自力式燃氣調壓閥的結構原理和常見故障

李占東

（中石油管道有限責任公司西部塔里木輸油氣分公司，新疆庫爾勒 841000）

0 引言

作為一種清潔高效能源，天然氣不僅可以優化能源結構、緩解供需矛盾，同時還能提高人民生活質量，改善環境和實現可持續發展。近年來，天然氣的使用范圍越來越廣，國內天然氣用量不斷攀升。目前，國內的天然氣多采用管道輸送，自力式燃氣調壓閥作為輸氣管道的輔助設備，能為用戶提供精準的供氣壓力。

自力式壓力調節閥作為調壓閥的一種，因為不需要其他外來能源如電源、氣源，僅靠介質自身的能量來驅動主閥動作，使用方便，安裝完畢后設定好壓力值即可投入自動運行，作為一種純機械結構的調節閥門，在控制精度要求不高又缺乏電源、氣源的場合，得到了廣泛使用。

1 簡單自力式調節閥

1.1 工作原理

當介質流體從調節閥前經過閥芯閥座節流后，轉化為閥后壓力。然后經過引壓管線輸入上腔室作用在頂部的托盤上，這時產生的作用力會與彈簧的反作用力相對等。這樣就決定了閥芯閥座的相對位置，從而控制閥后壓力。當閥后壓力增加時作用在頂盤上的作用力也隨之增加，使閥芯關關向閥座的位置，這樣閥芯和閥座之間的間隔減小，流阻變大閥后壓力降低，直到頂盤上的作用力與彈簧反作用力相平衡為止，從而使閥后壓力下降到預設值。當閥后壓力降低時，作用方向與之前所說相反，實現自力式調節功能。

1.2 調壓過程

通過調整彈簧調節螺母，壓緊彈簧，使托盤帶動膜片和閥桿向下移動，閥桿與閥座流道面積減小，從而實現調壓閥下游壓力降低的目的。通過調整彈簧調節螺母調松彈簧，使托盤帶動膜片和閥桿向上移動，閥桿與閥座流道面積增加，從而實現調壓閥下游壓力升高的目的。

當調壓閥下游壓力降低，膜片上腔整體壓力降低，膜片下腔壓力不變，托盤帶動膜片向上移動，閥桿閥芯與閥座流道面積增加，通過調壓閥的流體增大，調壓閥下游壓力升高。當調壓閥下游壓力升高，膜片上腔整體壓力升高，膜片下腔壓力不變，托盤帶動膜片向下移動，閥桿閥芯與閥座流道面積減少，通過調壓閥的流體減小，調壓閥下游壓力降低。

由于調壓閥膜片上腔和下腔分別直接取自下游壓力和上游壓力，使得調壓閥的反應非常靈敏，微小的壓力變化就會導致調壓閥的開關動作，調壓可靠性有待提升。此外，調壓閥的反復開關會使膜片、閥桿、閥芯、閥座產生磨損，彈簧產生疲勞現象，閥門故障率升高，維護量增大。

圖1 自力式調節閥的結構

2 RMG512 型自力式調壓閥

2.1 RMG512 型自力式調壓閥結構原理

RMG512 型調壓閥為軸流式調壓閥，由主閥體、過濾器、指揮器及配套的引壓管線組成，該閥門間接調壓式調壓閥，主閥的開度由指揮器控制，指揮器由閥前、閥后壓力聯合控制，該類調節閥較普通自力式調節閥增加了指揮器，使得主閥的開度更為穩定，調節閥后壓力更為平穩，調壓性能更為可靠，從而延長了設備使用壽命，適用于流量大、可靠性高、壓力要求嚴格的調壓管道。

調壓閥正常工作時，來自于調壓閥前的氣體經過指揮器調節后，將壓力通過負載壓力管線傳遞到膜片下游閥腔內，同時來自于調壓閥后的壓力通過反饋管線與關閉彈簧一起作用于膜片上游閥腔。調節閥膜片將上游閥腔和下游閥腔進行隔離，并接受負載壓力和閥后壓力的雙重控制，調壓閥膜片兩側的壓力變化帶動套筒向左或向右移動。氣體流過調壓閥的流通面積由閥門套筒和閥芯之間的距離來控制：距離越大流通面積越大，下游氣體壓力越高；距離越小，流通面積越小，下游氣體的壓力越低。

2.2 RMG512 型自力式調壓閥調壓和穩壓過程

圖2 RMG512 調節閥調壓及穩壓過程原理

指揮器主要由殼體、壓力表、波紋管、活塞、引壓管、彈簧及托盤等部件組成，主要功能是感知下游壓力變化，控制膜片帶動套筒減小或增加介質流通面積，或者直接關閉閥門、阻止介質流通，其性能的穩定性直接影響到主閥性能的穩定性。RMG 調壓閥的指揮器分為兩級：第一級為負載限制級，作用是減少上游壓力波動給下游壓力帶來的干擾；第二級為負載控制級，作用是設定調壓閥后氣體壓力。

2.2.1 調壓過程及原理

通過旋緊負載限制級指揮器調節螺栓，其底部彈簧壓力變大，彈簧的彈力傳遞至放大閥下部波紋管處，波紋管推動放大閥活塞移動，致使其開度增加。使得上游氣體更多的進入指揮器內部，指揮器內部壓力變高，氣量變大，指揮器靈敏度提高。旋松負載限制級指揮器調節螺栓，指揮器靈敏度降低。

通過旋緊負載控制級指揮器調節螺栓進行調壓，當旋緊負載控制級螺栓時，來自于指揮器下部的調節彈簧彈力變大，彈簧將彈力傳遞至放大閥下部波紋管處，波紋管推動放大閥活塞移動，致使其開度增加。放大閥開度的增大使得負載壓力管線中的氣體壓力升高，閥門套筒向上游方向移動，和閥芯之間的距離增大，流入下游氣體流量增多，最終使下游氣體壓力升高。旋松負載控制級指揮器調節螺栓后，各組件動作相反。

2.2.2 穩壓過程及原理

當下游壓力增大時，第二級指揮器膜片上腔的壓力增大，指揮器膜片受到向下的力增大，指揮器膜片向下移動，并控制其內部放大閥的開度減小。放大閥開度減小使得負載壓力管線中的氣體壓力降低，閥門套筒向下游移動，和閥芯之間的距離縮小、流入下游氣體流量減少，最終使下游氣體壓力降低至設定值。當下游壓力降低時，各組件動作相反。

3 自力式調壓常見故障及解決辦法

調節閥的故障原因需要全面考慮，根據實際情況進行綜合處理。自力式壓力常見故障有以下4 種。

3.1 調壓閥閥位完全關閉后閥門下游仍有壓力

（1）有石子、銹渣、焊渣等雜質，這時可以調大流量，利用氣體對密封面進行吹掃，將雜質吹到下游。

（2）閥芯與閥座的密封部位經過流體的長時間沖刷后，會產生變形，密封性能下降，這時需要更換密封面。

（3）主閥關閉彈簧疲勞失效，不能夠將閥門關閉，這時需要更換主閥關閉彈簧。

（4）主閥膜片破損，閥門上游壓力經過膜片竄入下游，使下游壓力升高，這時需要更換主閥膜片

3.2 調壓閥不動作、閥門下游無壓力

（1）上游氣源閥門沒有打開或引壓管線凍凝堵塞，這時需要打開氣源閥門，疏通引壓管線。

（2）主閥閥芯脫落并壓緊閥座，調壓閥的膜片不能控制閥芯的動作，這時需要維修閥芯，使膜片與閥桿、閥桿與閥芯連接緊固。

（3）閥桿或軸套嚴重彎曲變形，導致閥芯壓緊閥座不能正常打開，這時需要維修或更換閥桿或軸套。

（4）指揮器故障，包括指揮器彈簧銹死、指揮器過濾器堵塞、指揮器膜片損壞，這時需要維修指揮器，使其恢復完好。

3.3 調節閥反復動作、運行不穩定

（1）管道來氣問題，上游來氣流量或壓力不穩定，這時需要及時聯系上游供氣單位做出工況調整，也可以聯系下游用戶暫時停止供氣，防止調壓閥損壞，待管道來氣穩定后再投運調壓閥。

（2）指揮器故障，例如：指揮器放大閥磨損嚴重，輸出壓力時產生震蕩；指揮器放大器噴嘴磨損變大，輸出氣量增大；指揮器靈敏度設置過低，調節反應變慢，這時需要維修指揮器，使放大閥、噴嘴完好，調整指揮器的靈敏度適中，使調節閥運行穩定。

3.4 調節閥運行時伴有嚴重的振動

（1）閥門支撐不穩，這時需要調整閥門支撐、使支撐和閥門接觸緊固。

（2）調壓閥選型錯誤，如調節閥選型過大、常在小開度下使用，這時需要調整運行流量或更換調壓閥。

4 結語

自力式調壓閥作為天然氣管道調壓的重要設備之一，直接影響到管道供氣質量和供氣安全，作為調壓閥的管理單位，應該落實好調壓閥的日常安全監測，做好密封圈、膜片、彈簧、濾芯等易損零部件的儲備工作，加強操作和維護人員的日常培訓，掌握設備的結構原理，發現設備問題及時修復故障，保障天然氣管道供氣平穩。