自力式燃氣調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)原理和常見故障

李占東

（中石油管道有限責任公司西部塔里木輸油氣分公司，新疆庫爾勒 841000）

0 引言

作為一種清潔高效能源，天然氣不僅可以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、緩解供需矛盾，同時還能提高人民生活質(zhì)量，改善環(huán)境和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。近年來，天然氣的使用范圍越來越廣，國內(nèi)天然氣用量不斷攀升。目前，國內(nèi)的天然氣多采用管道輸送，自力式燃氣調(diào)壓閥作為輸氣管道的輔助設備，能為用戶提供精準的供氣壓力。

自力式壓力調(diào)節(jié)閥作為調(diào)壓閥的一種，因為不需要其他外來能源如電源、氣源，僅靠介質(zhì)自身的能量來驅(qū)動主閥動作，使用方便，安裝完畢后設定好壓力值即可投入自動運行，作為一種純機械結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥門，在控制精度要求不高又缺乏電源、氣源的場合，得到了廣泛使用。

1 簡單自力式調(diào)節(jié)閥

1.1 工作原理

當介質(zhì)流體從調(diào)節(jié)閥前經(jīng)過閥芯閥座節(jié)流后，轉(zhuǎn)化為閥后壓力。然后經(jīng)過引壓管線輸入上腔室作用在頂部的托盤上，這時產(chǎn)生的作用力會與彈簧的反作用力相對等。這樣就決定了閥芯閥座的相對位置，從而控制閥后壓力。當閥后壓力增加時作用在頂盤上的作用力也隨之增加，使閥芯關關向閥座的位置，這樣閥芯和閥座之間的間隔減小，流阻變大閥后壓力降低，直到頂盤上的作用力與彈簧反作用力相平衡為止，從而使閥后壓力下降到預設值。當閥后壓力降低時，作用方向與之前所說相反，實現(xiàn)自力式調(diào)節(jié)功能。

1.2 調(diào)壓過程

通過調(diào)整彈簧調(diào)節(jié)螺母，壓緊彈簧，使托盤帶動膜片和閥桿向下移動，閥桿與閥座流道面積減小，從而實現(xiàn)調(diào)壓閥下游壓力降低的目的。通過調(diào)整彈簧調(diào)節(jié)螺母調(diào)松彈簧，使托盤帶動膜片和閥桿向上移動，閥桿與閥座流道面積增加，從而實現(xiàn)調(diào)壓閥下游壓力升高的目的。

當調(diào)壓閥下游壓力降低，膜片上腔整體壓力降低，膜片下腔壓力不變，托盤帶動膜片向上移動，閥桿閥芯與閥座流道面積增加，通過調(diào)壓閥的流體增大，調(diào)壓閥下游壓力升高。當調(diào)壓閥下游壓力升高，膜片上腔整體壓力升高，膜片下腔壓力不變，托盤帶動膜片向下移動，閥桿閥芯與閥座流道面積減少，通過調(diào)壓閥的流體減小，調(diào)壓閥下游壓力降低。

由于調(diào)壓閥膜片上腔和下腔分別直接取自下游壓力和上游壓力，使得調(diào)壓閥的反應非常靈敏，微小的壓力變化就會導致調(diào)壓閥的開關動作，調(diào)壓可靠性有待提升。此外，調(diào)壓閥的反復開關會使膜片、閥桿、閥芯、閥座產(chǎn)生磨損，彈簧產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，閥門故障率升高，維護量增大。

圖1 自力式調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)

2 RMG512 型自力式調(diào)壓閥

2.1 RMG512 型自力式調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)原理

RMG512 型調(diào)壓閥為軸流式調(diào)壓閥，由主閥體、過濾器、指揮器及配套的引壓管線組成，該閥門間接調(diào)壓式調(diào)壓閥，主閥的開度由指揮器控制，指揮器由閥前、閥后壓力聯(lián)合控制，該類調(diào)節(jié)閥較普通自力式調(diào)節(jié)閥增加了指揮器，使得主閥的開度更為穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥后壓力更為平穩(wěn)，調(diào)壓性能更為可靠，從而延長了設備使用壽命，適用于流量大、可靠性高、壓力要求嚴格的調(diào)壓管道。

調(diào)壓閥正常工作時，來自于調(diào)壓閥前的氣體經(jīng)過指揮器調(diào)節(jié)后，將壓力通過負載壓力管線傳遞到膜片下游閥腔內(nèi)，同時來自于調(diào)壓閥后的壓力通過反饋管線與關閉彈簧一起作用于膜片上游閥腔。調(diào)節(jié)閥膜片將上游閥腔和下游閥腔進行隔離，并接受負載壓力和閥后壓力的雙重控制，調(diào)壓閥膜片兩側(cè)的壓力變化帶動套筒向左或向右移動。氣體流過調(diào)壓閥的流通面積由閥門套筒和閥芯之間的距離來控制：距離越大流通面積越大，下游氣體壓力越高；距離越小，流通面積越小，下游氣體的壓力越低。

2.2 RMG512 型自力式調(diào)壓閥調(diào)壓和穩(wěn)壓過程

圖2 RMG512 調(diào)節(jié)閥調(diào)壓及穩(wěn)壓過程原理

指揮器主要由殼體、壓力表、波紋管、活塞、引壓管、彈簧及托盤等部件組成，主要功能是感知下游壓力變化，控制膜片帶動套筒減小或增加介質(zhì)流通面積，或者直接關閉閥門、阻止介質(zhì)流通，其性能的穩(wěn)定性直接影響到主閥性能的穩(wěn)定性。RMG 調(diào)壓閥的指揮器分為兩級：第一級為負載限制級，作用是減少上游壓力波動給下游壓力帶來的干擾；第二級為負載控制級，作用是設定調(diào)壓閥后氣體壓力。

2.2.1 調(diào)壓過程及原理

通過旋緊負載限制級指揮器調(diào)節(jié)螺栓，其底部彈簧壓力變大，彈簧的彈力傳遞至放大閥下部波紋管處，波紋管推動放大閥活塞移動，致使其開度增加。使得上游氣體更多的進入指揮器內(nèi)部，指揮器內(nèi)部壓力變高，氣量變大，指揮器靈敏度提高。旋松負載限制級指揮器調(diào)節(jié)螺栓，指揮器靈敏度降低。

通過旋緊負載控制級指揮器調(diào)節(jié)螺栓進行調(diào)壓，當旋緊負載控制級螺栓時，來自于指揮器下部的調(diào)節(jié)彈簧彈力變大，彈簧將彈力傳遞至放大閥下部波紋管處，波紋管推動放大閥活塞移動，致使其開度增加。放大閥開度的增大使得負載壓力管線中的氣體壓力升高，閥門套筒向上游方向移動，和閥芯之間的距離增大，流入下游氣體流量增多，最終使下游氣體壓力升高。旋松負載控制級指揮器調(diào)節(jié)螺栓后，各組件動作相反。

2.2.2 穩(wěn)壓過程及原理

當下游壓力增大時，第二級指揮器膜片上腔的壓力增大，指揮器膜片受到向下的力增大，指揮器膜片向下移動，并控制其內(nèi)部放大閥的開度減小。放大閥開度減小使得負載壓力管線中的氣體壓力降低，閥門套筒向下游移動，和閥芯之間的距離縮小、流入下游氣體流量減少，最終使下游氣體壓力降低至設定值。當下游壓力降低時，各組件動作相反。

3 自力式調(diào)壓常見故障及解決辦法

調(diào)節(jié)閥的故障原因需要全面考慮，根據(jù)實際情況進行綜合處理。自力式壓力常見故障有以下4 種。

3.1 調(diào)壓閥閥位完全關閉后閥門下游仍有壓力

（1）有石子、銹渣、焊渣等雜質(zhì)，這時可以調(diào)大流量，利用氣體對密封面進行吹掃，將雜質(zhì)吹到下游。

（2）閥芯與閥座的密封部位經(jīng)過流體的長時間沖刷后，會產(chǎn)生變形，密封性能下降，這時需要更換密封面。

（3）主閥關閉彈簧疲勞失效，不能夠?qū)㈤y門關閉，這時需要更換主閥關閉彈簧。

（4）主閥膜片破損，閥門上游壓力經(jīng)過膜片竄入下游，使下游壓力升高，這時需要更換主閥膜片

3.2 調(diào)壓閥不動作、閥門下游無壓力

（1）上游氣源閥門沒有打開或引壓管線凍凝堵塞，這時需要打開氣源閥門，疏通引壓管線。

（2）主閥閥芯脫落并壓緊閥座，調(diào)壓閥的膜片不能控制閥芯的動作，這時需要維修閥芯，使膜片與閥桿、閥桿與閥芯連接緊固。

（3）閥桿或軸套嚴重彎曲變形，導致閥芯壓緊閥座不能正常打開，這時需要維修或更換閥桿或軸套。

（4）指揮器故障，包括指揮器彈簧銹死、指揮器過濾器堵塞、指揮器膜片損壞，這時需要維修指揮器，使其恢復完好。

3.3 調(diào)節(jié)閥反復動作、運行不穩(wěn)定

（1）管道來氣問題，上游來氣流量或壓力不穩(wěn)定，這時需要及時聯(lián)系上游供氣單位做出工況調(diào)整，也可以聯(lián)系下游用戶暫時停止供氣，防止調(diào)壓閥損壞，待管道來氣穩(wěn)定后再投運調(diào)壓閥。

（2）指揮器故障，例如：指揮器放大閥磨損嚴重，輸出壓力時產(chǎn)生震蕩；指揮器放大器噴嘴磨損變大，輸出氣量增大；指揮器靈敏度設置過低，調(diào)節(jié)反應變慢，這時需要維修指揮器，使放大閥、噴嘴完好，調(diào)整指揮器的靈敏度適中，使調(diào)節(jié)閥運行穩(wěn)定。

3.4 調(diào)節(jié)閥運行時伴有嚴重的振動

（1）閥門支撐不穩(wěn)，這時需要調(diào)整閥門支撐、使支撐和閥門接觸緊固。

（2）調(diào)壓閥選型錯誤，如調(diào)節(jié)閥選型過大、常在小開度下使用，這時需要調(diào)整運行流量或更換調(diào)壓閥。

4 結(jié)語

自力式調(diào)壓閥作為天然氣管道調(diào)壓的重要設備之一，直接影響到管道供氣質(zhì)量和供氣安全，作為調(diào)壓閥的管理單位，應該落實好調(diào)壓閥的日常安全監(jiān)測，做好密封圈、膜片、彈簧、濾芯等易損零部件的儲備工作，加強操作和維護人員的日常培訓，掌握設備的結(jié)構(gòu)原理，發(fā)現(xiàn)設備問題及時修復故障，保障天然氣管道供氣平穩(wěn)。