国产迷宫阀在海洋石油生产中的成功应用.pdf

第 1 0 期 ． 3 9一 国产迷宫阀在海洋石油生产中的成功应用 李天斌，邹道标，李家明 中海石 油 中国有限公司湛江分公 司，广东 湛江 5 2 4 0 5 7 [ 摘 要] 海上石油平 台在生产过程中，为满足生产工艺和消防要求，需要将海水升压后进入工艺系统和消防系统然后减 压排入海中。在排海过程中，由于前后压差大，对阀门 要求苛刻。通过选用国产迷宫闯替代单座角阀和调节阀，满足 了生 产需求，节约了采购和维修成本。 [ 关键词]海上石油平台；石油生产；国产迷宫阀；应用 海 洋石油在开发过程 中，由于离陆岸较远 ， 一 般采 取 建海 上石 油 平 台或者 油轮 进行 开 发生 产 。在进行 油气水 处理过程 中，经常 需要冷 、热 媒进行 工艺交换或注 水开采 ，同时为满足 安全 生 产需求，平台上需要建立完善的水消 防系统 。为 减少投资和便于操作 ，海水是理想 的换热介质 。 海水通过升压后 ，进 入工艺系统，给处理工艺系 统提供源源不断的冷热交换载体，海 水吸收了热 源或冷源后再排入海 中，形成一个开式循环 。同 时，为满足湿式消防系统 的要求 ，在水消防管网 中充满海水并保压 ，多余 的海水也需排入海 中。 因此 ，减压排海设备 的性能决定 了系统压力的稳 定。本文通过 总结 以往减压设计 的基础上 ，大胆 创新 ，探讨 了海上平 台海水排海技术 ，将新技术 应用于新建平台。 1 单座角阀节流减压原理及特点 海水系统压力控制通常采用 多级减压 的工艺 设计流程 ，即采用一个常规控制 阀和两个单座角 阀组成的串联控制来实现 管线压力稳 定及减压排 放 。为 了保 持系统压 力稳 定，需要通过 安装在 工 艺流程上的控制 阀和角阀将部分海 水直接排 放到 大海 中。 1 ． 1 角阀节流减压原理 单座 阀都是通过 改变 阀芯阀座 的节流面积而 调节压力和流量 ，也就是等熵流动过程 。在这个 过程 中，在节流面积最小处的下游会出现一个流 速最大 ，压力最低位置 ，在这个位置上的流体压 力如果低于饱和蒸汽压力 ，液体就会气化 ，产生 空化现象 。而在后面压力恢复 的过程 中，流体压 力再次高于饱和蒸汽压力产 生的气泡破裂 ，发生 气蚀 ，从而产 生的后果非常严重 。不仅 阀门噪音 急剧增大 ，振动剧烈 ，而且极有可能引发管道共 振 ，发生安全事故 ，如 图1 所示 。 图l 单座阀减压节流原理 1 ． 2特 点 由于 阀门前后压差大 ，在 阀门内部形成空化 和气蚀 ，造成控制 阀和角 阀振动和噪音增大 ，调 节性能下降，严重的可直接 导致 阀门内件损坏或 报废 。使用控 制阀和单座 阀作为排放 阀时 ，主要 存在 的问题有 1 排放 时 由于 阀 门前后压 差大 ，存 在气 蚀，噪音大大超过环保要求的允许值 。 2 由于压差大，排放时产生气蚀 ，导致振 动大 ，调节性能下 降，造成工艺流量和压 力不稳 定 。 3 维护频繁 。因气蚀和振动 ，阀门内件容 作者简介李天斌 1 9 7 4 一，男，广西桂林人，1 9 9 7 年本科毕 业， 工程师。现从事海上油田开发工程项目管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ． 0 一 一 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 O 1 2 年第1 5 卷 易损坏 ，维修人员要不停地进行维修。 4 缩短 了阀门使用寿命 。由于压差大、流 速 高，介质对 内件的冲刷和 腐蚀严重 ，导致阀 门 使用寿命缩短。 由于 以上原因，以往项 目在采购过程 中，一 直依赖 国外产 品，且要求的材质非常高，造成采 购 费用高、周期长、限制多，维护非常不便。 2迷宫阀节流减压原理及特点 2 ． 1 迷宫阀节流减压原理 迷 宫 阀通 过采 用迷 宫 芯包 内件 ，通 过 流体 在迷 宫内部耗 能减压 ，建立一个等焓流动过程 。 迷宫 阀的芯包 内件是 由多个迷宫盘片组成 的并具 有独特结构的减压 内件 ，通过多级减压 ，它能极 好地将介质的流速 限制在较低 的数值上，从而使 阀门在没有气蚀 和高噪声 的状态下运行。迷宫内 件 的每一个迷宫盘片都 需要经过精心计算，确 定 设计流道 ，根据 工况条件计算得 出的多个尖锐直 角 、转角所组成。 当阀芯在迷 宫芯包 内移动时， 流体受 到节流并迫使其流过极其 曲折 的途径 ，而 每个转 角就起一级 降压的作用 。 由于流道具有许 多尖锐转角和连续扩张的流径，在逐级膨胀 的过 程 中消耗 了流体 的动能 ，降低 了流体压力 ，从而 避免 了产生噪声。如 图2 所示。 图2 迷宫阀减压节流原理 2 ． 2迷 宫阀减 压特 点 对 液体流而言 ，迷 宫阀可有效地消除气蚀 ， 并避免对 阀门、内件 以及下游 管道 的破坏 。迷宫 阀解决 了高压差工况下流体不稳定 、噪声大 、振 动大 、阀内件寿命短等难题。流体 的流动速度是 产生冲刷 的主要原 因，冲刷的速率将 以流体速度 的3 至4 次方而变化 ，因此，合理控制流体速度对 于减 小冲刷带来 的阀门内件损坏是至关重要的。 迷宫调节 阀可提供多达6 0 级的减压结构 ，可充分 控制每级 的降压量和流体流速 ，确保介质在 阀芯 内流速 稳定并保持在一个合适的范围内，极大地 减小甚至消除高速介质对 内件的冲刷和侵蚀 ，大 大延长阀门的使用寿命 。迷宫芯包 的特殊结构型 式带来的另一个好 处是密封面和节流 分别 设置 ， 充分保护密封 面不被介质冲刷和侵 蚀，密封面采 用带有经过计算和实践检验 的有角度 差的锥面密 封 结构 ，简单并易于密封 ，可修复性强，泄漏量 小，如图3 所示。 图3 迷宫阀内部结构 3单座阀和迷宫阀性能对 比 表1 单座阀和迷宫阀性能对比 ■H t ★h帕 f 硅 啦 曦 靓 m ⋯⋯ 々⋯ j ⋯‘⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯口- ⋯ i 硪 蛾 谯 蛐 啦 ， s 堍 娜 4 畦 鹕 E 呲 } 榔 } 班 椎帅 概 椎 枷 ‘ 靖 {柑 雌 { m m t ⋯ h r 一 ⋯ }⋯ ⋯ ～ I ⋯ ’ L ～⋯ 1 ， t ⋯ r ⋯ ⋯ ’ r r 日 慷i - ⋯ I ‘ 蛳 l | 竹 “ ⋯ 强 日 讣 n 谁 I 、 悔精 I _| 啪 l 艟 赫 t⋯～ ⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯ n ⋯ ⋯ j 、 ⋯⋯ ⋯ ⋯ ’ ⋯～ - } ⋯- ⋯⋯⋯⋯ ‘ ⋯⋯ t E⋯⋯ 项 目 单座 阀 迷宫阀 结构型式 简单 复杂 流道数量 单流路 多流路 减压方式 单级 多级 维护周期 间隔短 间隔长 噪声水平 噪声高 噪声低 振动水平 振动大 振动小 一 流速 尚 低 抗气蚀性能 差 好 流量特性 通过阀芯型面实现 通过迷宫盘片实现 加工成本 低 高 阻力特性 流阻小 流阻大 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m