調(diào)節(jié)閥是輸油管道安全運行四級保護中的第一級壓力保護，一般安裝于各輸油站的出站高壓端，主要用于控制流量，調(diào)節(jié)進出站壓力，以防止管線憋壓，保證全線安全平穩(wěn)運行。
2008年4月份，甬滬寧管線上某中間站的116#調(diào)節(jié)閥前后壓差最大達到1.5MPa，流量下降，從種種跡象可以判定該調(diào)節(jié)閥已被嚴重堵塞。本文就針對這一實際問題展開分析討論，給出解決方案并提出建議。
1 調(diào)節(jié)閥的結構及工作原理
甬滬寧管線上某中間站選用的調(diào)節(jié)閥為M okveld Valve公司生產(chǎn)的RZD-RECX 20" Class 600 型氣動調(diào)節(jié)閥(DN500，PN10MPa)，其結構如圖1。

1.閥外體 2.閥內(nèi)體 3.活塞桿 4.閥桿 5.活塞 6.籠套 7.軟密封環(huán) 8.支撐套

1.1 閥體
閥體包括閥外體和閥內(nèi)體，是一完整的鑄造體，閥內(nèi)外體之間有一軸向?qū)ΨQ流道，見圖1箭頭所示處。這種軸流式設計，使流體容易通過，并在閥門內(nèi)部徑向均勻分布，完全避免了優(yōu)先流和不必要的流向改變，從而最大限度地減少了紊流和噪音。
1.2 活塞桿和閥桿
活塞桿與閥桿構成一個90!的角式傳動機構(見圖1)，活塞借助此傳動機構在導軌內(nèi)沿閥門的中心線運動，活塞桿與閥桿上的45!的齒條相互耦合，閥桿上下傳動，帶動活塞桿及活塞在全行程上前后移動。活塞在籠套中的位置，以及籠套上孔的不同形狀和大小決定了多少流體可以通過調(diào)節(jié)閥。
1.3 籠套
籠套是調(diào)節(jié)閥的關鍵部件(結構見圖2)，四周有直徑為12mm的孔洞，按等百分比均勻分布，六列為一組，每組14+12+6+4+10+8=54個孔，有20組，共1080個孔。原油從孔內(nèi)流出集中在閥門的徑向，通過相互沖擊在閥門軸線上抵消。由于流體本身使得流體能量在籠套內(nèi)部消散，不接觸閥體和閥門的其他部件。因此，可以說調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力是通過籠套進行的。

1.4 工作原理
RZD-RECX型調(diào)節(jié)閥是軸流式活塞型氣動調(diào)節(jié)閥，氣動執(zhí)行機構驅(qū)動閥桿上下移動，閥桿又借助它與活塞桿上的45!的齒條傳動活塞桿，從而使活塞在籠套內(nèi)前后移動。活塞在籠套內(nèi)被導引，通過釋放籠套上等百分比分布的節(jié)流孔的數(shù)量來調(diào)節(jié)過流面積，從而起到調(diào)節(jié)流量的作用。當執(zhí)行機構驅(qū)動閥桿向上時，活塞向后移動，開大閥門；當執(zhí)行機構驅(qū)動閥桿向下時，活塞向前移動，關小閥門。此外，該類型調(diào)節(jié)閥的主密封包括一個梯形的軟密封環(huán)(見圖1)，這種特殊結構使密封圈在流體壓力下被壓緊，從而達到密封的效果。
RZD-RECX型調(diào)節(jié)閥采用了帶氣動閥門定位器的活塞執(zhí)行機構，氣源裝置給執(zhí)行機構提供了一定壓力的壓縮空氣，電/氣轉換器把從控制室來的4~20mA的直流輸入信號經(jīng)氣動中繼器放大轉換為0.04~0.95MPa的氣動輸出信號送到執(zhí)行機構，傳輸信號為電信號，現(xiàn)場操作為氣動信號。執(zhí)行機構接受到控制信號后再將其轉換成相應的直線位移輸出，通過推桿帶動閥桿上下移動，從而使閥門開度在全行程上變化。
2 性能分析及參數(shù)比較
調(diào)節(jié)閥堵塞會增加不必要的能源消耗，造成經(jīng)濟損失，下面就通過分析其流量特性和運行工況，并通過參數(shù)比較來說明其影響。
2.1 流量特性
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指在調(diào)節(jié)閥前后壓差恒定的條件下，介質(zhì)流過閥門的相對流通能力與閥門的相對開度之間的關系。其中，相對流通能力是閥門某一開度時流通能力與全開時流通能力之比，用q=Q/Qmax表示；相對開度是閥門某一開度與全開度之比，用l=L/Lmax表示。
根據(jù)前面介紹，調(diào)節(jié)閥是通過改變節(jié)流面積來控制流量的，而RZD-RECX型調(diào)節(jié)閥籠套四周的節(jié)流孔是按等百分比均勻分布的，因此其具有等百分比流量特性，如圖3所示。

假設：調(diào)節(jié)閥堵塞前流量為Q1，相對流通能力q1，則q1=Q1/Qmax；調(diào)節(jié)閥堵塞后流量為Q2，相對流通能力q2，則q2=Q2/Qmax；因為Q2<Q1，所以在相對開度相同的情況下，流通能力q2<q1。
由此說明，調(diào)節(jié)閥堵塞會使流通能力減小。

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2.2 工況分析
2.2.1 調(diào)節(jié)閥pQ工況曲線
調(diào)節(jié)閥前、后的伯努利方程式為：

式中
Z1、Z2――閥前、閥后高程(Z1=Z2)，m；
p1、p2――閥前、閥后壓力，Pa；
g――油品的重度，N/m3；
υ1、υ2――閥前、閥后平均流體速度，m/s；
hf――流體經(jīng)過調(diào)節(jié)閥時的局部摩阻損失，m。
在流量一定的情況下，由于調(diào)節(jié)閥前、后管徑相差很小，根據(jù)連續(xù)方程，則υ1»υ2，故(1)可簡化為

式中
Δ=p——調(diào)節(jié)閥前、后壓差，Pa。
局部摩阻損失hf可用下式計算，即

式中
ξ——局部阻力系數(shù)，為一常數(shù)；
υ——流體速度，m/s。
又根據(jù)連續(xù)方程Q=Aυ，可得

式中
A——流體所流經(jīng)管道的橫截面積，m2；
Q——流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的原油流量，m3/s。
由式(2)和式(4)可以得出

由于調(diào)節(jié)閥前、后管徑相差很小，即其前、后管道的橫截面積A1»A2，將式(5)中流量Q前的系數(shù)統(tǒng)一用ck表示，則式(5)可簡化為

式中
ck——與節(jié)流面積有關的系數(shù)。
由式(6)可知，Δp與Q呈拋物線關系，故而得出調(diào)節(jié)閥Δp-Q曲線，如圖4所示。

2.2.2 調(diào)節(jié)閥堵塞前后工況分析
假設：調(diào)節(jié)閥堵塞前流量為Q1，前后壓差為Δp1，則Δp1=ck1Q1；調(diào)節(jié)閥堵塞后流量為Q2，前后壓差為Δp2，則Δp2=ck2Q22；由于堵塞前后的節(jié)流面積不同，且ck2>ck1，故可得出調(diào)節(jié)閥堵塞前后Δp-Q曲線(見圖5、圖6)。

由圖5、6可以看出：在流量一定(Q1=Q2=Q0)時，前后壓差Δp2>Δp1；在前后壓差一定(Δp1=Δp2=Δp0)時，流量Q2<Q1。
由此說明，調(diào)節(jié)閥堵塞會使其前后壓差增大，流量下降。

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2.3 參數(shù)比較
以某中間站116#調(diào)節(jié)閥堵塞前1個月與堵塞后第4個月的兩組運行參數(shù)為依據(jù)，對其前后壓差與流量的變化進行比較。將表1中數(shù)據(jù)繪成曲線，如圖7所示。

通過比較可以看出：正常情況下調(diào)節(jié)閥前后壓差在0.04~0.12MPa之間，堵塞后會造成其前后壓差大幅增加，流量下降。116#調(diào)節(jié)閥實際∃壓差與流量的變化曲線%與理論分析相一致。針對這一現(xiàn)象，該站打開旁通114#可調(diào)型防爆電動閘閥(DN600，PN10MPa)，并開、關116#調(diào)節(jié)閥(DN500，PN10MPa)，反復活動后觀察發(fā)現(xiàn)：壓差稍有下降，流量也有所回升。但是運行一段時間后，前后壓差又大幅度增加，直至達到1.5MPa，最后經(jīng)解體處理，才恢復正常運行。
3 原因、辦法和建議
3.1 原因分析
2008年4月份，甬滬寧管線上某中間站的116#調(diào)節(jié)閥被嚴重堵塞，前后壓差達到1.5MPa，究其原因：一是由于該站2007年10月份剛投產(chǎn)，整個系統(tǒng)處于新投運階段，在施工的過程中有大量焊渣、鐵銹、石子等殘留在管道內(nèi)，在投運初期這些雜質(zhì)會在籠套的流通孔處造成堵塞；二是由于該站的進站過濾器是柵欄式的，柵欄間距有30~40mm寬，而調(diào)節(jié)閥籠套上的孔徑只有12mm，過濾器沒能有效地將原油中的雜質(zhì)過濾掉，再加上長時間不進行清管作業(yè)，從而導致了調(diào)節(jié)閥堵塞。
3.2 解決辦法
根據(jù)該站處理這一問題的實踐經(jīng)驗，以后如若再出現(xiàn)類似情況，可按以下方法處理。首先，可迅速反復開、關旁通閥或調(diào)節(jié)閥，讓臟物從旁通閥或調(diào)節(jié)閥處被油流沖走，如若不行，再考慮解體處理。由于解體處理是閥門的離線維修，只有在影響閥門正常運行時才為之，應注意觀察運行情況，如發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥前后壓差繼續(xù)增加，流量繼續(xù)下降，則說明調(diào)節(jié)閥堵塞嚴重，節(jié)流損失過大，已嚴重影響其調(diào)節(jié)性能，威脅到安全生產(chǎn)，此時再進行解體處理。調(diào)節(jié)閥解體維修可按以下步驟進行：
(1) 將調(diào)節(jié)閥前后法蘭拆卸，把閥門從管道上取下(如果閥門與管道是平面法蘭連接，只需將法蘭直接拆卸再將閥門吊出即可；如果是凸面法蘭連接，則需要用爬管機割管后將其吊離管線)，會發(fā)現(xiàn)閥內(nèi)有大量石子、焊渣等異物。
(2) 借助絲杠、撬杠等工具將支撐套和籠套取出，會發(fā)現(xiàn)籠套的流通孔被堵塞，逐孔進行清理。
(3) 清洗支撐套、籠套、閥體內(nèi)部，然后按拆卸時的相反順序逐個回裝。注意：回裝籠套前后，要分別涂抹密封潤滑脂和螺旋潤滑脂。
(4) 用吊車將清理后的調(diào)節(jié)閥吊回到管線中并安裝法蘭。如果之前為割管維修，則需打黃油墻進行動火焊接作業(yè)。
(5) 恢復氣動執(zhí)行機構上的供風線、閥門定位器上的控制信號線，并用遠程信號操作調(diào)節(jié)閥，看氣動信號、電信號及執(zhí)行機構是否恢復正常。
(6) 做故障信號、掉風保位試驗，看調(diào)節(jié)閥的過載電流保護、反極性保護、掉氣保護等各種保護信號是否恢復正常。
(7) 以上試驗正常后可重新投用調(diào)節(jié)閥，并做好維修記錄。
3.3 建議
3.3.1 安裝施工
由于施工過程中殘留在管道內(nèi)的大量焊渣、鐵銹、石子等是造成調(diào)節(jié)閥堵塞的根本原因，所以調(diào)節(jié)閥的安裝、施工及投產(chǎn)前的管道掃線工序非常關鍵，應注意以下幾點：
(1) 調(diào)節(jié)閥安裝之前，應仔細地檢查閥門并清除在儲存期間所累積的污垢，在安裝過程中也應保持清潔、干燥。
(2) 調(diào)節(jié)閥在與管道焊接時要特別小心，必須嚴格避免焊渣飛濺入閥體內(nèi)。
(3) 投產(chǎn)前進行管道掃線時，調(diào)節(jié)閥應拆下(封堵兩端法蘭，保持閥內(nèi)清潔、干燥)，用相應的直管段相連，必須掃線合格后才能安裝調(diào)節(jié)閥。
3.3.2 運行維護
在保證安裝施工質(zhì)量的前提下，為避免因其他因素造成調(diào)節(jié)閥堵塞，應健全日常運行維護制度，提出如下建議：
(1) 制定合理的清管周期。調(diào)節(jié)閥屬于站內(nèi)設備，定期進行清管作業(yè)，可防止油流將外管道內(nèi)的大量雜質(zhì)帶入站內(nèi)管網(wǎng)。
(2) 在調(diào)節(jié)閥前安裝合適的過濾器。在充分考慮流體通過量的前提下，過濾器濾網(wǎng)的孔徑或柵欄間距應略小于調(diào)節(jié)閥籠套孔徑，使原油里的雜物不至于堵塞到調(diào)節(jié)閥處。
(3) 停泵后倒通全越站流程，盡量不走壓力越站流程。因為壓力越站流程經(jīng)過調(diào)節(jié)閥，倒全越站流程可減少油流經(jīng)過調(diào)節(jié)閥的次數(shù)，從而降低了調(diào)節(jié)閥被油流中雜質(zhì)堵塞的概率。
(4) 定期活動調(diào)節(jié)閥，讓油流將雜質(zhì)沖走。這樣可防止雜物長期不斷地堆積在籠套節(jié)流孔處，加重堵塞程度。
(5) 加強日常檢查維護。調(diào)節(jié)閥采用氣動驅(qū)動方式，因此要對氣源裝置定期維護和保養(yǎng)，確保氣源正常。另外，在巡回檢查過程中要注意調(diào)節(jié)閥的運行情況，檢查現(xiàn)場閥位指示開度和調(diào)節(jié)器輸出值是否吻合。嚴格執(zhí)行操作、運行、維護規(guī)程，確保調(diào)節(jié)閥及各部件完好。
4 結束語
調(diào)節(jié)閥堵塞會使流通能力減小，調(diào)節(jié)性能下降，惡化到一定程度，還可能導致其失去調(diào)節(jié)作用，這樣不僅威脅安全生產(chǎn)，而且還會帶來重大的經(jīng)濟損失。實踐證明，在2100m3/h的流量下，堵塞前壓差為0.1MPa左右，堵塞后壓差在0.49MPa以上，若保持壓差一定(均為0.1MPa)，則調(diào)節(jié)閥堵塞會造成每小時少輸434m3原油，即369t原油。按1m3原油4000元來計算，則每小時經(jīng)濟損失為173.6x104元，全年經(jīng)濟損失可達(173.6x10)x24x360»150x108元。由此可見，解決調(diào)節(jié)閥堵塞問題對節(jié)能降耗和安全生產(chǎn)都有著重要的意義。