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输油管道氮气泄压阀
上海申弘阀门有限公司
1、输油管道泄压阀概述
之前介绍进口智能电动防爆调节阀VTON，现在介绍氮气控制泄压阀主要用在输送黏稠和含泥沙的原油管网系统中，快速跟踪管路压力的变化，用于保护输油管线安全，防止在输油过程中因意外或阀门紧急关断造成管线过压和紊流，避免因管路系统的水锤压力或其他异常升压对管道设备的破坏。阀门泄放压力的设定由氮气直接控制。阀瓣腔内填充轻油，氮气通过气压油的方式作用在阀瓣上。轻油作为氮气与阀瓣之间的隔绝物，一方面可以防止氮气向阀门下游的渗漏，另一方面可以润滑阀瓣密封圈，减小摩擦力，延长阀瓣密封件的使用寿命。
输油管道氮气泄压阀阀门为常闭型，采用平衡阀瓣结构，阀瓣两侧压力相等时，活塞的预紧弹簧关闭阀门。管线压力等量地传递到阀瓣的弹簧侧，如果加载到轻油顶部的氮气压力与弹簧力之和大于管线压力，则阀门关闭。当入口压力增大，阀瓣底部的管线压力克服了弹簧力与氮气压力之和，使阀瓣上移推动轻油压缩氮气，阀门打开泄压。当管线压力降到低于氮气压力设定点时，气压推动阀瓣下移，阀门关闭并保持关闭状态。
为了防止长输原油管道因遇突然事故对机、泵、阀等设备及管道的损环，以保障安全平稳地输油，在输油管道上装设安全保护装置是十分必要的。我们根据液压系统中的溢流阀原理，参照了输油管道上引进的高压阀，设计出一种新型的应用于长输原油管道上的安全保护装置——先导式电动高压阀及气-液阻尼式电动低压泄压阀。
一、输油管道氮气泄压阀高压阀的结构及其原理
1、结构
高压泄压阀(见图1) 主要由三大部分组成。即主阀体1、液压缸部分和导阀7，其中液压缸部分包括缸体6，弹簧5，活塞4，活塞杆3，密封盖2 等。与该阀配套使用的附件主要有：防爆电节点压力表10，防爆电磁换向阀8，气源即氮气瓶9 等。
2、工作原理
如图1，当原油经由阀的入口流入阀体之后，通过阻尼油管J流入主阀芯(包括:活塞4、活塞杆3、密封盖2)上腔，即液压缸的上腔，同也流向导阀7 的入口Z 处。此时由于气源氮气压力的作用，导阀处于关闭状态。当主阀芯的上腔压力原油充满之后，其上下腔压力将达到平衡状态，但由于活塞4的设计面积比密封盖2 的面积稍大一些，因此，在导阀处于关闭的条件下，主阀芯上腔的压力P2将大于下腔的压力P1，这样主阀芯必然向下移动，直到封死主阀口为止，当阀口被封死后，泄压终止，主阀芯上、下腔压力平衡重新建立，即P2= P1。当导阀原油压力超高而开启时，则因有阻尼管的存在，P2下降，主阀芯下部压力P1大于其上部作用力P2，使主阀芯提升，泄压阀开始泄压，因此，认为适当地调定导阀7的氮气压力值，就能有效地控制主阀芯上下两腔的压力，使主阀芯提升，并保持一定的开口量，从而保持管道出站压力的稳定，并防止管道超压。
高压阀
图1 高压阀
由于在活塞4 的上面引入了控制油，所以主阀的弹簧5 只起定位作用，即在低压或无压时克服活塞摩擦力使主阀关闭，因而弹簧刚度可大为减小。防爆电节点压力表10 的作用是：将其上限位调至管道泄压的zui高压力值，若管道压力一旦达到此值时，电节点压力表将发出电信号，控制防爆电磁阀使之动作，使导阀开启，泄压阀泄压。当管道压力降低后，电节点压力表触点脱开，电磁阀恢复原位，导阀关闭，泄压阀停止泄压。
电磁阀的另一个作用是：可在低压泄压阀的入口处(即输油泵的进口) ，安装一块防爆电节点压力表，其表的下限位调至泵入口压力的zui低允许值，一旦泵入口压力超低，降到此值时，则触点接通，控制电磁阀动作，高压泄压阀泄压，这样可以防止入口压力超低现象的出现。
2、结构
氮气泄压阀(图1)主要由阀体、阀瓣、调速阀和视镜等组成。氮气控制系统(图2)可为泄压阀提供充足的气源和稳定的工作压力。氮气压力可根据用户要求设定，并可以通过控制室对其进行监控。氮气瓶采用一个使用一个备用的方式，以方便气量不足时更换。充气室需要绝热或埋地，防止因温度变化而引起压力波动。为了防止泄压阀充气超压，在控制系统中设置有安全阀。
氮气控制泄压阀
图1 泄压阀结构
氮气控制泄压阀
图2 氮气控制泄压系统
充气室容积随阀门开度的增大而减小。开阀时泄放压力设定点的变化百分比由充气室容积的大小决定。确定气罐容积之前，首先确定阀门设定的泄放压力、阀门全开时阀瓣的置换体积(表1)和允许超压数值(一般不超过设定值的10%)。
在绝热压缩条件下，气罐容积V1为
氮气控制泄压阀
式中 V1——氮气罐的总容积，m3
P1——关阀时阀门的临界泄放压力，MPa
P2——开阀时阀门的zui高允许过压，MPa
VZ——阀门开启时阀瓣的置换体积，cm3
0.709——氮气绝热指数K=1.41的倒数
表1 不同口径阀门阀瓣的置换容积
氮气控制泄压阀
以DN250的泄压阀为例。
P1=临界泄放压力-弹簧压强+绝压换算
=1.6-0.028+0.1029
=1.6749MPa
P2=zui高允许过压-弹簧压强+绝压换算
=1.68-0.042+0.1029
=1.7409MPa
VZ=5686.31cm3
V1=210266cm3=0.21m3
3、工作原理及结构特点
二、低压泄压阀的结构及其工作原理
1、结构
低压泄压阀(见图2) 主要有两大部分组成，即阀体1 和气、液阻尼缸。气、液阻尼缸部分包括有：上活塞7，下活塞3，缸体4，活塞杆6，密封盖2 等。与之配套使用的附件有单向节流阀10，防爆电节点压力表9，电磁换向阀8，氮气罐5，气源4 等。
低压阀
图2 低压阀
2、工作原理
当低压泄压阀安装完毕之后，投入使用前，将Q 腔按设计要求充入一定压力的氮气，而N腔则需充满液压油，将电节点压力表的上限位调至该泄压阀泄压的压力值。此时原油经入口流入阀体内，密封盖2 由于Q 腔氮气压力的作用使其将阀口封住，如若入口原油压力升高至电节点压力表调定的上限位压力值时，则电接点压力表触点接通，控制电磁阀8，使其动作，放掉Q 腔氮气压力。此时入口处的原油将顶起密封盖，开始泄压。泄出一定量的原油之后，其压力逐渐降低，当降至电节点压力表上限位值以下时，则触点脱开，电磁阀断电复位接通气罐，氮气压力重新又建立起来，通过上、下活塞及活塞杆作用于密封盖上，将泄压阀出口封死，泄压停止。
单向节流阀的作用为：它可使活塞运动平稳，减少冲击及噪声。为了使得该泄压阀能够迅速关闭，所以采用了单向节流阀，即关阀时不受节流控制。电接点压力表低限位的功用，与高压泄压阀的相同。
3.1、阀门
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀阀门泄放压力的设定由氮气直接控制。阀瓣腔内填充轻油，氮气通过气压油的方式作用在阀瓣上。轻油作为氮气与阀瓣之间的隔绝物，一方面可以防止氮气向阀门下游的渗漏，另一方面可以润滑阀瓣密封圈，减小摩擦力，延长阀瓣密封件的使用寿命。
阀门为常闭型，采用平衡阀瓣结构，阀瓣两侧压力相等时，活塞的预紧弹簧关闭阀门。管线压力等量地传递到阀瓣的弹簧侧，如果加载到轻油顶部的氮气压力与弹簧力之和大于管线压力，则阀门关闭。当入口压力增大，阀瓣底部的管线压力克服了弹簧力与氮气压力之和，使阀瓣上移推动轻油压缩氮气，阀门打开泄压。当管线压力降到低于氮气压力设定点时，气压推动阀瓣下移，阀门关闭并保持关闭状态。
3.2、调速阀
阀门启闭速度由安装在缸盖上的调速阀控制。开阀速度不受限制，关阀速度由调速阀的固定节流孔控制，从而达到阀门快开缓闭的效果。阀门打开时可以快速泄压，关闭时缓慢复位，防止关闭速度过快，使阀瓣受到的冲击力过大造成密封面破坏。
3.3、视镜
通过视镜对轻油液位的例行检查可以掌握阀门的工作状态。液位低于下视镜，说明阀门油罐缺油或轻油泄漏。轻油与下视镜水平，则阀门关闭。上下视镜都能看见轻油，则阀门全开(视镜为选装配件)。
4、结语
氮气控制泄压阀具有泄放速度快，泄压后复位平稳，压力设定方便快捷，可自动控制等优点。经实际使用，工作可靠，效果良好，安全性高。以上对高、低泄压的结构组成及工作原理作了初步的定性分析。需要补充说明一点两个阀有一个共同的特点，即都具有自身的自我保护功能，虽然是电控，但一旦电控失灵，两阀仍能对管道起安全保护作用，因此，两阀的这一特性为管道及管道设备的安全提供了更大的保险系数，从经济角度上分析，不论是加工制造的复杂程度和体积重量及其附件上，都比较简单。如主阀体用截止阀体稍加改造即可实现。所以阀的经济性比较好，当然两阀是否可用，zui后还要通过实际检验证明其各种性能及其效果。与本文相关的论文：卡套减压阀在能源化工研究院
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