天然氣流速過快導(dǎo)致雙作用節(jié)流截止閥失效分析及對(duì)策.docx

1、務(wù)運(yùn)技術(shù)5衩右Pipeline Technique and Equipment天然氣流速過快導(dǎo)致雙作用節(jié)流截止閥失效分析及對(duì)策胡明，毛彥恒（西南油氣田分公司輸氣管理處，四川成都610500）摘要：文中以彌陀輸氣站21#雙作用節(jié)流截止閥失效為基礎(chǔ)，分析生產(chǎn)運(yùn)行工況，模擬氣體流向和流 態(tài)，分析失效過程。結(jié)果表明：高速天然氣流過閥門時(shí)，因流道發(fā)生改變，在卜閥腔內(nèi)形成渦流，對(duì)閥門底座 法蘭與I閥體密封面形成沖刷，導(dǎo)致I閥門失效和天然氣泄漏。根據(jù)失效原理制定預(yù)防控制措施，防止失效事 故發(fā)生。關(guān)鍵詞：天然氣；流速超標(biāo)；節(jié)流截止閥；渦流;失效中圖分類號(hào):TE8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004-961 4（2

2、01 8）04-0030-03Analysis of Failure of Double-Acting Throttle Valve Caused byHigh Flow Velocity of Natural Gas and Corresponding MeasuresHU Ming, MAO Yan-heng(Gas Transmission Management Division, Southwest Oil&.Gasfield Company, Chengdu 61 0500, China)Abstract: Based on the failure of 21 # doubl

3、e-acting throttle block valve at Mituo gas transmission station, the production and operation case was analyzed, the gas flow direction and flow state were simulated and the failure process was analyzed Re- s ult indicated when high-speed natural gas flowed through the valve, eddy formed in the lowe

4、r valve cavity owing to the change o f runner, which scoured the flange on the valve base and the sealing face of valve body and resulted in valve failure and natural g as leakage. Prevention measures were formulated according to the failure theory, which eradiated the occurrence of failure ev entKe

5、ywords:natural gas; excessive flow rate; throttle valve; eddy current; invalid。引言天然氣管道要選擇一個(gè)合理的流速，一般采用經(jīng) 濟(jì)流速來衡量是否合理。常用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中未對(duì) 天然氣經(jīng)濟(jì)流速進(jìn)行要求，日常生產(chǎn)管理中一般依據(jù) 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者管理要求對(duì)天然氣流速進(jìn)行控制。站場 管道經(jīng)濟(jì)流速-般按平均日供氣量進(jìn)行計(jì)算，取值為1 015m/s,由于天然氣輸供氣存在較明顯供氣季節(jié)峰 谷差和日峰谷差，供氣高峰時(shí)天然氣流速可能超過經(jīng) 濟(jì)流速，流速過快對(duì)管道、設(shè)備以及管件造成造刷，導(dǎo) 致失效發(fā)生。西南油氣田分公司輸氣管理處彌陀輸氣 站因天

6、然氣流速過快連續(xù)發(fā)生2次雙作用節(jié)流截止?jié)?失效情況。1失效過程1. 1失效站場基本情況彌陀輸氣站設(shè)計(jì)壓力4. 0 MPa,運(yùn)行壓力1.8-2, 2 MPa,供下游用戶管道設(shè)計(jì)壓力4. 0 MPa,管徑DN150,收稿日期:2017-11-27 設(shè)計(jì)流量50萬m3/do供氣流程為：上游來氣一H 111#23#T - 222#J- 19#下游用戶。因 下游用戶用氣量增大至120萬m3/d,超過設(shè)計(jì)流量， 適應(yīng)性改造滯后，T-2（ DN80）全開也不能保證供氣需 求，因此臨時(shí)調(diào)整流程為:上游來氣H- 111#21# J-19#下游用戶。圖1為彌陀輸氣站工藝流程13TKKI 16HKD0I-上游20來

7、弋 T甌卜I>N2«l圖1彌陀輸氣站工藝流程圖1.2失效發(fā)生及處置2016年4月9日，21#雙作用節(jié)流截止閥（己正常 使用6年,SLJ41Y-4 0,設(shè)計(jì)壓力4 0 MPa）底座法蘭 與閥體連接處有天然氣外漏（圖2）,現(xiàn)場泄漏量偏大， 經(jīng)檢查初步判斷底座法蘭密封圈損壞或底座密封面損壞, 需對(duì)21 #W門底座進(jìn)行拆卸后確定具體故障原因，維修或 更換閥門。圖2第1次失效閥門泄漏點(diǎn)現(xiàn)場對(duì)21#閥進(jìn)行更換，對(duì)失效閥門拆卸底座法蘭, 確定為順氣流23點(diǎn)鐘方向底座法蘭密封圈槽與之 相貼合的閥體密封端面均有被氣體沖刷出的缺陷 （圖3）,同時(shí)缺陷處密封圈己斷裂，導(dǎo)致該處底座法蘭 密封處天然氣泄

8、漏，已無法進(jìn)行維修，故障閥門更換 后恢復(fù)生產(chǎn)。圖3第1次失效閥門缺陷情況2016年4月13日16:34,更換的21#雙作用節(jié)流 截止閥（新投入使用，SLJ41Y4. 0,設(shè)計(jì)壓力4. 0 MPa） 底座法蘭處再次發(fā)生外漏（圖4）,現(xiàn)場泄漏量偏大，經(jīng)檢 查初步判斷底座法蘭密封圈損壞或底座密封面損壞，需 盡快中斷流程更換閥門。將21#閥更換為直管段以保證臨時(shí)供氣，下一步進(jìn) 行站場整體適應(yīng)性改造。立即對(duì)拆卸下來的閥門進(jìn)行分 解，發(fā)現(xiàn)該閥門有2處明顯坍陷:順氣流7點(diǎn)鐘圖4第2次失效閥門泄漏點(diǎn)方向底座法蘭密封圈槽與之相貼合的閥體密封端面均有 被氣體沖刷出的缺陷，同時(shí)缺陷處密封圈已斷裂；閥芯 靠下游方向軟

9、密封墊片部分缺損。圖5為第2次失效 閥門缺陷情況。圖5第2次失效閥門缺陷情況2失效原因分析設(shè)備失效一般有制造缺陷、安裝缺陷、不滿足工況 需求等兒個(gè)方面2-6,彌陀輸氣站2次失效使用的節(jié) 流截止閥都為質(zhì)量較好、在其他站場使用較好的閥門， 其他站場未出現(xiàn)類似失效情況，排除設(shè)備本體質(zhì)量因素; 閥門按照GB50540-2009石油天然氣站內(nèi)工藝管道工 程施工規(guī)范進(jìn)行安裝，并進(jìn)行了嚴(yán)格的嚴(yán)密性和強(qiáng)度 試壓，試壓結(jié)果均滿足規(guī)范要求，排除施工安裝因素;經(jīng) 核查彌陀輸氣站3年內(nèi)維護(hù)保養(yǎng)記錄，該站設(shè)備均按照 日常維護(hù)保養(yǎng)制度進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和(2)節(jié)流截止閥在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮關(guān)鍵節(jié)流部操作，排除維護(hù)保養(yǎng)和操作因素。

10、2. 1運(yùn)行工況分析彌陀輸氣站用戶供氣支路設(shè)計(jì)流量為50萬m3/d, 投運(yùn)后至失效前用氣量基本處于30萬 60萬m3/d, 高峰時(shí)段最大用氣量為80萬m/d,按照供氣壓力測 算，供氣設(shè)備日常流速為918m/s,天然氣流速己 接近經(jīng)濟(jì)流速上限，基本滿足日常生產(chǎn)要求。失效 前因下游用戶市場拓展，新增加大型工業(yè)用戶，用氣 量為40萬60萬m3/d,整個(gè)用戶供氣支路供氣量 達(dá)到100萬 120萬m3/d ,高峰時(shí)段天然氣流速達(dá) 到2436 m/s,高峰時(shí)超過40m/s.天然氣流速嚴(yán)重 超標(biāo)。2. 2天然氣流態(tài)分析雙作用節(jié)流截止閥是一種截?cái)嚅y，其優(yōu)點(diǎn)在于閥瓣 密封面與閥體密封面間的摩擦力比閘閥小得多，因

11、此耐 磨損、耐擦傷，開啟高度也比閘閥小得多，工藝性比較好, 便于維修。通過改變流通面積來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)介質(zhì)流量和壓 力。圖6為雙作用節(jié)流截止閥工作原理圖。圖6雙作用節(jié)流截止閥工作原理圖彌陀輸氣站雙作用節(jié)流截止I閥規(guī)格型號(hào)為D N1 50,生產(chǎn)過程中天然氣高峰時(shí)段流速達(dá)到2436 m /s,高峰時(shí)超過40 m /s,流速超標(biāo)，高速氣流進(jìn)入 閥門后，天然氣受閥座阻擋，流道發(fā)生改變，在與閥座 碰撞后形成了一個(gè)連續(xù)的高流速回流區(qū)，并產(chǎn)生大量 渦流(圖7、圖8),渦流長期對(duì)閥門底座法蘭與閥體密 封面結(jié)合處的縫隙形成沖刷，隨著縫隙受沖刷后的不 斷擴(kuò)大，密封面對(duì)橡膠密封圈的支撐保護(hù)作用也不斷減弱, 直至氣流沖斷密

12、封圈從該處外漏。3預(yù)防措施(1)下游用戶用氣量大幅增加前應(yīng)進(jìn)行適應(yīng)性分 析，對(duì)于工藝流程不適應(yīng)供氣需求、流速過快、噪音超標(biāo) 等工況應(yīng)提前開展適應(yīng)性改造，改造完成后才能供氣。圖8天然氣在閥體內(nèi)流場流線圖件在高速氣流沖刷下具備可靠的耐磨性。(3) 站內(nèi)管道在設(shè)計(jì)階段選型應(yīng)充分考慮天然氣 波峰波谷差，不能按照日平均用氣量選型，應(yīng)按照峰值 流量進(jìn)行管道規(guī)格選型。(4) 對(duì)于易沖刷的設(shè)備(節(jié)流截止閥)進(jìn)行定期 維護(hù)保養(yǎng)和檢測，對(duì)易受沖刷的管件(彎頭、三通)等 開展定期檢測，測雖壁厚，預(yù)判受氣體沖刷的程度，對(duì) 關(guān)鍵部位的焊縫進(jìn)行周期性檢測，判斷焊縫是否因振動(dòng) 疲勞失效。(5) 加強(qiáng)日常生產(chǎn)過程中流量監(jiān)控與

13、工況實(shí)時(shí)分 析，確保站場設(shè)備正常運(yùn)行。4結(jié)論天然氣流速過快，通過雙作用截止閥進(jìn)行節(jié)流時(shí), 高速氣流經(jīng)過I閥門時(shí)，因流道發(fā)生改變，在下I閥腔內(nèi)形 成渦流，對(duì)閥門底座法蘭與閥體密封面形成沖刷，導(dǎo)致 閥門失效和天然氣泄漏。根據(jù)失效原理制定預(yù)防控制 措施，用氣波峰前提前開展管網(wǎng)壓力及流程調(diào)整，管道 內(nèi)天然氣流速得到有效控制，設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀況得到實(shí) 時(shí)監(jiān)控，通過1 a的使用效果跟蹤，未出現(xiàn)I閥門泄漏情 況。(下轉(zhuǎn)第46頁)的大小受泥漿阻力的影響很小，對(duì)于管道頂部土壤壓力 可以采取卸荷拱土壓力計(jì)算方法。綜上所述，忽略泥漿 阻力的影響，將式(5)代入式(12)中可得改進(jìn)后的 ASTM計(jì)算法公式：TB=ePl

14、，(TAhl|Po-Pf|L2+4DoDehl2-e(P1PoLo) (16)Tc=eh，TB+h|Po-Pf|L3f4DoDepkL3-e(P1+h>,().Pot3)(17)T =e，l，T +n P -P |L +4D D p LP L )DC b 0 f4 Oe b 4a 04(18)改進(jìn)后的ASTM計(jì)算法如式(12)、式(16)式 (18)所示。通過考慮管道頂部土壤壓力的影響因素，對(duì)ASTM 計(jì)算方法進(jìn)行了修正，其計(jì)算數(shù)值為745. 25 kN,和未 修正的計(jì)算方法相比，與實(shí)際數(shù)值更加吻合。4結(jié)論本文通過實(shí)例計(jì)算優(yōu)選出最合適的回拖力計(jì)算方 法，分析討論了常用回拖力計(jì)算方法的適用

15、條件，并且 對(duì)ASTM計(jì)算法進(jìn)行了改進(jìn)，使得改進(jìn)后的 (上接第32頁)參考文獻(xiàn)：1 CHO T D, YANG S M, LEE H Y, et al. A study on the force balance of an unbalanced globe valve J Journal of Mechanical Science and Technology, 2007, 21 (5) :8148202 尚照輝.閥芯結(jié)構(gòu)對(duì)節(jié)流截止閥性能影響的研究D杭 州.浙江理工大學(xué),2012.3 劉景新，趙斌，劉紅星，等.埋地天然氣管道斷裂故障診斷分析J.焊管，2013. 36(9):58-61.4 劉健

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17、f fire s in oil tanks J Fire Safety Jounal, 2005, 40(5) :331- 33 5.作者簡介：胡明(1983-),碩士，工程師，從事天然氣管道輸送 工作。E-mail: humingl 2 petrochina com cnASTM計(jì)算法計(jì)算得出的數(shù)值更接近實(shí)際數(shù)值，既保證 了穿越方案的合理性，又保證了設(shè)計(jì)計(jì)算的合理性。 參考文獻(xiàn)：1 馬保松非開挖工程學(xué)M北京:人民交通出版社.2008: 357-376.2 孫瑞鋒.城市地下管道非開挖技術(shù)的巖土力學(xué)研究D.重慶：重慶大學(xué)，2005:25-263 顏純文，STEIN D非開挖地下管線施工技術(shù)及其應(yīng)

18、用 M北京：地震出版社,1997:714 柳金海.不良條件管道工程設(shè)計(jì)與施工手冊M北京： 中國物價(jià)出版社，1992:26-285 POLAK M A. LASHEEN A Mechanical modelling for pipes in horizontal directtional drilling J Tunnelling and Underground Space Technology, 2002, 16(1) :47556 BAUMERT M E. ALLOUCHE E N Methods for estimating pipe pullback loads for HDD crossings J. J Infrastruct Sy st. 2002, 8(1) :12-19作者簡介：袁亮(1971),高級(jí)工程師，從事燃?xì)馄髽I(yè)管理與工 程管理工作。E