先導式水擊泄壓閥的試驗分析

1、先導式水擊泄壓閥的試驗分析 介紹了先導式水擊泄壓閥的構(gòu)造特點和工作原理，論述了閥門動作特性和流量特性的試驗方法和結(jié)果。 1、概述 在油品的長輸管道中突然停泵、開關閥門過快或機組轉(zhuǎn)速變化等，均會引起管道中油流的驟變，這種變化產(chǎn)生一種壓力波，在管線中迅速傳遞，產(chǎn)生水擊。國內(nèi)外長輸管道的發(fā)展趨勢是管道網(wǎng)絡化和密閉輸送，這就使長輸管道水力系統(tǒng)更復雜，更容易形成水擊。當管道中發(fā)生水擊，并且壓力峰到達水擊泄壓閥的設定值時，水擊泄壓閥快速開啟，部分油品泄入到泄壓罐。由于水擊泄壓閥的開啟使管路中液體的體積發(fā)生了變化，液體的壓能得到釋放，使水擊壓力波的強度得到減弱，因此起到了保護管道和設備安全的目的。水擊泄壓閥

2、以非直接作用式為主，其中先導式水擊泄壓閥( 以下簡稱泄壓閥) 相比于其他控制類型的水擊泄壓閥，具有流通能力強、反應靈敏、無需外力控制和溫度適用范圍廣等優(yōu)點。 2、工作原理 泄壓閥由主閥和導閥組成，導閥響應系統(tǒng)介質(zhì)壓力自身動作從而控制主閥的開關動作。其導閥能夠快速響應入口壓力的變化，在管道內(nèi)水擊波傳遞到閥前，系統(tǒng)壓力超過設定壓力值后，導閥迅速開啟，并控制主閥迅速打開。先導式水擊泄壓閥屬于自動泄壓閥，其驅(qū)動力為管道中的介質(zhì)壓力。泄壓閥并聯(lián)安裝在受保護管線上，閥門上游一側(cè)與受保護的管線相連通，下游一側(cè)與泄放管線相連( 圖1) 。 1. 主閥2. 導閥3. 遠程壓力管 圖1 泄壓閥安裝方式 泄壓閥(

3、圖2) 的主閥本體是軸流式的，整體分為主閥入口、主閥內(nèi)腔氣室和主閥出口3 部分。取壓點設在水擊泄壓閥的上游管線上，上游管道中的壓力通過遠程壓力管進入導閥，導閥通過壓力管分別與主閥內(nèi)腔氣室和主閥出口相連。 1. 閥體2. 閥瓣3. 彈簧4. 固定套5. 導套6. 密封件7. 閥座8. 過濾器9. 導閥10. 壓力管 圖2 泄壓閥 在正常工作狀態(tài)下，上游管道中的壓力進入導閥，通過氣室壓力管進入主閥內(nèi)腔氣室，主閥閥瓣在系統(tǒng)壓力的作用下與密封件接觸，從而保持關閉。當管道中產(chǎn)生水擊時，上游管道壓力超過設定壓力，導閥動作，切斷主閥內(nèi)腔與上游系統(tǒng)壓力的連通，泄放主閥內(nèi)腔壓力到主閥出口。主閥內(nèi)腔失去介質(zhì)力的作

4、用，閥瓣左移，主閥開啟，迅速泄放部分介質(zhì)，消減水擊壓力峰，從而起到保護作用。隨著水擊泄放閥的開啟，水擊波的能量得到釋放。如果管道壓力降至水擊泄壓閥設定值以下，介質(zhì)重新進入主閥內(nèi)腔氣室，作用在主閥閥瓣上，主閥閥瓣右移，泄壓閥重新關閉，恢復到正常運行狀態(tài)。 3、構(gòu)造特點 隨著長輸管線的發(fā)展，泄壓閥對泄放量的需求也越來越高，產(chǎn)品構(gòu)造逐漸發(fā)展為具有高泄放能力，排放噪聲更小，構(gòu)造緊湊的軸流式主閥。主閥內(nèi)芯設計為橄欖形，與閥體配合形成合理的泄放流道，提供消除水擊所需的瞬間泄放量。泄壓閥通過導閥感受水擊壓力控制泄壓閥的開啟及關閉，為非直接作用式泄壓閥，主要控制功能均由導閥實現(xiàn)，因此導閥具備能夠快速響應入口壓

5、力變化的能力。在管道內(nèi)水擊波傳遞到閥前，系統(tǒng)壓力超過設定壓力值后，導閥迅速開啟，并控制主閥迅速打開。導閥應適用于液體介質(zhì)，對主閥關閉過程緩慢控制，不會形成二次水擊。 泄壓閥工作介質(zhì)一般為易燃易爆的油品，從環(huán)保及安全角度考慮，導閥不能排空，出口必須接入主閥出口。主閥出口與帶壓管線相連，可能存在背壓，因此導閥應具備承受背壓特性，確保水擊泄壓閥的設定壓力及動作性能不受背壓影響。 4、性能試驗 為了對泄壓閥的動作特性及流量特性開展研究，開展了水擊動作試驗和流量試驗。 4.1、水擊動作 泄壓閥能夠迅速開啟，平穩(wěn)關閉至關重要。為研究其動作特性，分別開展了在近泵端和近快關閥端的有或無泄壓閥的水擊試驗( 圖3

6、) 。試驗介質(zhì)水及其環(huán)境溫度為10 12。 1. 水源2. 水泵3. 流量計4. 快關閥5. 水擊泄壓閥6. 快關閥7. 調(diào)節(jié)閥 圖3 水擊試驗系統(tǒng) 分析試驗結(jié)果( 圖4、圖5) ，不使用泄壓閥保護試驗系統(tǒng)時，迅速關閉快關閥，系統(tǒng)壓力在極短時間內(nèi)出現(xiàn)峰值，其值為系統(tǒng)正常運行壓力的3 倍以上。在首次最高的壓力峰值后，系統(tǒng)壓力形成波形振蕩，其波動隨著時間的推移而逐漸衰減，4 5s 后系統(tǒng)中的壓力波動逐漸穩(wěn)定。壓力波動穩(wěn)定后，管線中持續(xù)壓力為原工作壓力的2 倍以上。使用泄壓閥時，由于泄壓閥的迅速響應，首次最高壓力峰值顯著降低，并且在首次壓力峰值之后，壓力波動快速穩(wěn)定，管線壓力降低到水擊泄壓閥的設定壓

7、力值，遠低于無保護時的狀態(tài)。 1. 無泄漏壓閥保護2. 有泄壓閥保護 圖4 近快關閥端有/無泄壓閥保護時P2壓力曲線 在不同的安裝位置，泄壓閥都能夠迅速響應，快速消除水擊壓力峰值，保護管線。水擊工況下，泄壓閥動作性能穩(wěn)定，密封良好，關閉平穩(wěn)，無二次水擊現(xiàn)象( 表1) 。 表1 泄壓閥動作性能 1. 無泄漏壓閥保護2. 有泄壓閥保護 圖5 近泵端有/無泄壓閥保護時P1壓力曲線 4.2、流通能力 泄壓閥需要較大的瞬時泄放量，因此對其流通能力具有一定的要求。泄壓閥使用額定流量系數(shù)CV衡量其流通能力。閥門的額定流量與CV值成 正比，CV值越大，閥門的額定流量越大。為保證流通能力滿足要求，開展全開度下額定流量系數(shù)的測量試驗( 圖6、圖7) 。 1. 壓力源2. 試驗段前節(jié)流閥3. 溫度傳感器4. 流量傳感器5. 試驗樣閥6. 試驗段管路7. 試驗段后節(jié)流閥8. 壓力測點 圖6 CV值試驗系統(tǒng) 依據(jù)流道構(gòu)造最終設計方案，對泄壓閥樣閥的全開狀態(tài)、不同壓力條件下的流動情況開展了CFD模擬，并獲得各對應工況下的流通能力( 即質(zhì)量流量) 。通過仿真計算與試驗比照可知( 圖8) ，仿真結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)基本吻合，與理論分析的趨勢也保持一致。 圖7 泄壓閥實測CV值 1. 模擬2. 試驗 圖8 流量曲線計算結(jié)果和試驗結(jié)果比照 5、結(jié)語 先導式水擊泄壓閥為自