氮氣式水擊泄壓閥的應用和維護

周耀輝

(中石化管道儲運公司儀長輸油處,武漢 430077)

0 引 言

儀征—長嶺原油管道全線設10座站場。依次向安慶、九江、武漢、荊門、長嶺五家煉化企業輸送原油。管道設計輸量[1]為27 Mt/a,輸油干線的管徑由φ864逐段變小至 φ406。管道全線采用密閉輸送工藝,加熱輸送方式。全線管道長971 km。儀長輸油管道干線的6個輸油站的進出站和支線的出口均采用MJ公司DANIEL氮氣式水擊泄壓閥,其主要功能是在輸油管線發生水擊現象(憋壓事故)或原油種類的變化使原油的密度和黏度等物理性能發生了改變,尤其是在斷電(造成停泵)、閥門的快速開啟和關斷超過管線設計壓力(設定值壓力)時能迅速有效地泄放主管線的超高壓力,原油通過泄放閥、泄放管道至泄放罐[2],以消除故障或減小故障范圍,從而降低損失、方便維修等。泄壓閥采用的是氮氣壓力調節控制聯動執行機構,其優點是不考慮介質物性,適用范圍廣、壓力調節范圍大、可提供各種報警信號。

1 工作原理

水擊波在不可壓縮的介質流中是普遍存在的。在密閉的管路中以波的形式振蕩傳遞。水擊波的壓力與介質物性、管道尺寸、管道韌性等有關,較為復雜。水擊波在原油中的速度為1 000 m/s、柴油中的速度為900 m/s、汽油中的速度為800 m/s。由于速度快,SCADA系統無法消除已經形成的水擊波,需使用特殊的閥門或控制系統消除水擊影響。開式輸送中不考慮水擊影響,閉式輸送必須考慮水擊影響。當水擊波到達時,應盡快將多余的介質泄放出閥門。閥門開啟時間不得大于100 ms;閥門的CV值應滿足要求。

輸油管線在正常壓力下運行時,管線中的液體不會通過泄壓閥,當輸油管線[3]因某種原因產生瞬時的水擊波,使管道內的壓力超過泄壓閥預先設定的氮氣壓力值時,水擊壓力頂開泄壓閥的柱塞,此時管線中的水擊波通過閥門,并將部分液體泄放到水擊泄壓管線中,從而達到保護輸油管線的目的。

2 動作機構操作要點

在安裝水擊閥以前,請確定閥門前的管道內沒有臟東西、廢棄物和金屬屑,如果有條件,最好將閥門上游鋼管進行吹掃,安裝在管線上后,確定閥門上游螺栓連接牢固并去除雜物。連接氮氣供應管線,從氮氣供應系統閥門到充氣閥,確定氮氣供應系統的閥門是關閉的[4]。如圖1所示。

2.1 閥門操作狀態

a)在開始使用水擊泄放閥系統之前,應先打開連通溫差平抑氮氣瓶的截斷閥E,打開氮氣充氣閥D。

b)緩慢打開氮氣控制柜后的氮氣瓶開關,不要快速打開高壓氮氣瓶,避免高壓氮氣沖入系統損壞系統。

c)緩慢調整氮氣控制柜內的調壓閥,順時針為增加壓力,直至調壓閥下游(左側)和水擊閥上氮氣壓力表的壓力達到標牌顯示值,此時,水擊閥和溫差平抑氮氣瓶都已經充壓完成。

d)緩慢打開水擊閥后的截斷閥B。

e)緩慢打開水擊閥前的截斷閥A,此時閥前壓力應低于閥腔內壓力,閥門保持關閉。

圖1 氮氣式水擊泄壓閥應用示意

2.2 水擊閥停止使用

a)緩慢關閉水擊閥前的截斷閥。

b)緩慢關閉水擊閥后的截斷閥。

c)通過水擊閥前后管道上的排放閥將閥門前后管道內的壓力泄出,如果沒有排放閥的設計,則在拆除閥門時,應緩慢松開閥門與管道連接的螺栓,讓壓力從法蘭連接處泄出。關閉水擊閥上的充氣閥和截斷閥。緩慢打開水擊閥上部的泄壓閥,將閥腔內的壓力泄出。

3 常見故障解決方案

a)閥門閉合不嚴或不能關閉。閥門關閉不嚴說明在泄壓閥芯和閥體之間可能有顆粒狀異物存在[4],使閥芯出現了卡阻現象,從而不能正確回位;就要將泄壓閥拆下,進行清洗處理,去除雜質。在安裝時尤其要注意防止焊渣飛濺到泄壓閥體內。

b)閥門泄壓點產生漂移。泄壓閥芯在安裝或長期使用中造成表面刮傷、從而使泄壓閥閥芯偏離中心,一般情況下則需更換泄壓閥閥芯。當泄壓閥在臨界點附近有緩慢開啟的趨勢時,則說明泄壓閥閥芯內部橡膠O型墊圈老化、損壞,造成泄壓閥系統內部氮氣的泄漏則應檢查并堵塞泄漏點并及時更換O型橡膠墊圈。

c)閥門動作不靈,壓力設定保持不住。氣體腔室內積水,此時要對泄壓閥閥芯進行清洗檢查,若泄壓閥內部腔室氣體供應部分有泄漏出現,這就要認真檢查所有連接緊固件的密閉情況。如果氮氣壓力給定值產生變化,如溫度對氮氣壓力的影響,就要將溫度平抑氮氣瓶進行埋地、隔熱處理(在氮氣系統中使用溫壓型調壓閥)。

d)閥門壓力低壓、高壓報警。氮氣瓶出現低壓報警,則說明泄壓閥氮氣供給系統壓力過低[4],需要更換氮氣瓶或對其進行氮氣補充。如果泄壓閥壓力出現低壓報警,說明調壓閥以后的管線出現了泄漏,檢查管線并進行封堵。如果泄壓閥壓力出現高壓報警,用調壓閥調節不起作用的情況下,就要認真對調壓閥進行檢查、維修或更換。

e)氮氣損失快。依據實際使用經驗,如果溫差平抑氮氣瓶保溫隔熱效果不好,則要將氮氣瓶進行埋地或包裹隔熱材料進行保溫。溫差平抑氮氣瓶使填充氮氣的閥芯擴大,與閥芯內部連通。當氮氣供應系統向閥芯充氣加壓時,溫差平抑氮氣瓶也被填充上同樣壓力的氮氣。此氮氣瓶同時將使溫度的變化對氮氣壓力的改變最小化。

儀征—長嶺管道所有泄壓閥的溫差平抑氮氣瓶在出廠前都已經加了保溫,所以該項目所有的氮氣瓶均不用埋地,用支架托在閥門旁邊即可。

4 閥門功能維護

a)調壓閥內帶有一個泄壓閥,當閥后壓力超過調壓閥設定壓力時[5],調壓閥內的泄壓閥會將閥后多余的氣體排放到空氣中,從而達到穩壓的目的。建議每6個月檢查一次水擊設定壓力和水擊泄放系統。

b)注意氮氣調壓閥閥體上的標示,標示大約允許壓力的氮氣瓶不能使用,要使用專用的調壓閥。

c)調壓閥前后的連接管線一定要保持潔凈。調壓閥、管件、緊固件等表面安裝前要進行清洗。開調壓閥之前,要對氮氣瓶口擦拭,以保持清潔。

d)在現場安全環境沒有保障的情況下,請不要對調壓閥進行泄漏檢查,更不能打開更換損壞部件。在整個管線系統內壓力沒有完全泄放前,一定不能對泄壓閥及整個系統和任何附屬設備進行拆卸或打開,以免引起不必要的傷害事故。

e)在氮氣系統、調壓閥及管路緊固各個環節安裝、維護、檢修完成后,在接口處涂抹肥皂水,檢查是否有氣泡產生,確保無泄漏。

水擊是長輸管道[6]運行中常有的一種現象。當管道在穩定工況下運行時,流動的液體速度和壓力基本保持穩定。一旦穩定的水力系統被破壞,形成的壓力波值超出了管道允許的彈性值及設備的承壓能力時,將引起輸油管道和設備的損壞[7],嚴重時出現爆管事故。氮氣式水擊泄壓閥流通能力強,自動化程度高,可跟蹤閥門前端水擊壓力的變化,使液體的壓能得到快速釋放[8],要保護管道和輸油設備的安全穩定運行,該閥門功能維護則尤其重要。

[1] 曲慎楊.原油管道工程[M].北京:石油工業出版社,1994.

[2] 嚴大凡.輸油管道設計與管理[M].北京:石油工業出版社,1986.

[3] 張吉泉,徐 毅.長輸管道水擊泄壓閥的運用[J].油氣儲運, 2006,(10):58-61.

[4] M&J閥門公司.水擊泄壓閥(氮氣控制型)安裝和維護手冊[G].M&J閥門公司,1993.

[5] 汪世軍.氣液聯動閥門執行機構功能與維護[J].油氣儲運2010,256(4):296-298.

[6] 蒲家寧.管道水擊分析與控制[M].北京:機械工業出版社,1991.

[7] 李 勇,曹紀青.新型水擊泄壓閥在中洛長輸管道上的應用[J].通用機械,2004,41(12):43-45.

[8] 王劍波,向芳云.DANFLO泄壓閥在長輸成品油管道上的應用與維護[J].管道技術與設備,2008,33(4):23-26.