監(jiān)控調(diào)壓閥故障診斷方法優(yōu)化

馮裕祥

（西氣東輸管道公司合肥管理處，安徽合肥 230022）

1 問題提出的背景

隨著天然氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，天然氣儲運設(shè)備也迎來了發(fā)展黃金期。調(diào)壓撬監(jiān)控調(diào)壓閥是天然氣分輸站關(guān)鍵的輸氣生產(chǎn)設(shè)備之一，故障率高、故障影響大。提升監(jiān)控調(diào)壓閥的故障診斷效率，是維搶修單位面臨的一個亟待解決的課題。

2 監(jiān)控調(diào)壓閥的工作原理

2.1 調(diào)壓撬的工作原理

分輸調(diào)壓撬主要由安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓閥和工作調(diào)壓閥組成，其中，監(jiān)控調(diào)壓閥包括指揮器和主閥。工作調(diào)壓閥根據(jù)下游壓力變化，調(diào)節(jié)閥門開度，進而穩(wěn)定下游壓力；當工作調(diào)壓閥功能失控時，監(jiān)控調(diào)壓閥就通過調(diào)節(jié)自身閥門開度，控制流通氣量，以實現(xiàn)輔助穩(wěn)壓效果；當以上2道閥門都失靈時，下游壓力就會持續(xù)上升，當下游壓力升高某一預(yù)定值時，安全切斷閥就會自動關(guān)斷，以確保下游安全；這3個閥門既相互獨立，又相互影響，相輔相成。

2.2 監(jiān)控調(diào)壓閥工作原理

2.2.1 指揮器的組成及工作原理

指揮器分為負載級與控制級。負載級為控制級提供穩(wěn)定的工作壓力環(huán)境。控制級直接控制主閥流通氣量，進而控制下游壓力。指揮器本質(zhì)上是一個負反饋調(diào)節(jié)，當上游壓力發(fā)生變化而下游壓力不變時，由于負載級作用而保證了控制級的放大閥不受上游波動影響，而維持下游相對穩(wěn)定。當下游壓力增大時，控制級雙膜結(jié)構(gòu)上腔的壓力增大，膜片受到向下的力增大，向下移動，使放大閥的開度減小，同時增大了負載級上腔的壓力，負載級放大閥的開度也減小，指揮器中的氣流量減小，由負載壓力管線流入監(jiān)控閥主閥下膜腔的氣體減少，壓力降低。當下游壓力減小時，控制級雙膜結(jié)構(gòu)上腔的壓力減小，膜片受到向下的力減小，向上移動，使放大閥的開度增大，同時減小了負載級上腔的壓力，負載級放大閥的開度增大，指揮器中的氣流量增加，由負載壓力管線流入監(jiān)控閥主閥下游膜腔的氣體增加，壓力升高。

2.2.2 監(jiān)控閥主閥的組成工作原理

監(jiān)控閥主閥主要有閥體、閥門套筒、閥芯、皮膜、皮膜壓盤、關(guān)閉彈簧等構(gòu)成。皮膜與壓盤將膜腔分割上、下游兩個膜腔。上游膜腔內(nèi)彈簧與下游反饋過來氣體共同在皮膜上產(chǎn)生關(guān)閉力P1，由指揮器控制流入下游膜腔中的氣體在皮膜上產(chǎn)生開啟力P2。

當調(diào)壓撬平穩(wěn)工作時，監(jiān)控調(diào)壓閥處在一個動態(tài)平衡狀況下，此時，下游氣體壓力在設(shè)定范圍內(nèi)時，控制器放大閥的開度適中，閥門主閥膜片前后的壓力平衡，即P1=P2，監(jiān)控閥不動作；當下游氣體壓力升高時，指揮器中放大閥的開度減小，負載壓力降低，進而閥門下游膜腔中的壓力降低，使得P1>P2，閥門套筒向靠近閥芯的下游移動，與閥芯之間的空隙減小，流過的氣量減少，最終使得下游氣體壓力降低以達到新的平衡。當下游氣體壓力降低時，指揮器中放大閥開度增大，負載壓力升高，閥門下游膜腔中的壓力升高，使得P1約P2，閥門套筒向遠離閥芯的上游移動，與閥芯之間的空隙增大，流過的氣量增加，最終使得下游氣體壓力升高，再次達到新的平衡。

監(jiān)控調(diào)壓閥就是通過指揮器來調(diào)節(jié)閥門套筒和閥芯之間的距離，進而調(diào)節(jié)其流通氣量，最終調(diào)節(jié)下游壓力，就是“平衡原不平衡原再平衡”循環(huán)中，監(jiān)控閥完成了輔助穩(wěn)壓功能。

3 引入“三閥組結(jié)構(gòu)”，優(yōu)化故障診斷流程

監(jiān)控調(diào)壓閥主要故障主要是由指揮器或主閥引起。前者可通過更換指揮器組件（如雙膜結(jié)構(gòu)的膜片、噴嘴、過濾器濾芯）來修復，工作量小，修復時間短；而后者則一般需要拆卸、解體監(jiān)控調(diào)壓閥，更換主膜片、閥芯，維修閥門套筒等方式來修復，工作量較大，修復時間長。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前西氣東輸分輸場站調(diào)壓撬類故障已經(jīng)占到機械設(shè)備總故障的將近50%，而在調(diào)壓撬類故障中，尤以監(jiān)控調(diào)壓閥故障最多，約占到調(diào)壓撬類設(shè)備故障的70%。為了提高監(jiān)控調(diào)壓閥故障診斷與定位的準確度與便捷性，這里介紹一種故障診斷的輔助結(jié)構(gòu)——“三閥組結(jié)構(gòu)”（圖1）。

在監(jiān)控調(diào)壓閥的指揮器與主閥之間的負載壓力管線上加裝一個三閥組結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)B段管線與指揮器出口的負載壓力管線相接；C段管線與主閥上的負載壓力管線相接；A段管線可以接外界測試氣源（如可通過打氣筒向內(nèi)打氣）。當監(jiān)控調(diào)壓閥正常工作時，A閥關(guān)閉，B，C閥打開；當遇到監(jiān)控閥未能正常打開狀況時，即可啟動故障診斷模式，具體故障診斷操作流程如下。

（1）流程切換。將分輸流程切換至備用路，確保輸氣正常進行。

（2）設(shè)備隔離放空。關(guān)閉故障調(diào)壓路進出口閥門，放空管段內(nèi)天然氣。

（3）接通外界測試氣源。將A段管線與打氣筒連接。

（4）檢查指揮器。關(guān)閉C閥，打開A閥、B閥；用打氣筒向指揮器內(nèi)打氣；觀察負載級指揮器上壓力表，檢查指揮器放空口是否有氣流；然后先后依次打開檢測口2、檢測口3，檢查氣流情況；故障診斷與定位，具體情況見表1。

（5）檢查主閥（膜片）。關(guān)閉B閥，打開A閥、C閥；打開監(jiān)控閥主閥上檢測口1（圖1）；用打氣筒向主閥膜腔內(nèi)打氣；觀察與檢查：觀察三閥組上壓力表、閥位指示器、檢查監(jiān)控閥主閥上檢測口1氣流情況；故障診斷與定位，具體情況見表1。

（6）若主閥膜片與指揮器都無問題，則可考慮是閥門套筒卡滯或是閥芯與套筒接觸面密封不嚴導致內(nèi)漏，閥門因而小流量而不明顯打開。

圖1 三閥組結(jié)構(gòu)

表1 監(jiān)控調(diào)壓閥常見故障

根據(jù)三閥組結(jié)構(gòu)，對監(jiān)控調(diào)壓閥常見故障診斷流程總結(jié)見表1。

4 結(jié)束語

實驗證明，調(diào)壓撬監(jiān)控調(diào)壓閥引入“三閥組結(jié)構(gòu)”后，大大提升了其故障診斷的精準性與便捷性。