节流阀在塔里木油田应用中的几个问题.pdf

第7 期 一 3 节流阀在塔里木油田应用中的几个问题 汪旭东，秦德友，王胜雷 塔里木油 田公 司，新疆 库 尔勒 8 4 1 0 0 0 [ 摘要]本文从节流阀流量特性、节流阀的结构、执行机构的动作、节流阀笼套材料四个方面论述 了国外知名公司节流阀 在塔里木油田的使用状况。在四种表现中，节流阀流量特性不匹配对阀的使用性能影响最为突出，应特别注意额定流量系 数的选择，重视阀的流量特性与气井流量特性的匹配。 [ 关键词]节流阀；流量系数；开度；流量特性曲线 节 流阀 俗称油嘴 是用于高压 、大流 量气 田开采节流 的特殊专用装置 ，为适应塔里木 油田 高压高产气 田的恶劣工况 ，均使用 国外知名 公司 的产品，进 口的节流阀平均价格在5 万美元 以上。 但在实际使用 中，这些 阀无一例外 出现 了不 同程 度的冲蚀磨损、冲蚀失效 ，存在着稳定性差 、失 效周期不确定等缺陷 。塔里木油 田使用 的节流 阀 主要 类 型有 两种 ，一是 外套一 笼 套 式 ；二 是笼 套一 柱塞式 ，两种节流阀都 以水压能量消耗原理 为基础 ；利用 外套在笼套上滑动 或柱塞在笼套 内滑 动 产 生不 同的过 流面 积来 控 制流 量 与压 力 。 为保证 高压 高产气 田源源 不断地为 “ 西气东 输 ”管道输送天然气 ，对节流 阀在塔里木油 田使 用中出现 的问题应进行认真的研讨。 1节流 阀流量特 性不匹配 节流 阀流量特 性不匹配 主要 有两方面 ，一是 流量 系数C v 与气井 的产量不匹配 ；二是节流阀的 流量特性 曲线与气井的流量特性不匹配 。 1 ． 1 节流阀流量系数C v 与气井的产量不匹配 最典型的实例 为3 口井用 的A公 司节流阀，其 特征 是长期在 小开度 下运行且产 量波 动大 。三 口井的基本状况见表1 。 表l A _ 3 、A - 8 、A - l 4 井基本状况 进 口压力 开度变化 日产量 总产量 c v 变化 井号 生产厂家 节流方式 使用天数 M P a 4 个月 1 0 4 m 3 ／ d 1 0 4 m 开始 现在 A 一 3 A 公司 5 0 5 2 一级 1 6 ％0 2 ％ 2 2 3 2 6 0 5 7 9 8 0 2 8 0 l 0 0 h - 8 A 公司 5 9 - 6 0 一级 1 4 ％J 4 ％ 4 9 0 2 6 2 1 2 8 3 8 0 2 8 0 1 0 0 h 一 1 4 A 公司 5 0 - 5 2 一级 1 0 ％ 6 ％ 5 5 2 5 5 3 0 3 6 0 7 0 7 0 从表1 可看出，A． 3 和A一 8 井节流阀长期在小开 度下工作 ，若按该态势发展 ，有可 能出现节流 阀 开度为零 ，而产量不为零 的现象 。节流 阀长期在 小开度下运行是使用 的最大禁忌 ，这将大大 降低 节流 阀的寿命 。正确 的方法是让节流 阀一 开始就 尽量在最大开度上工作 ，如9 0 。这样冲蚀等破 坏发生在 阀笼套前部 。随着笼套孔逐步被破坏 ， 流量 增加 ，阀再 关 小一 点 ，不 断破 坏 ，逐 步关 闭，使整个笼套全部得到利用。有资料指出，大 开度工作时过流面积大 ，冲蚀减弱 ，可 比一开始 让阀在中开度和小开度上工作提高寿命l ～5 倍以 上。如某化工厂采用此法，阀的使用寿命提高了2 倍 ” 。 对于A一 3 、A一 8 井 ，小开度下工作和产量波动 的主要原因是，额定流量系数C v 值与井的实际流 量不 匹配 ，即阀的C v 2 8 0 选大 了，也即阀的 口径 选大 了。流量系数又称流通能力 ，是节流 阀选型 的主要参数之一 。在节流 阀计算时 ，可用两种流 量系数 ，一为公制 ，另一为英制 。两种定义分别 如下 AV定 义 公制 为节 流 阀全 开时 ， 阀 两 端压差为0 ． 1 MP a ，流体密度 1 g ／ c m。 ，每小时流 经 节流 阀的流量数，以t ／ h 表示单位；C v 定义 英 制 当节流 阀全开时 ，阀两端压差 为 1 磅／ 英寸 作者简介 汪旭东 1 9 6 9 一，男， 四川绵阳人，1 9 9 1 年毕业 于重庆石油学校矿机专业，工程师，在新疆塔里木油田工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 4 4 ． ■ 技术交流 石 油 和化 工 设 备 2 01 1 年第1 4 卷 2 ，介质 为6 0 。F 清水时，每分钟流经节流 阀的流 量数，以加仑／ 分计 。 1 ． 2阀的流量特性 曲线与气井的流量特性不匹配 对 于 A 一1 4 井 ， 进口 压 力 较 高 5 0 5 2 Mp a 、日产量较低 通常为5 5 万方 ， 阀的额 定 流量 系数 Cv 值7 0 是 较恰 当的 见表 1 。但节流 阀仍然在小开度下运行 ，产量照样波 动 ，显然 ，不仅是 阀的口径选择不当，而 是阀的 流量特性与气井的流量特性不匹配的问题。 阀的流 量特 性 是指 介质 流 经节 流 阀 时相对 流 量与相对位移 即开度 间的关系，具 体体现 在 笼套 中孔 的大小 、数量及分布规律。当孔 的大 小、数 量和分布规律发生变化时 ，阀的流 量特性 t 捌 l 瓣 i 擞粼 纂啪 婚 O - t b l l ,l l 一 ■I , - I l t l l t ． I 精 糠 纛 峨 t j - ； ● I ／- ／ ／ ／ ／ 一 禧蓑曼甍甓要睾孽差萋 罂耋譬譬篓 孵擞 脯 嘣 纛锋 瓣羹羹 l攮薰●精 亦随之而改变 。节流阀理想的流量特性 曲线如 图l a 所示，有快开型 、直线型 线性、抛物线 型 、等百分 比型、双 曲线型和修正抛物 线型。用 得最多的是直 线型和等百分 比型 ，有许 多种 调节 阀的流量特性居于直线型与等百分比型之间 [ 3 】 口 图2 为A公司节流阀笼套 的失效照片并标 出了 1 、2 、3 、4 、5 排孔，1 、2 、3 N b L 损坏严重 ，尤 以1 排孔最甚 。这是长期小开度运行造成的，意味 着第3 排孔对应的开度 已满足实际流量要求，而第 4 N Zf L 所对应 的流量将超过实际流量，显然 ，第4 排 孔 以后 的开度范 围均起 不到调节作用 ，如果把 笼套上 的孔改小一些，或把孔 的数量减少一些 ， 则实际流量要求 的开度范围会 加大 ，阀的寿命 由 此而 延长 。 蓦 睁 善 繇 l 饿 l j ∞ 0 l辨l曩 { “‘ 嘲 一 l ● 爵 重■慧I t警羹蟪 l一■● 巷薹藿赛萋蠢誊磊睾囊萋 静 舞 晕 绣 蕊 稿 登 瓣覆 蚺 ■哪嘲 并纛■麓 ■麓摹●■ 图1理想流量曲线及三种阀的开度与过流面积曲线 图2 A 公司节流阀笼套失效状况 2节流阀结构各不相同 塔里木油 田使用了两种 结构形式 的节流 阀， 一 种是外套一笼套式节流阀，以A公司和c 公司的 产品为代表；另一种是笼套一柱塞式节流 阀，以B 公司产品为代表 。由于结构形式不统一 ，由此引 起使用性能不 同，失效特征亦不同。 2 ． 1 外套一笼套式节流阀使用特性 该种节流 阀，笼套与外套均为悬臂安装 ，对 中要求较高，外套与笼套间的间隙较大，形成较 ∞謇∞∞∞∞∞ 撇 魄 帆 帆 撇 钒 赫 璐 翟辙舞 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第7 期 汪旭东等节流阀在塔里木油田应用中的几个问题 一 4 5一 大的环隙流动，外套移动后 ，在笼套上形成 了凹 陷的外径表面，改变 了介质流体力学特性 ，易形 成扰 流，引起 冲蚀磨损。外套一 笼套式节流 阀的 冲蚀磨损主要在笼套外表面，损伤较严重。 2 ． 2笼套一柱塞式节流 阀使用特性 该种节流 阀，由于笼套嵌装在 阀体 中，刚度 好 ，且有径 向密封 ，能在一 定程度上减少环 隙流 动 ；笼套外径无 凹陷或 凸部 ，能有 效减少扰 流的 产生 ；笼套与柱塞 间的间隙较小 ，对 中性较好 。 笼套一 柱塞式节流 阀的冲蚀磨损主要在笼套 内表 面 。从总体损伤程度看 ，笼套一柱塞式节流 阀要 比外套一笼套式节流 阀损伤要轻一些。 3 执行机构动作不确定 执行 机构 动作 的不确定 是指 1 执 行机 构结构不同对节流阀正常工作造成波动； 2 输 入信号可能受到干扰 ； 3 执行机构没有很好标 定； 4 执行机构位移后没有锁定 ； 5 节流 阀的流量系数C v 值不匹配 ，C v 值过大时波动越突 出； 6 系统 内部可能存在渗漏等 。 节流阀 由阀体和执行机构两部分组成 。执行 机构可 以是手动 、气动 、电动和液动 ，气动、电 动和液动执行机构可根据 自动化系统 中的控制信 号 ， 自动调节 阀门的开度 ，实现对流量 、压力 、 温度和液位 的调节 。塔里木油 田主要使用 的执行 机构有手动、电动和液动 ，其表现为 3 ． 1手动执行机构节流阀开度平稳 手动执行机 构节 流阀投用 以来 ，开度一直平 稳 。因每次节流 阀开度调节后 ，需要上紧锁紧螺 母，阀的开度处于保位状态 ，手动执行机构能够 把 开度锁 定 。但是 ，开度读取不够准确 ，因为节 流 阀手轮 上的刻度套 不便于读取，且容易转动， 零刻度不易校对 。 3 ． 2电动执行机构节流阀开度波动不 明显 电动 执 行机 构 节流 阀投 用 以来 ，读 取 的 开 度一 直较 平稳 。 电动执行机 构节流 阀开度变化 小 的原因与位 移的传 动机构有关，如果传 动副为螺 旋一螺杆 的话 ，由于螺杆 的 自锁 作用，能够较 好 地避免 因振动而引起开度增大的现象。 3 - 3液动执行机构节流阀开度影响明显 现 场使用报 告指 出液压节流 阀开度无保位 功能 。在生产过程 中，节流 阀开度每天都呈现波 动变化 ，变化 范围在每天 1 ～2 ％，导致产量不稳 定 ，频繁波动 。液压执行机构节流 阀造成产量波 动的主要原 因，一是执行机构没有锁定 ；二是温 度对液压油产生影响。 4节流阀笼套材料存在差异 塔里木油 田使用 的三种进 口节流 阀笼套 均为 硬质 合金，材料 性能分析及现 场使用情 况表 明， 三种进 口阀的笼套材料 性质存 在明显差异 ，性能 最优者为B公司节流 阀，其次为A公司节流阀，最 后是C公司节流 阀，后两者实际上相差不大。 上述节流 阀的四种特性表现 中，节流 阀流量 特性不 匹配对 阀的使用性能 的影 响最 为突 出。使 用者应 当注意额定流量系数 的选择 ，重视 阀的流 量特性与气井流量特性的调整和匹配 。 本文 为塔 里木 油 田与西南石油大学合作项 目 高压高产气井节流 阀失效分析及选型研究 9 7 1 0 0 9 0 7 0 0 0 4 的部分 内容 ◆参考文献 [ 1 ] 调节阀常见故障处理6 0 法[ E B ／ OL ] ． h t t p ／ ／ b b s ．c o l 8 8 ． c o rn／ c o n t e n t ／ 1 7 2 1 1 0 5 1 2 0 9 1 ．h t ml [ 2 】 调节 阀应 用 中技 术 问题 的探 讨[ EB／ OL】 ． ht t p ／ ／ WWW． 1 8 s h o w． c r d z t 3 3 2 5 4 ／ d e f a u l t ． h t ml [ 3 ]哈奇森 J ． W． Hu t c h i s o n 美主编，林秋鸿等译． 美 国仪表协会调节阀手册 第二版北京化学工业出版 社 ，1 9 8 4 ． 更正 本 U 2 0 1 1 年第5 期第5 7 页刊登郭智等四人的 预转化炉进气管和上封头焊缝区裂纹分析一文，第7 页图 9 、图1 0 金相照片颠倒 了，应相互对调；图1 O 中图题文字 “ 封头一测”的测字应改为 “ 侧”。均系校对之误。 谨向作者、读者致歉 ，并予更正。 本刊编辑部 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m