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高精度高压差笼式调压器的应用及开发(二)

来源: 上海阀门 时间: 2012-05-07 点击: 2,578

5.动态工作过程

(1)调节工作时,介质低进高出。主阀阀芯9小头端直径与阀座10内腔通道尺寸一致,介质通过阀芯平衡孔16、通孔Φ1、通孔Φ2进入橡胶膜片3下端,与阀套上端面O形圈19组成密封气室,且介质压力等于进口介质压力。阀芯9上下端所受压力完全平衡,橡胶膜片3上下气室受力有效面积完全相等。调节指挥阀和稳压阀,主阀出口压力P2稳定,橡胶膜片3上气室作用力为控制压力P3乘以橡胶膜片3有效面积s加弹簧力,橡胶膜片3下气室为进口介质压力P1乘以橡胶膜片3有效面积S,上、下气室平衡时,P3S+F=P1S,上、下气室压差△P=P1-P3=F/S。由此可见,橡胶膜片3上下气室压差只与弹簧力和橡胶膜片有效面积s有关,与进出口介质压力无关,其橡胶膜片压差值△P的设计值远小于传统调压器标准规定值,橡胶膜片的工作条件完全得到改善,设计制造更容易满足长寿命使用要求,也更能保证高压差、高精度调节使用要求。

(2)当下游端用户停止工作时,调压器出口介质压力P2升高,P2值的变化由信号管反馈给指挥阀,当P2值升高到关闭压力值时指挥阀关闭,主阀橡胶膜片上下气室介质都不流动,其压力等于进口介质压力。在复位弹簧作用下,主阀阀芯9下端内腔嵌入的非金属环垫15端面紧贴在阀座10的凸台端面,主阀自动关闭。

(3)如果出现橡胶膜片3损坏的情况,上、下气室相通,上、下气室压力等于进口介质压力,在复位弹簧力作用下,主阀自动安全截断保护。

(4)当下游介质压力超高(过载)或超低(失压)不能满足正常调节范围工作时,串接指挥阀和失压安全保护阀,通过指挥阀信号反馈,下游介质压力超高时,指挥阀切断关闭信号压力源;下游介质压力超低时,失压安全保护阀切断关闭信号压力源,主阀在复位弹簧作用下利用阀芯阀座面积压差自动安全截断,密封零泄漏。

6.稳压阀的作用

稳压阀主要使进入主阀上端气室的控制压力总是向趋于使主阀出口压力P2稳定方向变化。

(1)当进口压力P1变化时,通过稳压阀的开度变化,使进入主阀橡胶膜片3上端的进气压力P3产生变化,主阀橡胶膜片3上、下端气室压力重新平衡,主阀阀芯9底端与阀座10凸台端面的开度上移或下移,主阀出口压力P2。向趋于原设定出口压力值方向变化,在指挥阀共同作用下,主阀出口压力P2余差值极小,基本不随P1变化而变化,仍维持原设定压力值。

(2)当主阀出口流量变化时,通过出口压力P2连接稳压阀气室,稳压阀开度产生变化,进入主阀橡胶膜片3上端的进气压力P3产生变化,同理,主阀出口压力P2不随出口流量变化而变化,仍维持原设定压力值。

(3)在特殊工况或某些场合下,用户要求当阀前压力不稳定、波动范围较大时,仍然需要阀后压力稳定不变,满足下游用气。本阀通过实验证明,在阀前压力波动100%的范围内,仍能保证阀后压力稳定及精度要求。

(4)由此可见,稳压阀的作用是进一步辅助指挥阀,实现了主阀出口压力P2不受进口压力P1和出口流量变化的影响,能在主阀进、出口的较大凋压范围内实现高精度调节。稳压阀把主阀的阀前阀后压力变化都反馈给主阀控制压力,主阀控制压力又在指挥阀根据出口压力P2反馈作用下,使控制压力的变化总是趋于原设定的P2值稳定方向变化,调压器的压力特性和流量特性更趋于理想化,使调节范围更宽、调节精度更高。

7.技术创新性

该项目与当前同类技术比较具有如下创新点和先进性:

(1)膜片使用寿命长:主阀膜垫上没有介质通道孔,橡胶膜片不作截止密封要求,避免了关闭时在密封通道孔所受到的密封剪切力,碟形膜垫内腔开有环形贮气槽,利于实现主阀开启,为橡胶膜片在不受介质冲刷的平衡气室中实现传动功能,提供了基本工作条件,延长了橡胶膜片使用寿命。

(2)满足高压力、大通径压力调节:橡胶膜片传动工作时压差小,其值为复位弹簧力除以膜片有效面积,工作压差不受进出口压力变化影响,其压差值完全控制在设定范围内,满足高压力进出口压力调节功能,调节工作压力范围可达到10.0MPa压力级以上。

(3)调压精度高:主阀膜垫下气室与进口压力相通平衡,气室介质不流动,避免了介质流动造成的紊流现象,使主阀膜垫上、下气室调节平衡时,稳定性好、波动小、调节精度高。

(4)密封零泄漏:主阀阀芯、阀座采用配对硬软双质密封副,在阀芯平衡孔作用下,阀芯上下端受力平衡,很小密封比压力即可实现密封“零泄漏”。

(5)自动安全切断保护:主阀根据介质压力高低和使用要求,利用不同介质流向和结构特点分别满足不同压力级别的压力调节,并实现在高、低介质压力工作时,如出现橡胶膜片损坏情况,在复位弹簧和平衡力作用下,主阀都能自动安全截断保护。

(6)压力特性和流量特性优异:稳压阀根据阀前压力变化和阀后流量变化,使主阀上膜室控制压力总是趋于阀后压力稳定方向变化。压力特性和流量特性优异,调节压力范围宽,稳压精度高δP2<±3%,关闭压力≤1.05P2远小于传统调节器。

(7)失压安全保护阀和指挥阀串联共同作用压力调节,当介质压力太高指挥阀关闭信号源压力通道;介质压力太低时,失压安全保护阀关闭信号压力通道,实现过载失压自动安全切断保护功能。从而使该产品同时具有高性能参数调节和安全切断功能,在工艺管线输配系统中就不再单独设计选用安全切断阀。

高压差高精度笼式凋压器通过主阀传动和执行结构的科学合理设计,调节原理的创新,调节压力的稳定补偿,安全保护功能的完善,使本调压器在调节通径、调节压力、调节范围、调节精度、使用寿命和安全保护功能等方面与现有技术相比都有较大突破。

8.实施效果

(1)该阀现场使用性能稳定、波动小,使用寿命长。

(2)解决了利用橡胶膜片在膜垫凸台处密封易使硫化铁粉末粘堵产生的泄漏现象,密封实现零泄漏。

(3)调节压力范围宽,稳压精度高,关闭压力远小于传统调节器。整体结构简单,维修更换方便。

(4)在主阀膜片损坏、过载或失压特殊工况条件下实现自动安全切断保护。

(5)为天然气管线设备安全可靠地运行提供了必要保障,可以有效避免安全事故和环境污染,替代进口同类产品,推进了油气矿区装备水平国产化进程。

9.结束语

该调压器通过结构原理的自主创新设计,在调节通径、调节压力、调节范围、调节精度、使用寿命和安全保护功能等方面都有较大突破。一只阀同时具有安全切断和多级节流调节的双重功能,工作性能稳定、波动小、调压精度高、关闭压力小、截止密封可靠、膜片使用寿命长,其独创的调节结构属国内首创,技术水平国内领先。是一种理想的换代产品,特别在大通径高压力级的调压突破,它的成功开发为天然气采集输自控系统提供了一种先进可靠的调节装置,可大量推广应用于我国燃气输配管道装置系统工程建设,具有良好的经济效益和社会效益。

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