节阀，由阀外体、阀内体、阀杆、活塞杆、活塞和笼筒组成(见图1)。

图1　减压阀结构示意图
1—阀外体；　2—阀内体；　3—活塞杆；　4—阀杆；　5—活塞；　6—笼筒

　　1、　阀　体
　　 阀体包括阀外体和阀内体，是一完整的铸造体，阀的内外体之间有一轴向对称流道，见图1箭头所示处。
　　 2、　笼　筒
　　 笼筒是减压阀的关键部件，结构见图2。壁面上有许多孔洞，RZD-RMBX型减压阀选用三层笼筒，即笼筒壁面分三层，每层按一定规律分布有许多孔洞，三层壁面按一定的要求组合为一体(见图2)。

图2　笼筒示意图

　　3、　活塞杆和阀杆
　　 活塞杆与阀杆构成一个90°的角式传动机构(见图1)，活塞借助此传动机构在导轨内沿阀门的中心线运动，活塞杆与阀杆上的45°的齿条相互耦合，阀杆上下传动，带动活塞杆及活塞在全行程上前后运动。活塞的端面上均匀分布有孔洞(见图1)，以使活塞内外压力平衡，前后运动时不受轴向压力的影响。
　　 4、　工作原理
　　 减压阀是活塞型阀门，活塞在笼筒内被导引，节流发生在活塞边缘与笼筒的孔口之间，油流来自笼筒外，因此在笼筒层孔内油流速度很高，笼筒选用的材质高度抗腐蚀与磨蚀。减压阀有获专利的密封系统，主密封圈位于笼筒的最前端，活塞在全行程上被导引，当被推动穿过主密封圈时，阀门前后的差压强迫主密封圈紧贴活塞壁而紧密关闭阀门。活塞通过活塞杆的导引在笼筒内前后运动，阀杆借助它与活塞杆上的45°的齿条传动活塞杆，当执行机构驱动阀杆向上时，活塞向后移动，开大阀门；当执行机构驱动阀杆向下时，活塞向前移动，关小阀门。
　　 减压阀采用了带气动阀门定位器的活塞执行机构，气源装置给执行机构提供了一定压力的压缩空气，电／气转换器把从控制室来的4～20　mA　DC信号转换为0.02～0.1　MPa的标准气动信号，传输信号为电信号，现场操作为气动信号。执行机构接受控制信号转换成相应的直线位移输出，通过推杆带动阀杆上下移动，从而使阀门开度在全行程上变化。
　　 5、　性能特点
　　 轴向对称流道。阀体采用了轴向对称流道，完全避免了优先流和不必要的流向改变，使噪音和紊流趋势明显降低。
　　 气密级专利密封系统。减压阀具有获专利的密封系统，即使在最恶劣的工作条件下，也能在全压力范围内保证关断严密。
　　 压力平衡。由于减压阀装配了压力平衡活塞，使得操作活塞的轴向力与阀门两端的压差无关，因此使用较小的执行机构就能达到快动的目的。

二、调节特性

　　减压阀的调节特性是由阀内部件的结构决定的，所谓调节特性是指流过阀门介质的相对流通能力与阀门相对开度的关系，相对流通能力是阀门某一开度时流通能力与全开时流通能力之比，相对开度是阀门某一开度与全开度之比^〔1〕。减压阀的调节特性如图3所示。
　　 从图3中可以看出，减压阀具有良好的线性调节特性，最小流量时开度约在10%处，这一点使得阀门接近关闭时工作缓和平稳，确保关断严密。在正常的可调范围内流量变化与阀门开度成线性关系。

图3　减压阀特性曲线

三、减压阀在管道中的调节原理

　　库鄯输油管道使用了两个减压阀，并联安装在觉罗塔格减压站，其中主阀PV1001起主要调节作用，副阀PV1002起备用调节作用，库鄯输油管道一期工程水力坡降线示意图如图4所示。

图4　库鄯输油管道一期工程水力坡降线示意图

　　从图4中可以看出减压阀的主要作用是。
　　 (1)在减压站通过减压阀节流降压，消耗掉管道最高点至末站进站间的多余位能(P₂－P₃)。
　　 (2)通过减压阀控制减压站上游管道的压力，保证高点正压运行，并避免高点至减压站管道内出现不满流现象。
　　 (3)全线停运时，通过减压阀的严密关断，防止减压站上游出现不利于再启动的空管现象。
　　 图4中高点与减压站处由伯努利方程得到简化后的稳定流的能量方程^〔2〕：

　　即　P₂＝P₁＋γ（Z₁－Z₂）-γ^.h_f
　　 由列宾宗公式得：

　　（1）

式中　Z₁——高点高程，m；
　　　 Z₂——减压站高程，m；
　　　 P₁——高点压力，Pa；
　　　 P₂——减压站进站压力，Pa；
　　　 Q——管道内原油流量，m³／s；
　　　 d——管道内径，m；
　　　 L——高点至减压站间的管道长度，m；
　　　 γ——油品相对密度，kg／m³；
　　　 ν——油品运动粘度，m²／s；
　　　 β——流态系数，取0.024　6　s²／m。
　　 其中Z₁、Z₂、d、L、β、γ、ν为已知，为了保证高点正压运行，取P₁为0.2　MPa(设计参考值)，由式(1)中可以得出：减压站的进站压力P₂随Q变化而变化，Q取首站出站流量。在实际运行中P_SP（减压站进站压力设定值）由SCADA系统根据实时测定的Q进行计算得出，并从主机系统实时传给减压站的站控PLC，由PLC内的PID(比例积分微分)调节程序对减压站的上游压力P₂进行控制。
　　 当P₂＜P_SP时，PV1001关小，直至偏差e＝P₂－P_SP＝0为止；
　　 当P₂＞P_SP时，　PV1001开大，　直至偏差e＝0为止；
　　 当P₂＝P_SP时，PV1001保持当前开度。
　　 副阀PV1002是备用调节阀，其压力设定值为固定值，即不随管道流量变化而变化。当主阀PV1001故障关闭或流通能力不够时，副阀将自动参与调节，两阀的压力流量曲线如图5所示。

图5　压力流量曲线图

　　由图5可看出，主阀PV1001控制上游压力随流量增大而减小，而副阀PV1002控制上游压力为一定值，但两阀出口压力(随流量的变化)相同。