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自力式調(diào)節(jié)閥在油田工況下的選型應用
日期：2025-06-16 08:18
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摘要：
一、自力式調(diào)節(jié)閥特點
自力式調(diào)節(jié)閥是一種無須外加驅(qū)動能源，依靠被測介質(zhì)自身的能量，按設(shè)定值進行自動調(diào)節(jié)的控制裝置。
它集檢測、控制、執(zhí)行諸多功能于一身，自成一個獨立的儀表控制系統(tǒng)。具有以下特點：無需外加驅(qū)動能源，節(jié)能，運行費用低，適用于爆炸性危險環(huán)境；結(jié)構(gòu)簡單，維護工作量小，可以實現(xiàn)無人值守；集變送器、控制器及執(zhí)行機構(gòu)的功能于一體，價格低廉，節(jié)約工程投資。以油田常用的三相分離器為例，使用自力式調(diào)節(jié)閥工程投資僅為使用電動單元組合儀表的三分之一。
二、自力式調(diào)節(jié)閥種類
自力式調(diào)節(jié)閥種類很多，按被控參數(shù)可分為 自力式壓力調(diào)節(jié)閥 、 自力式差壓調(diào)節(jié)閥 、 自力式液位調(diào)節(jié)閥 、 自力式溫度調(diào)節(jié)閥 、 自力式流量調(diào)節(jié)閥 等。
三、自力式調(diào)節(jié)閥原理
1、 自力式壓力調(diào)節(jié)閥 原理
如圖1所示，自力式調(diào)節(jié)閥前壓力調(diào)節(jié)閥，其閥芯初始位置在關(guān)閉狀態(tài)。閥前壓力P1經(jīng)閥芯、閥座節(jié)流后，變?yōu)殚y后壓力P2，同時P1經(jīng)過取壓管輸入至上膜室內(nèi)作用在膜片上，產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，從而控制閥前壓力。
當P1增加時，P1作用于膜片上的力也隨之增加。此時膜片上的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯向離開閥座的方向移動，這時閥芯與閥座之間的流通面積變大，流阻變小，P1向閥后泄壓，直到膜片上的作用力與彈簧反作用力相平衡為止，從而使P1降為設(shè)定值。同理，P1降低時，動作方向與上述相反，這就是閥前壓力調(diào)節(jié)的工作原理。
閥后壓力調(diào)節(jié)與閥前的相同，但閥芯反裝。
可通過調(diào)節(jié)彈簧反作用力的大小來改變壓力設(shè)定值。流量特性一般為快開。
2、自力式液位調(diào)節(jié)閥原理
自力式液位調(diào)節(jié)閥又稱浮子液面調(diào)節(jié)器，其工作原理如圖2所示，浮球通過連桿機構(gòu)與調(diào)節(jié)閥的閥桿相連接。通過浮球和連桿機構(gòu)的作用，調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度來使液位保持在適當?shù)母叨壬?。當出液量減少，容器內(nèi)液位升高時，說明進液量大于出液量，浮球隨之升高，并通過連桿機構(gòu)立即將閥門關(guān)?。环粗?，當液位降低時浮球通過連桿機構(gòu)將閥門開大，直到進出液量相等，液位穩(wěn)定為止。這就是進口控制的工作原理。
出口控制與進口控制原理相同，但閥芯反裝。
這里，浮球是系統(tǒng)的檢測元件，而連桿機構(gòu)就是一個簡單的調(diào)節(jié)器，閥就是*終執(zhí)行元件，組成一個完整的液位自控系統(tǒng)。閥的流量特性有直線和等百分比可選。閥體有直通式和角式兩種。
3、自力式溫度調(diào)節(jié)閥、自力式流量調(diào)節(jié)閥
其工作原理與自力式壓力調(diào)節(jié)閥大同小異，在此不再贅述。
四、選型使用注意問題
1、調(diào)節(jié)精度
自力式調(diào)節(jié)閥是由機械的方法組成的純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此控制的結(jié)果不可避免地存在靜差。調(diào)節(jié)精度一般為±5%~±10%。適用于調(diào)節(jié)品質(zhì)要求不高的場合。
2、允許壓差
由于自力式調(diào)節(jié)閥沒有驅(qū)動能源，僅靠介質(zhì)自身的能源（壓力閥靠介質(zhì)壓力，液位閥靠介質(zhì)對浮球的浮力等），而且無法象普通控制閥可通過提高氣源壓力來增大壓差。從而導致允許差壓較普通控制閥小，口徑也受限制。DN80以下的閥允許壓差*高2.0MPa（PN4.0MPa時），而普通氣動控制閥*高可達6.4MPa。目前，自力式壓力調(diào)節(jié)閥*大口徑為DN300。自力式液位調(diào)節(jié)閥由于受浮球浮力的限制，允許差壓也小，多數(shù)生產(chǎn)商對允許差壓未作明確，選用時應向生產(chǎn)商咨詢。同樣原因，自力式液位調(diào)節(jié)閥口徑*大做到DN250，對大多數(shù)場合已經(jīng)夠用，特殊場合如果流量特別大，可使用兩臺或多臺并聯(lián)。
3、介質(zhì)黏度
由自力式壓力調(diào)節(jié)閥原理和結(jié)構(gòu)特點知，介質(zhì)黏度過高容易引起引壓管的堵塞，影響膜片的彈性，導致閥內(nèi)壓力平衡元件不能正常工作。特別是凝固點較高的介質(zhì)在停工降溫后凝固也將使波紋管開工后無法正常工作。國內(nèi)廠家的產(chǎn)品樣本未見介質(zhì)允許黏度推薦值。國外已有廠家推薦在液體情況下允許使用介質(zhì)運動黏度為7×10-4m2/s和8×10-4m2/s。在河南油田，個別閥運用在稠油介質(zhì)，黏度在2×10-4m2/s左右。
高黏度的介質(zhì)可選用重錘平衡自力式壓力調(diào)節(jié)閥。
4、對密封的要求
自力式調(diào)節(jié)閥國內(nèi)還沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品標準。生產(chǎn)商一般參照控制閥的國家標準進行生產(chǎn)。
國標GB/T4123-92要求控制閥本體填料函及其他連接處無滲漏現(xiàn)象?？梢詽M足可燃、有毒氣體介質(zhì)對密封性的要求。而國標GB/T4123-92對氣動執(zhí)行機構(gòu)的氣室密封要求：“氣動執(zhí)行機構(gòu)的氣室應保證氣密。在額定氣源壓力下，5min內(nèi)薄膜氣室內(nèi)的壓力下降不得大于2.5kPa?！憋@然這是針對以壓縮空氣為氣源的規(guī)定，不能滿足自力式調(diào)節(jié)閥對可燃、有毒氣體介質(zhì)的使用要求。
油田的氣體介質(zhì)大多為易燃易爆有毒的氣體，油類液體介質(zhì)通常要揮發(fā)出可燃氣體，是不允許有滲漏的。這些場合對自力式調(diào)節(jié)閥的密封要求比國標嚴格，選用時要特別注明。
5、自力式調(diào)節(jié)閥計算
該計算同普通控制閥，不再詳述。
五、自力式調(diào)節(jié)閥在油田的應用
1、自力式調(diào)節(jié)閥與普通控制閥相比有多種差異，但這些差異并不影響在油田的使用。油田的絕大多數(shù)場合如計量站、集油站、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站等場合生產(chǎn)過程壓力、溫度不高（1.0MPa，100℃以下），介質(zhì)黏度不大（2×10-4m2/s以下），控制精度要求不高（一般±10%），自力式調(diào)節(jié)閥完全可以滿足生產(chǎn)需要。
2、自力式調(diào)節(jié)閥在河南油田已有十幾年的使用歷史，已得到了實踐的檢驗和成功的應用。典型應用：油氣水三相分離器的壓力控制，油室、水室液位控制，如圖3所示；除油器壓力、液位控制，如圖4所示；氣液分離器、緩沖罐壓力、液位控制（略）；居民區(qū)供暖分支管線的流量、溫度控制等（略）。
自力式調(diào)節(jié)閥是一種無須外加驅(qū)動能源，依靠被測介質(zhì)自身的能量，按設(shè)定值進行自動調(diào)節(jié)的控制裝置。
它集檢測、控制、執(zhí)行諸多功能于一身，自成一個獨立的儀表控制系統(tǒng)。具有以下特點：無需外加驅(qū)動能源，節(jié)能，運行費用低，適用于爆炸性危險環(huán)境；結(jié)構(gòu)簡單，維護工作量小，可以實現(xiàn)無人值守；集變送器、控制器及執(zhí)行機構(gòu)的功能于一體，價格低廉，節(jié)約工程投資。以油田常用的三相分離器為例，使用自力式調(diào)節(jié)閥工程投資僅為使用電動單元組合儀表的三分之一。
二、自力式調(diào)節(jié)閥種類
自力式調(diào)節(jié)閥種類很多，按被控參數(shù)可分為 自力式壓力調(diào)節(jié)閥 、 自力式差壓調(diào)節(jié)閥 、 自力式液位調(diào)節(jié)閥 、 自力式溫度調(diào)節(jié)閥 、 自力式流量調(diào)節(jié)閥 等。
三、自力式調(diào)節(jié)閥原理
1、 自力式壓力調(diào)節(jié)閥 原理
如圖1所示，自力式調(diào)節(jié)閥前壓力調(diào)節(jié)閥，其閥芯初始位置在關(guān)閉狀態(tài)。閥前壓力P1經(jīng)閥芯、閥座節(jié)流后，變?yōu)殚y后壓力P2，同時P1經(jīng)過取壓管輸入至上膜室內(nèi)作用在膜片上，產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，從而控制閥前壓力。
當P1增加時，P1作用于膜片上的力也隨之增加。此時膜片上的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯向離開閥座的方向移動，這時閥芯與閥座之間的流通面積變大，流阻變小，P1向閥后泄壓，直到膜片上的作用力與彈簧反作用力相平衡為止，從而使P1降為設(shè)定值。同理，P1降低時，動作方向與上述相反，這就是閥前壓力調(diào)節(jié)的工作原理。
閥后壓力調(diào)節(jié)與閥前的相同，但閥芯反裝。
可通過調(diào)節(jié)彈簧反作用力的大小來改變壓力設(shè)定值。流量特性一般為快開。
2、自力式液位調(diào)節(jié)閥原理
自力式液位調(diào)節(jié)閥又稱浮子液面調(diào)節(jié)器，其工作原理如圖2所示，浮球通過連桿機構(gòu)與調(diào)節(jié)閥的閥桿相連接。通過浮球和連桿機構(gòu)的作用，調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度來使液位保持在適當?shù)母叨壬?。當出液量減少，容器內(nèi)液位升高時，說明進液量大于出液量，浮球隨之升高，并通過連桿機構(gòu)立即將閥門關(guān)?。环粗?，當液位降低時浮球通過連桿機構(gòu)將閥門開大，直到進出液量相等，液位穩(wěn)定為止。這就是進口控制的工作原理。
出口控制與進口控制原理相同，但閥芯反裝。
這里，浮球是系統(tǒng)的檢測元件，而連桿機構(gòu)就是一個簡單的調(diào)節(jié)器，閥就是*終執(zhí)行元件，組成一個完整的液位自控系統(tǒng)。閥的流量特性有直線和等百分比可選。閥體有直通式和角式兩種。
3、自力式溫度調(diào)節(jié)閥、自力式流量調(diào)節(jié)閥
其工作原理與自力式壓力調(diào)節(jié)閥大同小異，在此不再贅述。
四、選型使用注意問題
1、調(diào)節(jié)精度
自力式調(diào)節(jié)閥是由機械的方法組成的純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此控制的結(jié)果不可避免地存在靜差。調(diào)節(jié)精度一般為±5%~±10%。適用于調(diào)節(jié)品質(zhì)要求不高的場合。
2、允許壓差
由于自力式調(diào)節(jié)閥沒有驅(qū)動能源，僅靠介質(zhì)自身的能源（壓力閥靠介質(zhì)壓力，液位閥靠介質(zhì)對浮球的浮力等），而且無法象普通控制閥可通過提高氣源壓力來增大壓差。從而導致允許差壓較普通控制閥小，口徑也受限制。DN80以下的閥允許壓差*高2.0MPa（PN4.0MPa時），而普通氣動控制閥*高可達6.4MPa。目前，自力式壓力調(diào)節(jié)閥*大口徑為DN300。自力式液位調(diào)節(jié)閥由于受浮球浮力的限制，允許差壓也小，多數(shù)生產(chǎn)商對允許差壓未作明確，選用時應向生產(chǎn)商咨詢。同樣原因，自力式液位調(diào)節(jié)閥口徑*大做到DN250，對大多數(shù)場合已經(jīng)夠用，特殊場合如果流量特別大，可使用兩臺或多臺并聯(lián)。
3、介質(zhì)黏度
由自力式壓力調(diào)節(jié)閥原理和結(jié)構(gòu)特點知，介質(zhì)黏度過高容易引起引壓管的堵塞，影響膜片的彈性，導致閥內(nèi)壓力平衡元件不能正常工作。特別是凝固點較高的介質(zhì)在停工降溫后凝固也將使波紋管開工后無法正常工作。國內(nèi)廠家的產(chǎn)品樣本未見介質(zhì)允許黏度推薦值。國外已有廠家推薦在液體情況下允許使用介質(zhì)運動黏度為7×10-4m2/s和8×10-4m2/s。在河南油田，個別閥運用在稠油介質(zhì)，黏度在2×10-4m2/s左右。
高黏度的介質(zhì)可選用重錘平衡自力式壓力調(diào)節(jié)閥。
4、對密封的要求
自力式調(diào)節(jié)閥國內(nèi)還沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品標準。生產(chǎn)商一般參照控制閥的國家標準進行生產(chǎn)。
國標GB/T4123-92要求控制閥本體填料函及其他連接處無滲漏現(xiàn)象?？梢詽M足可燃、有毒氣體介質(zhì)對密封性的要求。而國標GB/T4123-92對氣動執(zhí)行機構(gòu)的氣室密封要求：“氣動執(zhí)行機構(gòu)的氣室應保證氣密。在額定氣源壓力下，5min內(nèi)薄膜氣室內(nèi)的壓力下降不得大于2.5kPa?！憋@然這是針對以壓縮空氣為氣源的規(guī)定，不能滿足自力式調(diào)節(jié)閥對可燃、有毒氣體介質(zhì)的使用要求。
油田的氣體介質(zhì)大多為易燃易爆有毒的氣體，油類液體介質(zhì)通常要揮發(fā)出可燃氣體，是不允許有滲漏的。這些場合對自力式調(diào)節(jié)閥的密封要求比國標嚴格，選用時要特別注明。
5、自力式調(diào)節(jié)閥計算
該計算同普通控制閥，不再詳述。
五、自力式調(diào)節(jié)閥在油田的應用
1、自力式調(diào)節(jié)閥與普通控制閥相比有多種差異，但這些差異并不影響在油田的使用。油田的絕大多數(shù)場合如計量站、集油站、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站等場合生產(chǎn)過程壓力、溫度不高（1.0MPa，100℃以下），介質(zhì)黏度不大（2×10-4m2/s以下），控制精度要求不高（一般±10%），自力式調(diào)節(jié)閥完全可以滿足生產(chǎn)需要。
2、自力式調(diào)節(jié)閥在河南油田已有十幾年的使用歷史，已得到了實踐的檢驗和成功的應用。典型應用：油氣水三相分離器的壓力控制，油室、水室液位控制，如圖3所示；除油器壓力、液位控制，如圖4所示；氣液分離器、緩沖罐壓力、液位控制（略）；居民區(qū)供暖分支管線的流量、溫度控制等（略）。
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