Клапан регулирования давления масла

Что такое клапан регулирования давления масла?

Клапан регулирования подачи масла предназначен для управления движением масла по трубопроводам, технологическому оборудованию, хранилищам, насосным станциям и системам наливки. В зависимости от области применения клапан может запускать или останавливать поток, регулировать расход, снижать давление, предотвращать обратный поток или сбрасывать избыточное давление.

Нефтепроводные системы зачастую эксплуатируются в сложных условиях. Перекачиваемая жидкость может обладать высокой вязкостью, быть коррозионно-активной, абразивной, легковоспламеняющейся или транспортироваться под повышенным давлением и при повышенной температуре. По этой причине клапан регулирования давления нефти должен обеспечивать надежное уплотнение, совместимость с используемыми материалами, стабильную работу и соответствие соответствующим требованиям к трубопроводам и технологическим процессам.

Термин «клапан регулирования давления масла» может относиться, в частности, к модулирующему клапану, используемому для автоматического регулирования расхода. Однако в полноценной системе нефтепроводов регулирование расхода обеспечивается совместной работой нескольких типов клапанов. К ним обычно относятся шаровой клапан, дроссельный клапан, задвижка, регулирующий клапан, предохранительный клапан и обратный клапан.

Роль клапанов в системе нефтепровода

Современный нефтепровод — это не просто труба, соединяющая два объекта. Он может включать в себя насосы, фильтры, сепараторы, резервуары для хранения, измерительные установки, нагревательные агрегаты, станции регулирования давления, загрузочные рукава и системы аварийного отключения. По всему протяжению этих участков устанавливаются арматурные узлы, обеспечивающие управляемость, эффективность и безопасность технологического процесса.

Отсечные клапаны позволяют операторам отключать участок трубопровода для проведения осмотра или технического обслуживания. Регулирующие клапаны регулируют расход и давление в ходе нормальной эксплуатации. Обратные клапаны защищают насосы от обратного потока. Предохранительные клапаны сбрасывают нефть или пар, когда давление в системе превышает безопасный предел. Аварийные запорные клапаны позволяют быстро остановить движение горючих жидкостей при обнаружении утечки, пожара, отказа оборудования или ненормальных условий эксплуатации.

Поэтому выбор правильного клапана регулирования давления масла имеет решающее значение. Неподходящий клапан может привести к чрезмерной потере давления, нестабильному расходу, внутренним утечкам, кавитации, вибрации, преждевременному износу или повышенному риску выхода трубопровода из строя.

Основные типы клапанов, применяемых в нефтепроводах

Шаровой кран для отсечки нефтепровода

В шаровом кране для открытия или закрытия трубопровода используется вращающийся шарик с центральным отверстием. Когда отверстие совпадает с проходом трубы, нефть протекает через кран с минимальным сопротивлением. Поворот на четверть оборота перемещает шарик в закрытое положение и перекрывает поток.

Шаровые краны широко используются в нефтепроводах, системах перекачки топлива, на терминалах, резервуарных парках, а также в системах аварийного отключения. Благодаря способности обеспечивать герметичное перекрытие они особенно подходят для применения в условиях, где важно предотвратить утечки. Конструкция шаровых кранов с полным проходом также позволяет инструментам для осмотра трубопроводов или очистным скребкам проходить через кран без значительного сужения прохода.

Шаровые краны с плавающим шариком обычно используются в небольших размерах, тогда как конструкции с шариком на цапфе предпочтительны для больших диаметров и работы под высоким давлением. Модели с мягким уплотнением обеспечивают превосходную герметичность в нормальных условиях эксплуатации, тогда как конструкции с металлическим уплотнением могут выбираться для работы с маслом, характеризующимся высокой температурой, абразивностью или загрязненностью.

Хотя некоторые специализированные шаровые краны могут регулировать расход, стандартный шаровой кран в первую очередь является запорным устройством. Если оставлять его частично открытым в течение длительного времени, седло и поверхность шара могут подвергаться воздействию высокой скорости потока, эрозии и неравномерному износу.

Дроссельная заслонка для нефтепроводов большого диаметра

Дроссельный клапан регулирует расход с помощью круглого диска, установленного на вращающемся валу. Его компактная конструкция, небольшой вес и относительно низкая стоимость монтажа делают его привлекательным решением для нефтепроводов большого диаметра, нефтебаз, систем охлаждения, противопожарных водопроводных систем и инженерных сетей.

Конструкции дроссельных клапанов с уплотнительными седлами часто используются в системах с низким давлением. Высокоэффективные дроссельные клапаны с двойным и тройным смещением обеспечивают улучшенную герметичность, снижают износ седел и демонстрируют более высокую производительность при повышенных давлении и температуре. Конструкции с тройным смещением особенно полезны в тех случаях, когда требуются металлические седла, низкий уровень утечки и пожаробезопасность.

Дроссельный клапан можно использовать для отсечки и умеренного регулирования расхода. Однако диск остается внутри проходного канала, создавая большее сопротивление, чем шаровой клапан с полным проходом или задвижка. Перед выбором клапана следует оценить требуемый рабочий крутящий момент, скорость потока, вибрацию и перепад давления.

Задвижка для трубопроводов с полным проходом

Задвижка открывается путем подъема затвора из потока нефти. В полностью открытом положении она обеспечивает прямой проход с небольшой потерей давления. Благодаря этой особенности задвижка подходит для использования в магистралях транспортировки нефти на большие расстояния, коллекторах нефтеперерабатывающих заводов, соединениях резервуаров для хранения и других областях применения, где требуется беспрепятственный поток.

Задвижки предназначены в первую очередь для работы в полностью открытом или полностью закрытом положении. Использование задвижки в частично открытом положении может привести к образованию высокой скорости потока жидкости в зоне соприкосновения затвора и седла. Это может вызвать вибрацию, эрозию, шум, нестабильность потока и повреждение уплотнений. Для точного регулирования расхода, как правило, лучше использовать специальный регулирующий клапан.

К распространенным конструкциям относятся задвижки клинового типа, задвижки с параллельными затворами, задвижки с плоским затвором и задвижки с расширяющимся затвором. Задвижки с плоским и расширяющимся затвором часто используются в трубопроводных системах, поскольку они обеспечивают проходной канал полного сечения и надежную изоляцию.

Поскольку для открытия или закрытия задвижки обычно требуется несколько оборотов штока, она работает медленнее, чем шаровой кран или клапан-бабочка с поворотом на четверть оборота. Такое более медленное движение может быть подходящим для обычной изоляции, но менее подходит для случаев, требующих немедленного аварийного отключения.

Регулирующий клапан для точного регулирования расхода масла

Регулирующий клапан является основным регулирующим элементом в автоматизированном нефтеперерабатывающем процессе. Он получает сигнал от контроллера и непрерывно изменяет степень открытия для поддержания заданного расхода, давления, температуры, уровня жидкости или других технологических параметров.

В типичной цепи регулирования датчик измеряет переменную технологического процесса и передает информацию в систему управления. Блок управления сравнивает измеренное значение с заданным значением и посылает выходной сигнал на привод клапана. Затем регулирующий клапан перемещается в необходимое положение для корректировки состояния технологического процесса.

Регулирующие клапаны «Globe» обычно выбирают для точного регулирования, поскольку их внутренняя арматура обеспечивает стабильные характеристики дросселирования. Поворотные регулирующие клапаны, в том числе сегментные шаровые клапаны и клапаны с эксцентричным поворотным механизмом, могут быть предпочтительны при необходимости обеспечить более высокую пропускную способность, а также при работе с вязкими маслами или жидкостями, содержащими взвешенные твердые частицы.

Правильный подбор размера клапана имеет решающее значение. Регулирующий клапан, размер которого превышает необходимый, может работать в положении, близком к закрытому, что приводит к нестабильному регулированию, чрезмерной чувствительности и быстрому износу внутренних элементов. Клапан, выбранный слишком маленького размера, может не обеспечить требуемый максимальный расход. Перед окончательным определением размера клапана и конструкции регулирующих элементов инженеры должны оценить перепад давления, вязкость масла, рабочую температуру, давление паров, требуемый диапазон расхода, уровень шума, образование паров и кавитацию.

Привод также должен быть подобран с учетом требуемой тяги или крутящего момента. В зависимости от доступной мощности, рабочей скорости, точности управления, условий окружающей среды и требований к аварийному отключению можно использовать как пневматические, так и электрические, и гидравлические приводы.

Предохранительный клапан для защиты от избыточного давления

Предохранительный клапан защищает трубопроводы, насосы, сосуды под давлением, нагреватели, фильтры и другое оборудование от превышения внутреннего давления. Когда давление поднимается выше заданного значения, клапан автоматически открывается и сбрасывает жидкость в систему безопасного сброса. Он снова закрывается после того, как давление возвращается к допустимому уровню.

В зависимости от области применения и состояния жидкости в масляной системе могут использоваться предохранительный клапан, клапан сброса давления, термоклапан или клапан сброса давления с пилотным управлением. Термоклапаны играют особенно важную роль в участках трубопровода, где жидкость заблокирована. Масло, запертое между двумя закрытыми клапанами, может расширяться при повышении температуры, что приводит к значительному повышению давления даже в трубопроводе относительно небольшого объема.

Предохранительный клапан должен иметь правильное заданное давление, пропускную способность, материал изготовления, тип соединения и способность выдерживать противодавление. Его выпускной патрубок должен быть подключен к соответствующей системе рекуперации, сжигания в факеле, слива или локализации утечки, а не выпускать опасную жидкость в небезопасную зону.

Периодические осмотры и испытания необходимы, поскольку загрязнение, коррозия, повреждение уплотнительных поверхностей или неправильная регулировка могут помешать открытию предохранительного клапана при требуемом давлении.

Обратный клапан для предотвращения обратного потока

Обратный клапан пропускает масло только в одном направлении и автоматически закрывается при изменении направления потока. Обычно он устанавливается после насосов для предотвращения обратного вращения, потери всасывающей способности, обратного потока из резервуаров и повреждений, вызванных резкими изменениями направления трубопровода.

К распространенным конструкциям нефтепроводов относятся поворотные обратные клапаны, подъемные обратные клапаны, двухдисковые обратные клапаны, поршневые обратные клапаны и осевые обратные клапаны. Каждая из этих конструкций по-разному реагирует на изменения скорости потока, давления и состояния трубопровода.

Скорость закрытия клапана является важным фактором. Обратный клапан, закрывающийся слишком медленно, может допустить значительный обратный поток до полного перекрытия. Быстрое закрытие может уменьшить обратный поток, но также может вызвать скачок давления, если клапан неправильно подобран для данной системы. При выборе следует учитывать характеристики насоса, длину трубопровода, скорость потока масла, ориентацию клапана и переходные режимы работы.

Обратный клапан не следует выбирать, ориентируясь исключительно на соответствие его номинального размера трубопроводу. Клапан должен полностью открываться при предполагаемом рабочем расходе, чтобы его работа оставалась стабильной и он не открывался и не закрывался повторно.

Как правильно выбрать клапан регулирования давления масла

Выбор подходящего клапана регулирования давления масла следует осуществлять с учетом фактических условий технологического процесса, а не исходя исключительно из номинального размера трубы. К важным эксплуатационным и проектным параметрам относятся:

• Тип нефти, плотность, вязкость, коррозионная активность и содержание твердых частиц
• Нормальный, минимальный и максимальный расход
• Давление на входе, давление на выходе и доступный перепад давления
• Минимальная и максимальная рабочие температуры
• Требуемый класс герметичности и допустимый уровень утечки
• Диаметр трубопровода, номинальное давление и стандарт соединения
• Ручное, пневматическое, гидравлическое или электрическое приведение в действие
• Требования к режимам «открытие при сбое», «закрытие при сбое» или «сохранение положения при сбое»
• Требования к пожаробезопасности, антистатичности, низкому уровню выбросов или аварийному отключению
• Доступ для осмотра, периодичность технического обслуживания и наличие запасных частей

Для изготовления корпусов масляных клапанов широко используется углеродистая сталь, однако при работе с коррозионными жидкостями, в условиях низких или высоких температур, при эксплуатации в средах с содержанием серы или в агрессивных технологических условиях может потребоваться использование нержавеющей стали или легированных материалов. Седла, уплотнения, сальники, прокладки и внутренние детали также должны быть совместимы с маслом и любыми химическими добавками, присутствующими в трубопроводе.

Еще одним важным фактором является тип соединения. Клапаны с фланцевым соединением широко используются, поскольку их можно демонтировать для осмотра или замены. Клапаны с приварными концами позволяют сократить количество потенциальных точек внешней утечки и часто выбираются для подземных трубопроводов или магистральных систем, требующих высокой надежности.

Управление и автоматизация трубопроводных систем

Клапаны нефтепроводов могут приводиться в действие вручную или с помощью автоматических приводов. Ручные маховики и редукторные приводы подходят для клапанов, которые эксплуатируются нечасто. Пневматические приводы обеспечивают быстрое срабатывание и широко используются на технологических установках. Электрические приводы целесообразно применять там, где имеется доступ к электроэнергии и требуется дистанционное управление. Гидравлические приводы способны создавать высокий крутящий момент для клапанов крупных трубопроводов и систем аварийного отключения.

В комплект автоматизированных клапанных узлов могут входить позиционеры, электромагнитные клапаны, концевые выключатели, регуляторы давления, локальные индикаторы, устройства проверки частичного хода и панели управления. Эти принадлежности позволяют клапану регулирования нефти взаимодействовать с распределенной системой управления, программируемым логическим контроллером, системой диспетчерского контроля или системой инструментальной безопасности.

Для критически важных систем необходимое положение клапана при отказе должно быть определено на этапе проектирования системы. В случае потери питания клапан может должен перейти в закрытое положение, чтобы остановить утечку масла, в открытое положение, чтобы обеспечить охлаждение или циркуляцию, либо остаться в последнем занятом положении.

Технический осмотр и техническое обслуживание

Регулярные проверки помогают поддерживать надежность каждого клапана регулирования давления масла в трубопроводе. Операторы должны проверять наличие внешних утечек, износа сальников, нехарактерных шумов, неисправностей привода, коррозии, повреждений покрытий, ослабленных крепежных элементов и неожиданных изменений рабочего момента.

Регулирующие клапаны необходимо проверять на точность позиционирования, отклик привода и плавность хода. Предохранительные клапаны требуют периодического осмотра и проверки заданного давления. Обратные клапаны следует проверять на наличие внутреннего износа, заклинивания или задержки закрытия. Изолирующие клапаны следует периодически приводить в действие, если это допускают эксплуатационные процедуры, что помогает предотвратить заклинивание штока, шарика, затвора или диска после длительного простоя.

Периодичность технического обслуживания должна учитывать интенсивность эксплуатации, степень загрязнения рабочих жидкостей, режим работы клапанов, рекомендации производителя и правила техники безопасности на объекте. Точные записи о проверках и техническом обслуживании помогают выявлять повторяющиеся проблемы до того, как они приведут к внеплановым остановкам, потерям производства или экологическим инцидентам.

Заключение

Клапан регулирования давления нефти играет ключевую роль в обеспечении безопасной и эффективной работы нефтепроводной системы. Ни одна конструкция клапана не способна выполнять все функции, предъявляемые к трубопроводу. Шаровой клапан обеспечивает быстрое и герметичное отключение, дроссельный клапан представляет собой экономичное решение для трубопроводов большого диаметра, а задвижка обеспечивает прохождение потока по всему сечению с минимальным сопротивлением. Регулирующий клапан регулирует условия технологического процесса, предохранительный клапан защищает оборудование от избыточного давления, а обратный клапан предотвращает разрушительный обратный поток.

Оценив свойства рабочей среды, давление, температуру, расход, механизм привода, герметичность, требования безопасности и условия технического обслуживания, инженеры могут подобрать систему клапанов регулирования давления нефти, которая повысит стабильность технологического процесса, снизит утечки, обеспечит защиту оборудования и обеспечит надежную долгосрочную эксплуатацию трубопровода.