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关于节流过程中调节蝶阀的特性

气液混输管线,其流动情况复杂,主要原因有:①流动不稳定,流态多变;②管线中有液相积聚;③流动规律复杂,流动阻力大。由于液相的急剧扰动,液相被气相的拖带,气液相间的相对运动,以及液相的积聚等原因,使混流动输压降比单相流动大得多,流速小时差异更大。基于上述原因,目前尚无成熟的通用理论计算公式描述其特性规律。为了确定蝶阀的压力损失、流量和调节阀开度的关系,采用实液标定方法进行,即在给定的流量(原油、天然气、水的流量各自设定)下,采用高精度差压变送器、压力变送器、温度变送器和流量计进行在线测量,采用HY-103振动测量仪检测振动情况。

试验内容如下:

①测试蝶形阀门在不同的开度下,流量与压差的关系,确定阀门的流量特性曲线检测;

②观察介质在不同的配比情况下,流态和流型的变化;

③测试蝶形阀门在不同开度下的振动和冲击。

根据试验方案,进行了单相(试验介质为水)和气液两相(试验介质为水和天然气)的蝶阀特性曲线测试。

对于单相介质(试验介质为水)从试验中可得出以下结论:

(1)对于A形蝶阀,当关度在50%以下,其流量调节作用不大;当阀门关度在50%时,流量调节量为关度0时的18%(最大);当关度在50%以上,流量变化急剧;当关度在80%时,阀门关闭。

(2)随着阀门的关闭,入口压力升高,差压增大。阀门关度小于40%时,差压变化小。当阀门关度大于40%时,压差变化明显。

(3)振动在测试过程中变化不大。

(4)对于牛顿流体,根据伯努力方程和连续性方程,可计算阀门的局部阻力系数。但因为以下原因,其计算结果仅作为参考值:

①液体流过局部装置时形成漩涡区产生摩擦和碰撞现象,因而消耗能量;

②液体流过局部装置时,其速度的大小和方向发生急剧变化,使液体的速度重新分布,引起液体的附加摩擦而消耗能量。

对于气液两相介质,随着阀门关闭角度的变化,压差波动幅度较大。当阀门关度小于或等于50%时,通过通明管段观察,产生段塞,压差波动幅度较大,特别在阀门关度30%~40%时,段塞发生频率较高,且冲击振动较大。当阀门关度60%时,流态发生变化,由原来的冲击流态改变为波状流,压差波动幅度很小。同时气相的流量接近零。随着阀门的关闭,液相的流量在减少。在关度小于或等于40%时,流量变化幅度不大,从现有的数据分析可知,变化幅度不大于10%。当关度大于40%时变化幅度较大,直至为零。

气相的流量变化与液相的流量变化一致。当阀门关度30%~40%时,段塞发生频率较高的原因:

①气液流量变化幅度小;

②流通面积变小,当关度为40%时,流通面积为全开流通面积的1/3,流速加快。当阀门关度50%~60%时,气相流量变化幅度较大。

在关度为60%时,气相流量接近零,其主要原因:

①流通面积变小;

②由于气液的比重相差悬殊,故在较小的流通面积上,以液相的流通为主。

阀门的冲击与振动在阀门关度为30%~40%最大。其主要原因是流量较大,流速较快,流通面积较小,同时段塞产生频率较高。

通过试验证明,对于A型蝶阀,当关度为80%时,接近全部关闭。

由于多相流流态复杂,同时影响因素较多,对阀板冲击力的计算目前没有统一的解析公式,可根据动量方程进行调节蝶阀阀板的最大冲击力的估计,的出数据和结论。


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