氮氣式水擊泄壓閥啟閉過程動態特性研究

張虎群 李華明 鄭程 王延 馮毅（中國石油管道呼和浩特輸油氣分公司，內蒙古 包頭 014000）

氮氣式水擊泄壓閥啟閉過程動態特性研究

張虎群 李華明 鄭程 王延 馮毅（中國石油管道呼和浩特輸油氣分公司，內蒙古 包頭 014000）

隨著社會經濟的不斷發展，石油的運用量也在不斷增加，加強石油運輸工作的安全受到了人們極大的關注。在石油集輸管網中氮氣式水擊泄壓閥的運用具有非常重要的作用，氮氣式水擊泄壓閥開啟和關閉的過程都有著嚴格的要求，直接關系到氣體的流速問題。為此，文章多氮氣式水擊泄壓閥啟閉過程的動態特性展開了討論，了解氮氣式水擊泄壓閥的工作原理和結構特征，加強氮氣式水擊泄壓閥工作的穩定性。

水擊泄壓閥；動態特征；分析

在現代社會的發展中，石油的運用有著不可取代的作用，加強石油運輸的安全能夠促進社會經濟的穩定發展。在石油的集輸管網中，氮氣式水擊泄壓閥的運用能夠實現石油運輸的安全，減少運輸過程中管道水擊力對管道造成的損傷，避免石油運輸的泄漏。加強對氮氣式水擊泄壓閥啟閉過程中閥內流體的流動特征進行分析，從而為改善流道的流動情況提供依據。

1 水擊泄壓閥的概述

1.1 水擊泄壓閥的定義分析

在輸油管道系統的運行過程中，因為油品種類的變化、運行工況的變化都會讓水力狀態發生改變，尤其是出現了機械的故障或者是人為的操作失誤，就很容易造成系統的中間泵站出現中斷的情況，或者是輸油泵出現突然的關閉，使得管道內部的油品迅速的流掉或者是在壓力上出現急速的變化。如果過程中會有巨大的壓力脈沖，甚至超過了管道原有的承壓能力的時候，管道會發生強烈的震動，出現較大的噪音，閥門甚至會出現破壞和爆炸。為了能夠避免水擊的情況對輸油管產生的危害，需要按照管道的差異性選擇不同的增強方式做好水擊保護工作。泄放的保護是充分的利用壓力泄放的裝置來實現被動形式的保護，最常見的方式包括常開和常閉式的。輸油管線中較多選的是常閉式的泄壓閥，這樣可以滿足保護以及泄放的功能。

水擊泄壓閥大多是和輸油管路呈現并聯的狀態，當輸油管道的干線出現水擊的時候，管道里面的壓力會比泄壓閥原先設定的開啟時的壓力要大得多，泄壓閥會迅速的開啟，將介質大量的泄放，然后在儲備罐中存儲。如果壓力的峰值要比泄壓閥開啟的壓力要低的時候，泄壓閥會恢復到和出廠時一樣的狀態，如果再次出現水擊的情況的時候，就會對其有一定的保護作用。

1.2 水擊泄壓閥的分類

按照控制環節的差異、反饋信號源的不同以及閥體結構形式的區別，水擊泄壓閥來進行分類。

泄壓閥在控制環節上較為復雜，有幾種類型，這其中，單控制環節的泄壓閥又被稱作直接作用式的泄壓閥，具體又可以分為定值器分離式和彈簧直接式兩種。這其中后者能夠進行控制的部分比較少、能夠很快的響應，測壓的管路能夠長時間的保持暢通的狀態，但是在精度上的控制力不夠，泄放的時候管道很容易出現較大的波動，穩定性能不行。而定值器分離式的出現則是借助定值器和配氣的氣源有效的解決了該問題，在控制環節上會比直接式的更復雜，而且需要投入大量的維護。多控制的環節泄壓閥又叫做間接作用式的泄壓閥，主要的組成部分包括電磁換向式和先導式兩大部分組成。先導式的在結構上更為簡單，能力強并且靈敏度極高。電磁式在控制精度上基本上是由高性能的自動控制系統決定的，自動化程度較高，高精度和遠距離均能得到滿足。

泄壓閥反饋信號的獲取有多種途徑，如果信號源是來自本身的泄壓閥則被稱為自力式泄壓閥，主要包括電磁換向、機械先導和雙控內置這幾種形式。電磁換向更多的體現的是精度高并且運行可靠的自動控制系統，廣泛的應用在了高精度、強穩定性的場合中；雙控結構比較簡單，密封性也機比較強，在泄壓的環節比較平緩而且噪聲也比較小。自力式的信號源大多是來自于外部的控制系統，在結構上較為復雜，而且通常是借助外部控制系統實現壓力的檢測，實現對信號的輸出，再經由換向閥實現對泄壓閥的控制。

泄壓閥的閥體在結構上存在有較大的差異，而且介質的流動方向不盡相同。這其中采取角式閥體的是機械的和橡膠囊的。橡膠囊的操作便捷，密封性比較好，而且在響應速度上也是相當的快，但是如果是人造的橡膠材質那么使用壽命比較短，機械式的在使用壽命上大大的延長了，但是響應的速度卻遠遠要比橡膠囊的要慢很多，控制的穩定性不夠，再加上管路的波動很難控制。軸流式的閥體在泄壓環節受到的阻力比較小，噪聲小，而且具有極強的泄放能力。但是因為它不能滿足在線的檢修，所以制造費用比較昂貴。

2 模擬與分析

2.1 水擊泄壓閥初始階段受到超壓比的影響分析

氮氣式水擊泄壓閥在啟閉過程中受到超壓比的影響非常的大。如果氮氣式水擊泄壓閥的進口壓力要比開啟壓力時的壓力要大，隨著壓力差的增大，發生的影響也會不一樣。當壓力差出現的數值比較小時，水擊泄壓閥門微微開啟后，又馬上關閉起來，這個時候，顯示出來的閥芯振動值非常的小，產生的泄壓效果也非常的差。當壓力差值非常大時，流道中的液體產生的波動也非常的大，當開始打開泄壓閥時，閥芯會發生非常劇烈的振動。

為此，進行了下列的演示。對六種壓力比下的泄壓閥進行仿真的模擬計算，分別是2%，5%,10%,20%,50%和100%，針對不停地壓力比進行不同的模擬實驗，得出一般規律。

2.2 分析不同的氮氣壓力對閥開啟特征的影響

氮氣式水擊泄壓閥在開啟過程中還受到氮氣的影響，不同的氮氣產生的壓力值也是不一樣的。在入口的壓力值相同的情況下，閥芯受到的壓力影響隨著氮氣的不同而發生著不同的變化。當閥芯內腔的氮氣壓力不斷增大時，閥芯的運動位移也在不斷發生著變化，也在不斷增加。

2.3 分析水擊泄壓閥啟閉過程中速度的分布情況

當整個氮氣式水擊泄壓閥處于密封的狀態下，密封內閥座的流速在不斷增加的時候，流速必然會到達一個最大值，一般是112.7m/s，在閥門出口的位置，會出現高速流集中區域。經過0.1s的時候，閥芯出現了最大的位移，流速也增加到了87.2m/s，在閥芯密封面流道的位置出現的流速也趨于穩定的狀態，但是在出口邊緣的位置，流速在不斷的增加，而且出現了非常大面積的高速集中區域。閥門的關閉在0.2s的時候，整個閥門都完全的關閉，然后發內的流道的流速也逐漸處于穩定的狀態，同時也沒有集中區域的產生。

2.4 閥芯在水擊泄壓閥啟閉過程中，閥芯受力分析

水擊泄壓閥在啟閉的過程中，閥芯受力也是不一樣的。當泄壓閥完全打開時，受力是最小的，隨著氣不斷泄出，閥芯的受力也不斷減小。

通過上述的實驗，得出以下結論。首先，氮氣式水機械壓閥的超壓比在不斷增大時，閥芯的運動越來越快，閥芯的運動速度越快，閥門開啟的時間就會越快。其次，當閥芯腔室內的氮氣壓力在不斷增加時，閥芯運動的速度越慢，隨著閥芯運動速度的下降，泄放量卻沒有發生變化。

3 結語

總而言之，加強對氮氣式泄壓閥研發啟閉過程中流道的運動特征進行研究，為實現石油集管網的安全運輸提供保障。在上述分析中，只是簡單的了解了氮氣式水擊式泄壓閥的動態特征，而沒有實現進一步的展開分析，在未來的研究中，需要加強相關內容的分析，實現石油的安全運輸。

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馮毅 男(1978-)研究生學歷畢業于:中國石油大學（北京）從事輸油氣生產管理工作、安全管理及人力資源管理等相關工作