節(jié)流閥（俗稱油嘴）是高壓、大流量氣田開采節(jié)流的專用裝置。為了適應(yīng)塔里木油田高壓、高產(chǎn)氣田的惡劣工況，采用國外知名公司的產(chǎn)品，進(jìn)口節(jié)流閥的平均價格在5萬美元以上。但在實(shí)際使用中，這些閥門無一例外地出現(xiàn)了不同程度的腐蝕磨損、腐蝕故障、穩(wěn)定性差、故障周期不確定等缺陷。塔里木油田使用的節(jié)流閥主要有兩種類型，一種是外套籠套，另一種是籠套柱塞，兩種節(jié)流閥基于水壓能耗原理，利用外套在籠套上滑動（或柱塞在籠套內(nèi)滑動）產(chǎn)生不同的過流面積來控制流量和壓力。

為確保高壓高產(chǎn)氣田不斷向西氣東輸管道輸送天然氣，應(yīng)認(rèn)真討論塔里木油田節(jié)流閥使用中的問題。

1 節(jié)流閥流量特性不匹配

節(jié)流閥流量特性不匹配主要有兩個方面，一是流量系數(shù)Cv與氣井產(chǎn)量不匹配；二是節(jié)流閥的流量特性曲線與氣井的流量特性不匹配。

1.1 節(jié)流閥流量系數(shù)Cv與氣井產(chǎn)量不匹配

最典型的實(shí)例為3口井用的A公司節(jié)流閥，其特點(diǎn)是：長期在小開度下運(yùn)行，產(chǎn)量波動較大。三口井的基本情況見表1。

表1 A-3、A-8.-14井基本情況

從表1可以看出，A-3和A-8井節(jié)流閥在小開度下工作時間較長。如果按照這種情況發(fā)展，節(jié)流閥的開度可能為零，產(chǎn)量可能不為零。節(jié)流閥在小開度下長期運(yùn)行是最大的禁忌，這將大大降低節(jié)流閥的使用壽命。正確的方法是讓節(jié)流閥從一開始就盡可能地在最大開度上工作，比如90%。這種侵蝕和其他損壞發(fā)生在閥籠蓋的前部。隨著籠孔的逐漸損壞和流量的增加，閥門關(guān)閉得更小，不斷損壞并逐漸關(guān)閉，使整個籠套得到充分利用。有資料指出，大開度工作時過流面積大，侵蝕減弱，可比一開始中開度和小開度工作提高1~5倍以上。如果化工廠采用這種方法，閥門的使用壽命將提高2倍。

對于A-3、A-8井工作和產(chǎn)量波動的主要原因是額定流量系數(shù)Cv與井的實(shí)際流量不匹配，即閥門Cv280選擇大，即閥門直徑選擇大。流量系數(shù)，又稱循環(huán)能力，是節(jié)流閥選擇的主要參數(shù)之一。在計(jì)算節(jié)流閥時，可以使用兩個流量系數(shù)，一個是公共系統(tǒng)，另一個是英國系統(tǒng)。這兩個定義如下：AV定義(公制):節(jié)流閥全開時，閥兩端壓差為0.1MPa，流體密度1g/cm³，每小時流經(jīng)節(jié)流閥的流量數(shù)t/h表示單位；Cv定義(英制):節(jié)流閥全開時，閥兩端壓差為1磅/英寸2，介質(zhì)為60°F加侖/分計(jì)每分鐘通過節(jié)流閥的流量。

1.2 閥的流量特性曲線與井的流量特性不匹配

對于A-進(jìn)口壓力高的14井(50~52Mpa）、閥門的額定流量系數(shù)較低(通常為55萬平方米)Cv值=70更合適（見表1）。但節(jié)流閥仍在小開度下運(yùn)行，產(chǎn)量仍在波動。顯然，不僅閥門直徑選擇不當(dāng)，而且閥門的流量特性與井的流量特性不匹配。

閥門的流量特性是指介質(zhì)流經(jīng)節(jié)流閥時的相對流量與相對位移（即開度）之間的關(guān)系，體現(xiàn)在籠套孔的大小、數(shù)量和分布規(guī)律上。當(dāng)孔的大小、數(shù)量和分布規(guī)律發(fā)生變化時，閥門的流量特性也會發(fā)生變化。節(jié)流閥的理想流量特性曲線如圖1所示（a）所示，有快開型、直線型（線性）、拋物線型、等百分比型、雙曲線型和修正拋物線型。用得最多的是直線型和等百分比型，有許多種調(diào)節(jié)閥的流量特性居于直線型與等百分比型之間。

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圖2為A公司節(jié)流閥籠套故障照片標(biāo)注1、2、3、4、5排孔，1、2、3排孔嚴(yán)重?fù)p壞，特別是1排孔最嚴(yán)重。這是由于長期小開度操作，意味著第三排孔對應(yīng)的開度滿足實(shí)際流量要求，第四排孔對應(yīng)的流量將超過實(shí)際流量，顯然，第四排孔后的開度范圍不能調(diào)整，如果籠套孔較小，或減少孔數(shù)，實(shí)際流量要求的開度范圍將增加，閥壽命將延長。

圖1 理想流量曲線和三個閥門的開度和過流面積曲線

圖2 A公司節(jié)流閥籠套失效

2 節(jié)流閥結(jié)構(gòu)不同

塔里木油田采用兩種結(jié)構(gòu)形式的節(jié)流閥，一種是外套-籠套節(jié)流閥A公司和C以公司產(chǎn)品為代表；另一種是籠套-柱塞節(jié)流閥，B以公司產(chǎn)品為代表。由于結(jié)構(gòu)形式不一致，使用性能不同，故障特征也不同。

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2.1 外套-籠套節(jié)流閥

節(jié)流閥、籠套和外套安裝在懸臂上，中間要求高，外套與籠套之間的間隙大，形成較大的環(huán)間隙流動。外套移動后，在籠套上形成凹陷的外徑表面，改變介質(zhì)流體的力學(xué)特性，容易形成擾流，造成腐蝕磨損。外套-籠套節(jié)流閥的腐蝕磨損主要在籠套外表面，損壞嚴(yán)重。

2.2 籠套-柱塞節(jié)流閥使用特點(diǎn)

該節(jié)流閥，由于籠套嵌入閥體，剛度好，徑向密封，可在一定程度上減少環(huán)間隙流動；籠套外徑無凹凸，可有效減少擾流；籠套與柱塞間隙小，中性好。籠套柱塞節(jié)流閥的腐蝕磨損主要在籠套內(nèi)表面。從整體損壞程度來看，籠套柱塞節(jié)流閥的損壞輕于外套籠套節(jié)流閥。

3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)行動不確定

執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的不確定性是指（1）不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)對節(jié)流閥的正常工作造成波動；（2）可能干擾輸入信號；（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有很好的校準(zhǔn)；（4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移后未鎖定；（5）節(jié)流閥的流量系數(shù)Cv值不匹配，Cv當(dāng)值過大時，波動越突出；(6)系統(tǒng)內(nèi)可能有泄漏等。

節(jié)流閥由閥體和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以是手動、氣動、電動和液體，氣動、電動和液體執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以根據(jù)自動化系統(tǒng)中的控制信號自動調(diào)整閥門的開度，調(diào)整流量、壓力、溫度和液位。塔里木油田主要使用手動、電動和液體執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能如下：

3.1 手動執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)流閥開啟平穩(wěn)

自手動執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)流閥投入使用以來，開度一直保持穩(wěn)定。由于每次節(jié)流閥開度調(diào)整后，需要擰緊鎖緊螺母，閥門開度處于保位狀態(tài)，手動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以鎖定開度。但開度讀取不夠準(zhǔn)確，因?yàn)楣?jié)流閥手輪上的刻度套不易讀取，容易旋轉(zhuǎn)，零刻度不易校對。

3.2 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)流閥開啟波動不明顯

自電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)流閥投入使用以來，讀取開度一直相對穩(wěn)定。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)流閥開度變化小的原因與位移傳動機(jī)構(gòu)有關(guān)。如果傳動副為螺旋螺釘，由于螺釘?shù)淖枣i，可以更好地避免振動引起的開度增加。

3.3 液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)流閥的開影響明顯

現(xiàn)場使用報(bào)告指出，液壓節(jié)流閥開度無保位功能。在生產(chǎn)過程中，節(jié)流閥開度每天波動1~2%，導(dǎo)致產(chǎn)量不穩(wěn)定和頻繁波動。液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)流閥產(chǎn)量波動的主要原因是執(zhí)行機(jī)構(gòu)未鎖定；第二，溫度對液壓油有影響。

4 節(jié)流閥籠套材料存在差異

塔里木油田使用的三種進(jìn)口節(jié)流閥籠套均為硬質(zhì)合金。材料性能分析和現(xiàn)場使用表明，三種進(jìn)口閥籠套的材料性能明顯不同，性能最佳B公司節(jié)流閥，其次是A最后是公司節(jié)流閥C公司節(jié)流閥，后兩者差別不大。

在上述節(jié)流閥的四個特性中，節(jié)流閥的流量特性不匹配對閥門的使用性能影響最為突出。用戶應(yīng)注意額定流量系數(shù)的選擇，并注意閥門的流量特性和井流特性的調(diào)整和匹配。