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自力式調節閥在油田工況下的選型應用
日期：2025-05-12 16:36
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摘要：
一、自力式調節閥特點
自力式調節閥是一種無須外加驅動能源，依靠被測介質自身的能量，按設定值進行自動調節的控製裝置。
它集檢測、控製、執行諸多功能於一身，自成一個獨立的儀表控製係統。具有以下特點：無需外加驅動能源，節能，運行費用低，適用於爆炸性危險環境；結構簡單，維護工作量小，可以實現無人值守；集變送器、控製器及執行機構的功能於一體，價格低廉，節約工程投資。以油田常用的三相分離器為例，使用自力式調節閥工程投資僅為使用電動單元組合儀表的三分之一。
二、自力式調節閥種類
自力式調節閥種類很多，按被控參數可分為 自力式壓力調節閥 、 自力式差壓調節閥 、 自力式液位調節閥 、 自力式溫度調節閥 、 自力式流量調節閥 等。
三、自力式調節閥原理
1、 自力式壓力調節閥 原理
如圖1所示，自力式調節閥前壓力調節閥，其閥芯初始位置在關閉狀態。閥前壓力P1經閥芯、閥座節流後，變為閥後壓力P2，同時P1經過取壓管輸入至上膜室內作用在膜片上，產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，從而控製閥前壓力。
當P1增加時，P1作用於膜片上的力也隨之增加。此時膜片上的作用力大於彈簧的反作用力，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麵積變大，流阻變小，P1向閥後泄壓，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，這就是閥前壓力調節的工作原理。
閥後壓力調節與閥前的相同，但閥芯反裝。
可通過調節彈簧反作用力的大小來改變壓力設定值。流量特性一般為快開。
2、自力式液位調節閥原理
自力式液位調節閥又稱浮子液麵調節器，其工作原理如圖2所示，浮球通過連杆機構與調節閥的閥杆相連接。通過浮球和連杆機構的作用，調整調節閥的開度來使液位保持在適當的高度上。當出液量減少，容器內液位升高時，說明進液量大於出液量，浮球隨之升高，並通過連杆機構立即將閥門關小；反之，當液位降低時浮球通過連杆機構將閥門開大，直到進出液量相等，液位穩定為止。這就是進口控製的工作原理。
出口控製與進口控製原理相同，但閥芯反裝。
這裡，浮球是係統的檢測元件，而連杆機構就是一個簡單的調節器，閥就是*終執行元件，組成一個完整的液位自控係統。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、自力式溫度調節閥、自力式流量調節閥
其工作原理與自力式壓力調節閥大同小異，在此不再贅述。
四、選型使用注意問題
1、調節精度
自力式調節閥是由機械的方法組成的純比例調節係統，因此控製的結果不可避免地存在靜差。調節精度一般為±5%~±10%。適用於調節品質要求不高的場合。
2、允許壓差
由於自力式調節閥冇有驅動能源，僅靠介質自身的能源（壓力閥靠介質壓力，液位閥靠介質對浮球的浮力等），而且無法象普通控製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製閥小，口徑也受限製。DN80以下的閥允許壓差*高2.0MPa（PN4.0MPa時），而普通氣動控製閥*高可達6.4MPa。目前，自力式壓力調節閥*大口徑為DN300。自力式液位調節閥由於受浮球浮力的限製，允許差壓也小，多數生產商對允許差壓未作明確，選用時應向生產商谘詢。同樣原因，自力式液位調節閥口徑*大做到DN250，對大多數場合已經夠用，特殊場合如果流量特彆大，可使用兩台或多台並聯。
3、介質黏度
由自力式壓力調節閥原理和結構特點知，介質黏度過高容易引起引壓管的堵塞，影響膜片的彈性，導致閥內壓力平衡元件不能正常工作。特彆是凝固點較高的介質在停工降溫後凝固也將使波紋管開工後無法正常工作。國內廠家的產品樣本未見介質允許黏度推薦值。國外已有廠家推薦在液體情況下允許使用介質運動黏度為7×10-4m2/s和8×10-4m2/s。在河南油田，個彆閥運用在稠油介質，黏度在2×10-4m2/s左右。
高黏度的介質可選用重錘平衡自力式壓力調節閥。
4、對密封的要求
自力式調節閥國內還冇有統一的產品標準。生產商一般參照控製閥的國家標準進行生產。
國標GB/T4123-92要求控製閥本體填料函及其他連接處無滲漏現象。可以滿足可燃、有毒氣體介質對密封性的要求。而國標GB/T4123-92對氣動執行機構的氣室密封要求：“氣動執行機構的氣室應保證氣密。在額定氣源壓力下，5min內薄膜氣室內的壓力下降不得大於2.5kPa。”顯然這是針對以壓縮空氣為氣源的規定，不能滿足自力式調節閥對可燃、有毒氣體介質的使用要求。
油田的氣體介質大多為易燃易爆有毒的氣體，油類液體介質通常要揮發出可燃氣體，是不允許有滲漏的。這些場合對自力式調節閥的密封要求比國標嚴格，選用時要特彆注明。
5、自力式調節閥計算
該計算同普通控製閥，不再詳述。
五、自力式調節閥在油田的應用
1、自力式調節閥與普通控製閥相比有多種差異，但這些差異並不影響在油田的使用。油田的絕大多數場合如計量站、集油站、轉油站、聯合站等場合生產過程壓力、溫度不高（1.0MPa，100℃以下），介質黏度不大（2×10-4m2/s以下），控製精度要求不高（一般±10%），自力式調節閥完全可以滿足生產需要。
2、自力式調節閥在河南油田已有十幾年的使用曆史，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製，油室、水室液位控製，如圖3所示；除油器壓力、液位控製，如圖4所示；氣液分離器、緩衝罐壓力、液位控製（略）；居民區供暖分支管線的流量、溫度控製等（略）。
自力式調節閥是一種無須外加驅動能源，依靠被測介質自身的能量，按設定值進行自動調節的控製裝置。
它集檢測、控製、執行諸多功能於一身，自成一個獨立的儀表控製係統。具有以下特點：無需外加驅動能源，節能，運行費用低，適用於爆炸性危險環境；結構簡單，維護工作量小，可以實現無人值守；集變送器、控製器及執行機構的功能於一體，價格低廉，節約工程投資。以油田常用的三相分離器為例，使用自力式調節閥工程投資僅為使用電動單元組合儀表的三分之一。
二、自力式調節閥種類
自力式調節閥種類很多，按被控參數可分為 自力式壓力調節閥 、 自力式差壓調節閥 、 自力式液位調節閥 、 自力式溫度調節閥 、 自力式流量調節閥 等。
三、自力式調節閥原理
1、 自力式壓力調節閥 原理
如圖1所示，自力式調節閥前壓力調節閥，其閥芯初始位置在關閉狀態。閥前壓力P1經閥芯、閥座節流後，變為閥後壓力P2，同時P1經過取壓管輸入至上膜室內作用在膜片上，產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，從而控製閥前壓力。
當P1增加時，P1作用於膜片上的力也隨之增加。此時膜片上的作用力大於彈簧的反作用力，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麵積變大，流阻變小，P1向閥後泄壓，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，這就是閥前壓力調節的工作原理。
閥後壓力調節與閥前的相同，但閥芯反裝。
可通過調節彈簧反作用力的大小來改變壓力設定值。流量特性一般為快開。
2、自力式液位調節閥原理
自力式液位調節閥又稱浮子液麵調節器，其工作原理如圖2所示，浮球通過連杆機構與調節閥的閥杆相連接。通過浮球和連杆機構的作用，調整調節閥的開度來使液位保持在適當的高度上。當出液量減少，容器內液位升高時，說明進液量大於出液量，浮球隨之升高，並通過連杆機構立即將閥門關小；反之，當液位降低時浮球通過連杆機構將閥門開大，直到進出液量相等，液位穩定為止。這就是進口控製的工作原理。
出口控製與進口控製原理相同，但閥芯反裝。
這裡，浮球是係統的檢測元件，而連杆機構就是一個簡單的調節器，閥就是*終執行元件，組成一個完整的液位自控係統。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、自力式溫度調節閥、自力式流量調節閥
其工作原理與自力式壓力調節閥大同小異，在此不再贅述。
四、選型使用注意問題
1、調節精度
自力式調節閥是由機械的方法組成的純比例調節係統，因此控製的結果不可避免地存在靜差。調節精度一般為±5%~±10%。適用於調節品質要求不高的場合。
2、允許壓差
由於自力式調節閥冇有驅動能源，僅靠介質自身的能源（壓力閥靠介質壓力，液位閥靠介質對浮球的浮力等），而且無法象普通控製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製閥小，口徑也受限製。DN80以下的閥允許壓差*高2.0MPa（PN4.0MPa時），而普通氣動控製閥*高可達6.4MPa。目前，自力式壓力調節閥*大口徑為DN300。自力式液位調節閥由於受浮球浮力的限製，允許差壓也小，多數生產商對允許差壓未作明確，選用時應向生產商谘詢。同樣原因，自力式液位調節閥口徑*大做到DN250，對大多數場合已經夠用，特殊場合如果流量特彆大，可使用兩台或多台並聯。
3、介質黏度
由自力式壓力調節閥原理和結構特點知，介質黏度過高容易引起引壓管的堵塞，影響膜片的彈性，導致閥內壓力平衡元件不能正常工作。特彆是凝固點較高的介質在停工降溫後凝固也將使波紋管開工後無法正常工作。國內廠家的產品樣本未見介質允許黏度推薦值。國外已有廠家推薦在液體情況下允許使用介質運動黏度為7×10-4m2/s和8×10-4m2/s。在河南油田，個彆閥運用在稠油介質，黏度在2×10-4m2/s左右。
高黏度的介質可選用重錘平衡自力式壓力調節閥。
4、對密封的要求
自力式調節閥國內還冇有統一的產品標準。生產商一般參照控製閥的國家標準進行生產。
國標GB/T4123-92要求控製閥本體填料函及其他連接處無滲漏現象。可以滿足可燃、有毒氣體介質對密封性的要求。而國標GB/T4123-92對氣動執行機構的氣室密封要求：“氣動執行機構的氣室應保證氣密。在額定氣源壓力下，5min內薄膜氣室內的壓力下降不得大於2.5kPa。”顯然這是針對以壓縮空氣為氣源的規定，不能滿足自力式調節閥對可燃、有毒氣體介質的使用要求。
油田的氣體介質大多為易燃易爆有毒的氣體，油類液體介質通常要揮發出可燃氣體，是不允許有滲漏的。這些場合對自力式調節閥的密封要求比國標嚴格，選用時要特彆注明。
5、自力式調節閥計算
該計算同普通控製閥，不再詳述。
五、自力式調節閥在油田的應用
1、自力式調節閥與普通控製閥相比有多種差異，但這些差異並不影響在油田的使用。油田的絕大多數場合如計量站、集油站、轉油站、聯合站等場合生產過程壓力、溫度不高（1.0MPa，100℃以下），介質黏度不大（2×10-4m2/s以下），控製精度要求不高（一般±10%），自力式調節閥完全可以滿足生產需要。
2、自力式調節閥在河南油田已有十幾年的使用曆史，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製，油室、水室液位控製，如圖3所示；除油器壓力、液位控製，如圖4所示；氣液分離器、緩衝罐壓力、液位控製（略）；居民區供暖分支管線的流量、溫度控製等（略）。
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