監控調壓閥故障診斷方法優化

馮裕祥

（西氣東輸管道公司合肥管理處，安徽合肥 230022）

1 問題提出的背景

隨著天然氣產業的快速發展，天然氣儲運設備也迎來了發展黃金期。調壓撬監控調壓閥是天然氣分輸站關鍵的輸氣生產設備之一，故障率高、故障影響大。提升監控調壓閥的故障診斷效率，是維搶修單位面臨的一個亟待解決的課題。

2 監控調壓閥的工作原理

2.1 調壓撬的工作原理

分輸調壓撬主要由安全切斷閥、監控調壓閥和工作調壓閥組成，其中，監控調壓閥包括指揮器和主閥。工作調壓閥根據下游壓力變化，調節閥門開度，進而穩定下游壓力；當工作調壓閥功能失控時，監控調壓閥就通過調節自身閥門開度，控制流通氣量，以實現輔助穩壓效果；當以上2道閥門都失靈時，下游壓力就會持續上升，當下游壓力升高某一預定值時，安全切斷閥就會自動關斷，以確保下游安全；這3個閥門既相互獨立，又相互影響，相輔相成。

2.2 監控調壓閥工作原理

2.2.1 指揮器的組成及工作原理

指揮器分為負載級與控制級。負載級為控制級提供穩定的工作壓力環境。控制級直接控制主閥流通氣量，進而控制下游壓力。指揮器本質上是一個負反饋調節，當上游壓力發生變化而下游壓力不變時，由于負載級作用而保證了控制級的放大閥不受上游波動影響，而維持下游相對穩定。當下游壓力增大時，控制級雙膜結構上腔的壓力增大，膜片受到向下的力增大，向下移動，使放大閥的開度減小，同時增大了負載級上腔的壓力，負載級放大閥的開度也減小，指揮器中的氣流量減小，由負載壓力管線流入監控閥主閥下膜腔的氣體減少，壓力降低。當下游壓力減小時，控制級雙膜結構上腔的壓力減小，膜片受到向下的力減小，向上移動，使放大閥的開度增大，同時減小了負載級上腔的壓力，負載級放大閥的開度增大，指揮器中的氣流量增加，由負載壓力管線流入監控閥主閥下游膜腔的氣體增加，壓力升高。

2.2.2 監控閥主閥的組成工作原理

監控閥主閥主要有閥體、閥門套筒、閥芯、皮膜、皮膜壓盤、關閉彈簧等構成。皮膜與壓盤將膜腔分割上、下游兩個膜腔。上游膜腔內彈簧與下游反饋過來氣體共同在皮膜上產生關閉力P1，由指揮器控制流入下游膜腔中的氣體在皮膜上產生開啟力P2。

當調壓撬平穩工作時，監控調壓閥處在一個動態平衡狀況下，此時，下游氣體壓力在設定范圍內時，控制器放大閥的開度適中，閥門主閥膜片前后的壓力平衡，即P1=P2，監控閥不動作；當下游氣體壓力升高時，指揮器中放大閥的開度減小，負載壓力降低，進而閥門下游膜腔中的壓力降低，使得P1>P2，閥門套筒向靠近閥芯的下游移動，與閥芯之間的空隙減小，流過的氣量減少，最終使得下游氣體壓力降低以達到新的平衡。當下游氣體壓力降低時，指揮器中放大閥開度增大，負載壓力升高，閥門下游膜腔中的壓力升高，使得P1約P2，閥門套筒向遠離閥芯的上游移動，與閥芯之間的空隙增大，流過的氣量增加，最終使得下游氣體壓力升高，再次達到新的平衡。

監控調壓閥就是通過指揮器來調節閥門套筒和閥芯之間的距離，進而調節其流通氣量，最終調節下游壓力，就是“平衡原不平衡原再平衡”循環中，監控閥完成了輔助穩壓功能。

3 引入“三閥組結構”，優化故障診斷流程

監控調壓閥主要故障主要是由指揮器或主閥引起。前者可通過更換指揮器組件（如雙膜結構的膜片、噴嘴、過濾器濾芯）來修復，工作量小，修復時間短；而后者則一般需要拆卸、解體監控調壓閥，更換主膜片、閥芯，維修閥門套筒等方式來修復，工作量較大，修復時間長。據不完全統計，目前西氣東輸分輸場站調壓撬類故障已經占到機械設備總故障的將近50%，而在調壓撬類故障中，尤以監控調壓閥故障最多，約占到調壓撬類設備故障的70%。為了提高監控調壓閥故障診斷與定位的準確度與便捷性，這里介紹一種故障診斷的輔助結構——“三閥組結構”（圖1）。

在監控調壓閥的指揮器與主閥之間的負載壓力管線上加裝一個三閥組結構，該結構B段管線與指揮器出口的負載壓力管線相接；C段管線與主閥上的負載壓力管線相接；A段管線可以接外界測試氣源（如可通過打氣筒向內打氣）。當監控調壓閥正常工作時，A閥關閉，B，C閥打開；當遇到監控閥未能正常打開狀況時，即可啟動故障診斷模式，具體故障診斷操作流程如下。

（1）流程切換。將分輸流程切換至備用路，確保輸氣正常進行。

（2）設備隔離放空。關閉故障調壓路進出口閥門，放空管段內天然氣。

（3）接通外界測試氣源。將A段管線與打氣筒連接。

（4）檢查指揮器。關閉C閥，打開A閥、B閥；用打氣筒向指揮器內打氣；觀察負載級指揮器上壓力表，檢查指揮器放空口是否有氣流；然后先后依次打開檢測口2、檢測口3，檢查氣流情況；故障診斷與定位，具體情況見表1。

（5）檢查主閥（膜片）。關閉B閥，打開A閥、C閥；打開監控閥主閥上檢測口1（圖1）；用打氣筒向主閥膜腔內打氣；觀察與檢查：觀察三閥組上壓力表、閥位指示器、檢查監控閥主閥上檢測口1氣流情況；故障診斷與定位，具體情況見表1。

（6）若主閥膜片與指揮器都無問題，則可考慮是閥門套筒卡滯或是閥芯與套筒接觸面密封不嚴導致內漏，閥門因而小流量而不明顯打開。

圖1 三閥組結構

表1 監控調壓閥常見故障

根據三閥組結構，對監控調壓閥常見故障診斷流程總結見表1。

4 結束語

實驗證明，調壓撬監控調壓閥引入“三閥組結構”后，大大提升了其故障診斷的精準性與便捷性。