曲流式与轴流式流量调节阀的改造分析对比

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1 概述从站内实际供气流量曲线（图2）可以直观地看出，老河口燃料橇通过轴流调节阀调节流量后，天然气在管道中的流量比较均匀，并通过轴流型调节阀的调节，减少了对局部高速流、紊流、飞溅流等的影响。从而使每单位体积的流动能量最大化。

过几十年的引进、创新和发展，我国调节阀的技术水平有了很大提高，但与国外先进技术水平相比仍存在较大差距。重点是高温、高压、大口径调节阀易卡涩、振动、噪声大、驱动力矩大、安全性低、使用周期短、密封填料易泄漏等问题。同时，在基础理论研发和结构技术创新等方面还没有跟上现代产业发展的要求。轴流调节阀是一种新型结构的调节阀。吸收了传统曲流式流量调节阀的技术优点。整个过程中，流动方向基本不变，而是沿管道的轴向流动，这样可以减小流道的流动阻力，从而提高阀门的流通能力。结合天然气站用调节阀由曲流式改为轴流式的改进，从结构特点、工作原理、性能分析等方面简要分析了轴流调节阀与曲流调节阀的区别和各自的优点。

2 流量调节阀技术改造的分析与比较2.1结构特征的分析与比较目前仙人渡受纳站有两个下游输配橇，分别是老河口钢铁和古城华润。老河口中铜技改后，采用轴流调节阀，古城华润仍采用曲流式流量调节阀。从结构上看，无论是轴流调节阀还是曲折流调节阀都可以调节管道中的煤气和天然气，但曲折流的总流通能力调节阀受球形阀体的Z形通道结构的限制。主要原因是介质在气体流道内经历多次流量变化，容易产生涡流并相互冲击，消耗了大量的动能。同时，当孔径大于DN400时，调节阀的行程过长，调节灵敏度下降，整体结构笨重，驱动力过大。轴向流量控制阀改善了曲流式流量控制阀的整体流动结构（图1），使介质沿阀内环形流道轴向流动，流体在阀内的流量变化很小，动能损失也较小。整体铸造的筒体结构更符合压力容器的受力特点，具有良好的承压特性。阀体的流道设计成跟随介质在管道中的流动。同时在阀门内腔有流线型锥形导向罩引导流线型的速度和流量，使流线型在管路中分布均衡，压力均匀。在节流部分上，曲折式流量控制阀的调节部分与管路垂直，气体在阀内呈“之”字形流动。调节后的气体收集起来，从阀门的出口侧流出。越大，口径越大，越明显。轴向流量控制阀是在曲流流量控制阀的套筒结构基础上设计的。不同的是，轴向流量控制阀流入装置后，阀芯在阀套内轴向移动，阀芯设计成气压平衡。种结构抵消了由于节流口前后方向空气压力不同而产生的不平衡力，解决了曲流控制阀小孔径、小压差的约束。

（a）

（b）

（a）曲流式 （b）轴流式

图1 调节阀结构图

（a）

（b）

（a）改造后的老河口中燃轴流式调节阀调节曲线

（b）未改造的谷城华润曲流式调节阀调节曲线

图2 日常流量调节曲线对比

2.2 性能分析与比较。曲折型流量控制阀的整体结构为圆锥形，内部流路一般呈扁平的Z形。流管线进入阀体时，进行多次流量转换，尤其是围绕节流孔的二次流。90°左右的突然转换会造成很大的流体动力损失，所以流路阻力很高（曲流流量控制阀的结构图见图1）。从内部流动管路的研究来看，流体管路非常复杂，Cv值小，防堵效果不好，体积过大，调节动作不灵敏，整体外观不佳。从运动的角度来看，由于阀杆的上下运动，滑动摩擦力大，阀杆的密封性能不好，抗振性不好。从结构上分析，由于阀芯在阀座和阀芯套之间，不能防止高速介质的直接冲击，严重影响使用寿命。轴向流量控制阀克服了曲折式流量控制阀阀芯的直角节流问题，介质水平进出，使阀体内腔流道的旋转更加顺畅。流路呈倒S形，不会出现介质流动不畅的现象，不会造成堵塞。轴流式结构流阻低，内壳可整体铸造，抗介质脉动和振动性能好。脉动压力垂直抵抗在关键部件内壁上，不直接作用于阀芯和阀芯套，故适用于调节管道介质的流量和状态，调节管网压力。轴流式结构的设计和材料的选用，可使其耐冲击，不易堵塞。稳的阀芯设计大大降低了控制压力，软硬双重密封设计使阀门的泄漏为零，可作为截止阀使用。结合流量控制阀技术改造的完成，对仙人渡受气站的现场情况和日常输气运行情况进行了记录和分析。通过比较发现，轴流式和曲流式调节阀在燃气输送中存在一定的差异，主要表现在以下几个方面：。（一）调整细度分析。当老河口分公司轴流调节阀现场开度为2%时，有气流通过调节阀的声音，现场已经开始通风。古城华润有限公司配电分公司曲流调节阀需要在现场开度45%时，调节阀才能伴随气流声通过。日流量调节中，轴流调节阀对风量的调节更为精细，避免了瞬时超流量对分配设备的影响，因此轴流调节阀的灵敏度明显优于日流量调节阀中的曲折流调节。（2）设备运行扭矩分析。轴向流量控制阀具有完全平衡的阀芯结构。轴向流量控制阀和曲流流量控制阀在现场分别操作。调节阀前后压差相同时，轴流式调节阀的开启力矩明显高于弯式流量调节阀体积小，启闭比较容易，大大降低了对电动执行机构的设备要求。（三）工作稳定性分析。从图3的轴流控制阀原理图中可以看出，轴流控制阀的阀芯套窗口是由许多小孔按等比例曲线的规则加工而成的，不仅优化了控制阀的流量特性（在较小的流量下，由于阀开度的变化而引起的流量变化很小。在高流量时，流量因阀开度的变化而增加），大量的小孔可以均匀地增加流阻，降低噪音。根据现场对比，老河口和古城两个撬块输气流量为15000Nm3/h时，采用检测仪对两个流量控制阀的噪声进行定点监测。在轴流控制阀处的测量结果为69.2dB（A），在曲折流控制阀处的测量结果为74.3dB（A）。古城支管曲流调节阀的振动明显高于老河口支管轴流调节阀。此可见，轴流式流量控制阀在输气运行的平稳性方面也具有一定的优势。（四）运行条件分析。从图3可以看出，曲折式流量控制阀的上密封要求密封填料在被压缩后必须与阀杆和填料函紧密接触，才能密封。虽然在阀杆、填料函、填料的选用上作了很多改进，并增加了密封注脂结构，提高了密封能力，减少了摩擦，但曲流调节阀的工作原理决定了阀杆应经常处于行程中。范围内上下移动，磨损后泄漏不易避免。轴流调节阀作为传动部件的螺旋齿条副在全封闭的齿条辅助箱内，与调节阀的流动介质基本上隔离，唯一可能与介质接触的地方是阀杆和齿条箱。套筒的密封（图3）。轴流调节阀采用优质的专用密封圈，大大降低了介质进入机架箱造成泄漏的可能性。通过对该站曲流调节阀9年来运行情况的分析，该站共有4台曲流调节阀，累计出现缺陷30余次。阀杆因开启力矩过大而断裂，阀杆处的密封圈老化，密封不严。轴向流量控制阀到目前为止还没有出现任何缺陷。

2.3 维修保养及加工制造

轴向流量控制阀的阀内件是从出口加载的，没有上阀盖。需要将整个阀门从管道中拆下进行维修，特别是大口径的调节阀，比较麻烦。曲流的内部调节阀由上阀盖安装。阀体不需要更换时，打开上盖即可将内件取出更换，维修时不需将阀门从管道上拆下。因此，曲流流量控制阀比轴流流量控制阀更容易在现场维护。轴向流量控制阀结构复杂，制造难度大，成本高。曲流控制阀的结构略简单，加工难度低，成本略低。

3 流量调节阀技术改造的意义仙人渡接收站完成曲流式流量调节阀向轴流式流量调节阀的改造后，对两种流量调节阀在站内近一年的使用情况进行了对比分析。 改造后，达到了初步效果：（1）目前站场单支线运行可满足下游日用气量，但下游冬峰期站场整体运行压力过低，无法满足合理工时内运行 流量计的条件。 高峰期偶尔需要双支路同时供气。 与改造前全天运行的双支路相比，时间大大缩短，一定程度上降低了安全风险。(2) 站内输气噪声大大降低，轴流式调节阀的结构改进不仅大大提高了调节阀本身的性能，而且大大降低了整体管道中其他设备的影响 运输，完善管道设备。 使用寿命。(3)轴流式调节阀的精度控制能力也大大提高，可以有效地控制气体的瞬时过剩，从而实现对湍流的有效控制。 无论是远程控制、站控还是现场管理，都能合理调节流量，操作简单、快捷、可靠。

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