水击泄压阀在输油管道上的应用
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摘要：介绍了水击泄压阀的结构和操作原理，分析了长输管道发生水击的原因，并根据水击泄压阀在输油管道上的使用情况，提出在运行中的操作和维修建议。
关键词泄压阀；结构；操作原理；运行分析
1．概述
水击泄压阀是由美国DANIEL阀门公司制造，用于保护输油管线安全，防止在输油过程中因意外或阀门紧急关断造成管线过压和紊流。水击泄放系统可以减小水击冲击波，避免因输油管线超压而导致管线发生破裂事故。
2．操作原理
水击泄放系统由水击泄压阀(图1) 和氮气控制系统组成。氮气控制系统主要用于为泄压阀提供充足的气源和稳定的工作压力。当阀门中氮气压力低于设定值时，氮气控制系统可自动向泄压阀充入氮气直至达到设定值。当气源的供气瓶缺少氮气时，通过自动监控系统发出缺气信号提示切换备用氮气瓶。为了防止泄压阀冲气超压，在控制系统中装有安全泄压阀。
图1 水击泄压阀
水击泄压阀是一种氮气加载的轴流式阀门。阀门并连安装在受水击管线上，阀门进口与受水击的管线相连通，出口与水击泄放管线相连。在投用前应预先向阀门的柱塞腔内充入确定数量的氮气，这样柱塞腔内氮气的压力将使阀门的柱塞与密封环贴。输油管线在正常压力下运行时，管线中的液体不会通过泄压阀，当输油管线因某种原因产生瞬时的水击波，使管道内的压力超过泄压阀预先设定的氮气压力值时，水击压力顶开泄压阀的柱塞，此时管线中的水击波通过阀门，并将部分液体泄放到水击泄压管线中，从而达到保护输油管线的目的。
当水击压力衰减到小于氮气压力设定值时，柱塞产生轴向滑动，阀门将会缓慢平稳关闭，并自动恢复到水击泄放前的初始状态。该阀门可根据压力的需要与设定值和报警值。水击泄压阀顶部控制装置的充气阀是用来向柱塞腔内冲入氮气，阀门的充气是由氮气控制装置的压力调节器进行。
3．特点
水击泄压阀最大泄放量可达1358m3 /h，因此可以有效的避免突发原因造成的水击现象，确保管线在输油过程中的安全。当阀门压力达到水击压力设定值时，阀门迅速开启，直到水击压力波衰减至设定值以下15min内自动关阀(图2)。由于将氮气作为泄压阀动力气体，因此适用于易燃易爆工作环境，以及地理环境差的工作条件下。当水击泄压阀因某种原因达到泄放值开始泄压时，输油泵仍可以正常工作，直到压力达到管道最高停运设定值时输油泵才停止工作。
4.应用
水击是长输管道运行中常有的一种现象。当管道在稳定工况下运行时，流动的液体速度和压力基本保持稳定。但一方面由于局部条件的改变使运行工况发生变化，另一方面原油种类的变化使原油的密度和粘度等物理性能发生了改变，使这一稳定的水力系统被破坏，导致管道内液体的水力状态发生变化。尤其是在断电(造成停泵)、阀门的快速开启和关断，都会使稳定状态遭到破坏。在输油过程中由于压力的突变，形成的压力波值超出了管道允许的弹性值及设备的承压能力时，引起输油管道和设备的损坏，严重时出现爆管事故。
水击泄压阀在管道中的液体发生水击，并达到阀门的设定值时，能够快速开启。由于泄压阀的开启使管路中液体的体积发生了变化，液体的压能得到释放，使水击压力波的强度得到减弱，因此保护管道和设备安全。
鄯善―兰州原油干线管道的设计输量为2000×104t/a，其中鄯善―新堡段（1413km）采用Φ813mm 管线，新堡―兰州段（149km）采用Φ711mm 管线，设计压力8.0MPa，管材X65（L450），全线设鄯善首站1 座、兰州末站1 座，四堡、翠岭、河西、瓜州、玉门（分输泵站）、张掖、山丹、西靖、新堡9 座中间泵站为了确保管线的安全,各站分别出站处、进站处并联安装有水击泄压阀，各站安装2台，一台投用，一台备用，根据泄放流量及工作压力分为两种（表1）：
表1 水击泄压阀性能
为了保证泄压阀在管线超压1O％时准确的开启泄压，获得足够的氮气充入量是关键。因此阀门充入氮气时必须达到规定的压力，才能够得到的水击泄放压力设定值，保证控制器顶部的压力表和正在使用的压力调节器的出口压力表的读数为规定值。当管道内压力达到泄压阀充入氮气设定压力值时，水击泄压阀开启，当压力达到设定值的110%时，阀门的泄放量达到最大泄放量。之后随着水击压力逐渐的衰减，阀门开始缓慢关闭。当水击压力衰减到低于氮气压力设定值时，水击泄压阀完全关闭。
乌兰线首站最高工作压力为8．0 MPa。当出站压力>8．0 MPa时，水击泄压阀开始泄放，如果泄放时间≥15min泄压阀仍未关闭，或当出站压力≥8．8MPa时，为确保管线的安全，全线将停运。
5.操作及维护
①在运行时应定期核对阀门压力表读数是否正确，如果运行压力有增加或者减小时，一方面可能是运行的输油管线或输油泵存在问题。另一方面可能是充气系统有故障。因此应准确判断故障原因。
②定期对阀内通过液体处清洗，避免因杂质堆积导致在阀门开启或关闭时的损坏，以及泄压阀工作时出现误判现象，导致管线发生不必要停输。
③ 当发现阀门动作迟缓时应及时投用备用阀，清理柱塞腔内的液体以保证阀门动作快速灵敏。
④在维修或测试泄压阀时，或使用中的压力调节器发生故障时，都必须切断气源并排放阀中的气体，避免发生气体压力超高所引发的事故。
⑤ 在维修控制盘时应关掉水击泄压阀的充气阀，并逆时针转动压力调节器的手柄，排泄控制盘和氮气管路中的压力，方可维修。
6.结语
水击泄压阀流通能力强，反应灵敏，可跟踪阀前端水击压力的变化，适应性强，安全稳定性好，自动化程度高。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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