单向阀在天然气管道中的功能.doc

单向阀在天然气管道中的功能 单向阀的安全保护功能 我们知道天然气站场远程控制的自动放空阀下游均设有单向阀，而所有手动放空阀（如分离器放空阀）下游没有单向阀，为什么同样是放空管线，同样是放空阀，却有这样的区别呢？其问题在于，手动放空阀是在非紧急情况下对单段管线的放空，其放空不会影响其他管线设备，且在正常情况下由于该放空阀始终处于关闭状态（前提是该阀是完好设备），其他回路的天然气也不会对该阀及其上游回路造成影响。而自动放空阀均是受站控系统控制，一般在紧急情况下才打开，而且同时打开的会是多个回路上的自动放空阀，即多个放空管线同时放空，此时由于站场各个放空管线高低压力不同，放空时就容易出现天然气由高压放空管线向低压放空管线反窜的现象，若没有单向阀，高压天然气就会进一步窜入低压自动放空阀的上游，这样一方面会延长站场放空时间，另一方面还会出现低压放空阀上游管线瞬时工作压力超过设计压力的现象，此种情况是绝对不允许的，超压哪怕只是1秒也是非常危险的，是较严重的安全隐患，但是加上单向阀则会完全避免该情况的发生。此处单向阀的作用很关键，既是对放空阀上游设备的保护，同时也避免了放空气流发生紊乱，缩短了紧急情况下的放空时间。我们在对站场放空系统进行设计或变更改造时必须要考虑这一点。 辅助自动控制功能 压缩机均设有旁通支路，习惯上我们称之为“小越站”。该支路的设计即考虑了压缩机组启停过程的流程自动切换，而该自动切换功能的实现却是借助旁通支路上这一关键的阀门——单向阀。 压气站场流程示意图如下： 天然气进站 电动球阀 压缩机装置区 过滤分离装置 M 单向阀 大越站支路 天然气出站 图1 压气站场流程示意图 上图中电动球阀和单向阀组成了“小越站”流程。正常生产过程中，大越站支路处于关闭状态，天然气经过过滤分离装置后分成两路，一路进入压缩机装置区（包括压缩机组及附属管线设备），另一路进入“小越站”。 单向阀的作用首先表现在压缩机组由停机状态转为运行状态的切换过程中。压缩机停运过程中，压缩机装置区被关闭，天然气仅通过“小越站”管线出站。当压缩机组启动运行后，将进站天然气进行压缩，此时压缩机装置区下游压力升高且远大于上游进站压力，即“小越站”单向阀下游压力大于单向阀上游压力，在该单向阀的作用下“小越站”流程被关闭。即在压缩机组运行状态下，天然气完全进入压缩机装置区进行压缩。 该单向阀最关键的作用还是在压缩机组从运行状态到停机状态的切换过程中。压缩机组停机瞬间及停机后的一段时间内，出站压力还是会高于进站压力，此时单向阀继续保证天然气向下游方向走，直至上下游压力平衡，最后天然气走“小越站”流程。整个过程由于单向阀的存在实现了无扰动平稳切换。 对比分析一下不难发现其重要性。如果我们将单向阀去掉，此时的“小越站”仅能靠控制电动球阀来实现。启机运行过程中需要将该电动球阀关闭，否则压缩机组出口压缩后的天然气会经过该阀流回上游。停机后还要待上下游平衡后将该阀打开。从控制角度来说虽然可以实现，但提高了运行监控工作量，同时对控制系统稳定性和站场供电也提出了更高的要求；另外，电动球阀开关均需要较长时间，在紧急停机的情况下，该阀不能及时开关，会对管线安全产生不利影响。 防止回路相互干扰功能 单向阀在压气站场压缩机组润滑油系统的应用是单向阀防止回路相互干扰功能的典型例子。润滑系统流程示意图如下。 主油泵 预/后润滑油泵 动力透平 轴承 燃气发生器轴承 附属齿轮箱 后备泵 单向阀1 单向阀2 单向阀3 单向阀4 单向阀5 润滑油箱 压力开关1 压力开关2 其他润滑点 图2 压缩机组润滑系统流程示意图 供油原理：如上图，该润滑系统共有三个相互独立的供油支路：主油泵供油支路、预/后润滑油泵供油支路、后备泵供油支路，还有三个主要的润滑点：附属齿轮箱、燃气发生器轴承、动力透平轴承。压缩机组正常运行时由燃气轮机带动主油泵工作，从润滑油箱中抽取润滑油并为各个润滑点提供润滑油；而机组在启停机过程或运行过程中主油泵失效的情况下，依靠预/后润滑油泵（380v交流马达驱动）为各个润滑点提供润滑油；机组在启停过程中，若预/后润滑油泵故障，则由后备泵（120V直流马达驱动）为高温轴承提供润滑油。 防止回路干扰功能描述之一：图中单向阀1、2、3这三个单向阀便起到了使三个供油支路互不干扰的作用。主油泵启动的时候，在单向阀1和单向阀2的作用下，润滑油不会流入其他两个供油支路而造成不必要的润滑油压力损失。特别是当预/后润滑油泵和后备泵分别启动的时候，由于这两个泵的功率远远低于主油泵的功率，若其他两条支路没有单向阀，润滑油便会通过另外的两条供油支路泄放回油箱，大量的压力损失会产生，进而难以维持正常的供油压力。所以根据此情况，在我们遇到润滑油压力异常偏低的情况时，可以考虑对单向阀进行检查清洗。 防止回路干扰功能描述之二：此外，预/后润滑油泵和后备泵在启机时均要进行泵检，而且后备泵每24小时还要自动进行一次泵检。图中有两个压力开关1和2，泵检时便是靠检测这两个压力开关来判定油泵的好坏。如果将单向阀去掉，则压力开关的取压点将失去意义，因为这些点几乎成为等压点。尤其在主油泵运行的情况下，后备泵每24小时的泵检更无从谈起，因为无论后备泵运行与否，压力开关的检测值始终是满足要求的。相反有了单向阀1和2，即使主油泵运行，其所提供的压力最多也只能到两个单向阀的下游便会停止，单向阀1和2的上游完全不受影响，后备泵和预/后润滑油泵启动的时候，压力开关检测到压力，泵检便会通过，待两个泵停止则单向阀上游压力重新归零。 防止回路干扰功能描述之三：图中还有两个单向阀4和5。这两个单向阀作用也不容忽视。上面提到机组在启停机过程中，一旦预/后润滑油泵故障，则后备泵运行为高温轴承提供润滑油。所谓的高温轴承，便是动力透平轴承和燃气发生器轴承，因为它们均靠近燃气轮机的燃烧室和排烟道。预/后润滑油泵为交流泵，其故障的情况大多发生在市电停电的情况下，即失去了交流电源。为安全考虑，后备泵在设计的时候便从该角度出发对系统进行了优化，设计为直流泵，在市电停止的情况下，依靠后备（直流）泵继续为轴承提供润滑油，但直流电源的供电时间也受到蓄电池的限制，不可能长期供电，该系统设计维持时间为2个小时。在这2个小时内，为保证最大限度的保护机组，系统将低温润滑点（如附属齿轮箱）进行了“隔离”，使后备泵提供的润滑油完全供给高温轴承，其实此时润滑油的主要作用不再是润滑而是冷却，通过润滑油的不断循环将高温轴承的热量降低。这里起到“隔离”这一关键作用的设备便是两个单向阀：单向阀4和单向阀5。由图可以看出，在单向阀的作用下后备泵所提供的润滑油只能进入动力透平轴承和燃气发生器轴承。 1. 单向阀引起的故障不可忽视 站场出现的设备故障中，由单向阀引起的故障也常常被我们忽视，故障分析时更对单向阀视而不见，致使浪费了大量的人力物力以及时间。下面便是单向阀损坏引起故障的一个实例： 故障名称：空压机压缩空气反窜故障。 为说明该故障先看下面的流程图。下图为空压机系统（为站场提供仪表动力气）流程示意图：空气经入口空气过滤器、控制阀进入空压机进行压缩，后经单向阀A，再经油气分离灌将油进行分离后经单向阀B进入储气罐储存。系统出口的单向阀B，主要作用是避免空压机在卸载或停机后下游空气反窜回空压机。 故障表现：空压机加载完成后一卸载就开始从空气过滤器处向外排气，空压机重新加载后，排气现象又消失，如此反复。将空压机停机，发现依然有气流声，且空气过滤器处气流声明显。 排空 控制阀 放空电磁阀 加载电磁阀 单向阀A 单向阀B 油气分离罐 储气罐 空气过滤器 图3 空压机系统流程示意图 故障分析：产生这种故障的原因便是单向阀B出现故障。单向阀B位于空压机排气管的末端靠近储气罐处，为弹簧式结构。单向阀B的作用是只允许空压机压缩后的空气进到储气罐中，而储气罐中的气不能回到空压机。所以如果单向阀B失灵，当空压机卸载或停机后储气罐的气则会通过单向阀B进入油气分离罐，然后经过放空电磁阀、空气过滤器排出。 造成单向阀失灵的原因有：长期运行使单向阀进去了杂质；密封圈或橡胶老化损坏；回位弹簧失效或损坏；阀体内部有锈蚀现象将阀芯卡住。一般情况只要把单向阀拆开检查清洗一下就可以了，维修比较简单。 但是检修过程中如果我们忽略了对单向阀的检查，势必增加了故障处理难度，同时延长了故障处理时间。 2. 单向阀的双阀配合在工艺上的巧妙应用 单向阀的双阀配合即将两个单向阀下游连接在一起，有的直接将其设计为一个整体，共用一个阀芯，也称双通单向阀或梭阀，这样可以为我们对系统的控制提供很大的便利。 3.1 双阀配合在压缩机组燃料气切断阀控制上的应用 如下图为压缩机组燃料气系统燃料气切断阀的控制回路示意图。当电磁阀得电，电磁阀打开，仪表气通过电磁阀进入双通单向阀左侧，在压力作用下，单向阀的阀芯小球被推移到右侧，并将右侧通路阻断，仪表气便进入燃料气切断阀控制端将切断阀打开，完成开阀过程；当电磁阀失电，仪表气被阻断的同时将双通单向阀的左侧引至上方的放空口，左侧压力降低，而双通单向阀右侧与燃料气切断阀的控制端相连，所以压力将大于左侧压力，阀芯小球又被推移至左侧进而燃料气切断阀控制端的仪表气通过右侧放空口放空，该阀关闭。 放空口 仪表气源 放空口 电磁阀 双通单向阀 燃料气切断阀 放空口 图4 压缩机组燃料气系统燃料气切断阀的控制回路示意图 两个单向阀的配合使用，使整个控制过程相对简单起来，自动化程度也提高，只要控制一个电磁阀就能完成整个控制。否则我们还要增加很多复杂的设备对其进行控制，不但增加了设备空间体积，更使控制逻辑拖沓冗长，也不便于故障检修。