川气东送天然气管道有限公司 安徽省安庆市 246000
摘要：莫克维尔德阀门公司的RZD调流阀的控制方式是轴流式活塞型控制阀，专门用于控制流量和压力，在已经成功使用于西气东输分输站场上，起着控制天然气压力和流量的作用，并且在川气东送各增压站场和分输站场也得到广泛应用。本文通过对调节控制阀的结构、特性的充分阐述，论述RZD调流控制阀在川气东送投产和运行中的具体应用。
关键词：RZD调节控制阀；结构；特性；应用
1、莫克维尔德RZD调流控制阀在川气东送管线上用途描述
川气东送天然气分输站场干线部分使用荷兰莫克维尔德调流控制阀，在投产时进行压力控制和流量控制，进而控制气头速度；在运行时，依据下游天然气工业和城市用气量的多少来进行压力和流量调节。了解莫克维尔德RZD调流控制阀的结构、典型控制、调压性能分析等，对日常维护、常见故障分析与解决起到决定性作用，同时对在投产时如何控制压力流量，保证气头速度稳定，确保置换成功起关键作用，以及对当上游供气变化和下游用户用气量变化时，全线稳定运行起到指导作用。
2、莫克维尔德RZD调流控制阀的工作原理
RZD调节阀是轴流式活塞型控制阀，活塞在笼筒内被导引，节流发生在活塞边缘笼筒的孔口之间。活塞通过活塞杆的导引在笼筒内前后运动，阀杆借助它与活塞杆上的45°的齿条传动活塞杆，当执行机构驱动杆向上时，活塞向后移动，开大阀门；反之关小阀门。
3、莫克维尔德RZD控制阀的主要特性如下
①非常好的流体分布：控制阀阀体的形状可以使流体非常容易的通过，同时可使流体在阀门内部径向均匀分布，从而最大限度的减少紊流和噪音；②密封性好：主密封包括一个提醒的软密封圈，这种特殊的结构可以使密封圈在流体压力下被压紧，从而达到密封的效果；③控制流体：阀门的机械部分包括带孔的圆筒（笼套），及中空的活塞，活塞可以左右移动，活塞在笼套中的位置，以及笼套上孔的不同形状和大小决定了多少流体可以通过控制阀；④快速关闭：控制阀的机械结构使得活塞在移动时基本上不受阀门前后压差的阻力，这样就可以用相对小和快速的执行机构操作阀门；⑤动作：在活塞上安装有活塞杆，活塞杆上游45°角的啮齿，活塞杆由有相同啮齿的阀杆操作。当阀杆向上移动时，活塞向后移动，阀门开启。
4、RZD调节控制阀的流量特性
调节阀的流量特性指的是在调节阀前后压差恒定的条件下，介质流过阀门的相对流通能力与阀门的相对开度之间的关系。其中，相对流通能力是阀门某一开度时流通能力与全开时流通能力之比，用q=Q/Qmax表示；相对开度是阀门某一开度与全开度之比，用l=L/Lmax表示，RZD调节控制阀的开度可以被读取。由笼筒的结构可知，RZD调节控制阀的笼筒壁面分为三层，每层按一定规律分布有许多孔洞，三层壁面按一定的要求组合成一体。本质上说，RZD调节控制阀是通过改变节流面积来控制流量的，由于节流孔具有均匀分布的特性，故粗略可以认为q和l呈线性关系。
5、RZD调节控制阀工况分析
1）Δp-Q工况曲线：
在实际生产中，调节阀的控制因素多为控制下游的压力，我们希望保证下游在某个压力下有稳定的流量，此时我们需要对RZD调节控制阀Δp-Q工况进行分析。根据伯努利方程，对调节控制阀阀前、阀后：
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(1)
式中，Z1和Z2为阀前、阀后的高度，单位m；
P1和P2为阀前、阀后的压力，单位Pa；
ρ1和ρ2为阀前、阀后天然气密度，单位kg/m3；
v1和v2为阀前、阀后平均流速，单位m/s；
hf为气体经过调节控制阀时的局部摩阻损失，单位m。
在流量一定的情况下，调节控制阀前后管径相差很小，则v1≈v2，则（1）式可简化为
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(2)
(2)式中，Δp为阀前后压差，单位Pa；
局部摩阻hf的计算公式为：
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(3)
(3)式中，ξ为局部摩阻系数，为一常数；
v为流体流速，m/s；
由Q=Av，可得：
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(4)
(4)式中，A为气体所流经管道的横截面积，单位m2；
Q为流经调节阀的流量，单位m3/s；
由(2)式和(4)式，可得：
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(5)
而
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为常数，故可得：
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(6)
由6式可知，Δp和Q呈抛物线关系，可以得出调节控制阀Δp-Q工况曲线。
2）不同节流面积下工况分析：
对于RZD调节控制阀，不同的节流面积（即调节控制阀不同的开度），对应（6）式不同的a值。节流面积越大，a值越大。对两种工况，开度分别是l1和l2，假设l1＞l2，则a1＞a2。
6、川气东送二期投产调流控制阀实际使用工况分析
中国石化川气东送二期一投管道为干线梁平输气站——武汉输气站段管道，长约753.93km，管径Φ1016，沿线共8座工艺站场，33座阀室。川气东送管道梁平——宜昌段沿线地形地貌极端复杂，管线穿越崇山峻岭、山谷河流，管道在多处形成大落差。全线最高点1719m，最高阀室是碑坳阀室，高程为1682.4m。该段管道的顺利投产对川气东送管道分公司来讲有着举足轻重的作用，是整个管道极为关键的部分。
中国石化川气东送管道干线二期一投的置换和升压是使用梁平输气站的投产调流控制阀进行流量和压力控制的。在整个置换过程中，指挥部根据不同时刻流速、流量需求量的不同，多次对投产调流阀调整开度，保证了整个置换过程中天然气推进速度稳定，投产调流控制阀也精准的完成了调流控制的作用。在整个升压过程中，投产调流阀开度根据上游供气量的大小做出适当的改变，保证了下游升压稳定，不出现严重的波动现象。
梁平输气站于10月8日8：37打开下游阀门开始天然气置换，10月9日20：42天然气气头到达武汉输气站，21：00武汉输气站站内置换完毕。整个天然气置换共经历36小时25分钟。整个置换过程中，气头速度根据不同的情况不断发生变化，梁平输气站的投产调流控制阀也不断的改变开度。
（1）天然气气头由梁平输气站至碑坳阀室段：
天然气在此段中运行时间为从8日8点37分到9日1点52分。在此段期间内，梁平输气站的投产调流控制阀开度由5%增加到22%，其中从10点51到23点40，开度一直稳定保持在15%。本次置换天然气量共为220.839万方，总流量Q=6.7992万方/小时。投产初期，阀门开度较小，天然气头下游有氮气段，故流速较小，平均流速在2.96和3.64，稳定期随着阀门开度的增加，稳定流速大约为5-6m/s。以稳定时计算，流量Q1=5* 0.7574*3600=13633.2方/小时，根据流量特性曲线，知理论开度为l=13633.2/ 67992*100%=19%，而实际开度此段时间保持在15%，23点40开度调整为17%。此段理论开度和实际开度较吻合，由于此段时间内天然气气头在山区行进，地形较复杂，存在沿程摩阻，理论开度大于实际开度。开度变大后，流量变大。
（2）天然气气头由碑坳阀室至枝江输气站段：
天然气在此段中运行时间为从9日1点52分到10点08分。此段天然气气头流速逐渐减缓，而开度却不断增加，9点19分时，天然气气头流速仅为2.79m/s，按此速度计算理论开度l=2.79*0.7574*3600/67992=11%，而实际开度为30%，26%，相差很大。出现此种情况可能是梁平输气站投产调流控制阀堵塞或管道干线堵塞或下游有放空堵塞，而投产调流控制阀已正常运行18个小时，气质情况没有突然变化，阀前后压力也保持平稳，不会突然出现堵塞现象，且梁平——宜昌段压力未见明显上升，越接近枝江段压力没有下降反而上升，亦不是管道干线堵塞，故应该考虑下游放空堵塞。考虑到氮气气头至宜昌输气站、桑树河阀室和枝江输气站时间间隔明显增大，气头速度急剧变缓，从到宜昌输气站时3.12m/s至到枝江输气站时速度仅为0.9m/s，而且枝江输气站汇报放空声音并不是很强烈，据此可以判断导致流速过缓的原因应该是枝江输气站放空堵塞的问题。后来检查枝江输气站放空系统，发现放空管阻火器的确有堵塞。
在投产期间，发生开度与流速不一致的情况时，通过正确的分析，可以及时做出应急处置，在投产时，指挥部领导果断决策，在枝江输气站长时间检测不到氮气时，将沮漳河阀室流程导通，并且将下游阀室放空均打开，加大流速。通过应急处置，有效的避免了混气段过长等情况，确保了投产的成功。
（3）天然气气头由沮漳河阀室至武汉输气站段：
天然气在此段中运行时间为从9日10点54分到20点42分。在此段期间内，梁平输气站的投产调流控制阀开度由22%变化到12%，其中从10点54到19点37，开度一直稳定保持在22%，稳定流速大约为6m/s。以稳定时计算，流量Q1=6*0.7574*3600=16359.84方/小时，根据流量特性曲线，知理论开度为l=16359.84/67992*100%=24%，而实际开度此段时间保持在22%，19点37开度调整为15%，20点17开度调整为12%。此段理论开度和实际开度较吻合，此段下游放空速度稳定，没有出现枝江输气站放空堵塞的情况，开度变大后，流量变大。
（4）二期一投调节控制阀Δp-Q工况：
在二期一投置换过程中，为了保持稳定的置换速度，投产调流阀前后压差Δp保持在4.64——5.11MPa，根据Δp-Q工况曲线，流量在一定范围内增大或减小时，Δp可以保持在小范围内变化，即保持前后压差稳定。
在开度没有接近全开时，压差变小，流量变小且变化较大，此时若开度较大，则反应为有堵塞，在此次投产中由于上下游压差很大，而且下游管容量很大，虽有堵塞现象发生，但及时处理，Δp没有明显减小。
总体上，二期一投投产调流控制阀的工况实际和理论较吻合，理论工况曲线能较正确的反应投产中的实际情况，并且具有一定指导作用。经过对投产调流阀实际工况的分析，我们更加清晰地认识了天然气长输官网的置换过程，了解了问题的表象和本质原理，为今后的投产工作积累了宝贵的经验，也为随后的升压工作积累了调流阀使用经验。
7、对以后投产和运营的指导性意义
1）在今后的投产中，仍然会运用调节阀来控制流速，经过积累几次投产的成功经验，我们可以根据流速来判断投产调流阀的大概开度，当流量与开度并不对应时，说明置换过程中出现了相应的问题，此时就要迅速寻找问题，及时处理或者采取应急措施，保证投产顺利成功。
2）在今后的升压和运营中，存在上下游压差，要给下游提供稳定的流量时，也会用到投产调节控制阀，根据下游的升压速度和下游用户的用气量多少可以调节控制阀的开度，保证下游稳定的流量和压力。同时对下游可能出现的问题可以及时分析和处理。
8、投产调流阀日常保养及检修
1）维护和检修
定期的维护能够延长阀门的使用寿命。对阀门具体检查的周期为：每一个月进行一次外部检查，检查阀体涂层是否损坏，螺栓是否固定如有修补紧固处理。每五年进行一次全面检修。检查时候有气体、液体或润滑油从压力泄放阀中泄露。如果有，说明活塞杆的密封圈有损坏。在紧急情况下，可对压力泄放阀泄漏做如下处理：打开压力泄放阀的铅封，向里拧紧螺钉以关闭压力泄放阀。
2）五年检修
每五年要对阀门内部进行一次检修，在对阀门内部进行检修时，必须将阀门从管道上拆除，清洁阀门，去除杂物，检查阀体内表面，确保其没有破坏，或者内部涂层没有破坏，检查零部件表面是否有损坏或腐蚀，如有更换备件。
结论
投产调节控制阀对天然气管道长输的投产和运营起着很重要的作用，熟悉掌握其工作特性，可以帮助我们在投产时控制压力、流量，保证气头速度稳定，确保置换成功，以及对当上游供气变化和下游用户用气量变化时，确保全线稳定运行。
参考文献
[1]Mokveld公司RZD控制阀用户手册.
[2]川气东送管道分公司阀门操作维护手册.