天然气调压阀故障分析与改进方法研究

摘要：天然气在输送和存储中，必须特别注意工艺的安全问题，并对其进行压力调整。当前在选用调压阀时，对工作时产生的噪声、阀门开度、阀门的密封性等方面的要求也逐步提高。随着燃气管网的改造，要最大限度地发挥其功能，就必须对其运行过程中遇到的一些问题深入剖析，总结并探讨解决办法。

关键词：天然气；调压阀；故障；改进

一、调压阀的结构特点和控制方式

1.调压阀的结构特点

天然气减压阀由两个部件组成：阀体总成和执行器总成。它由阀帽、阀杆、阀体、套管、阀芯、推动器等构成。为了便于介质的流动，在腔体的结构中，采用了线性的对称结构，而在通道的内部，则是三条不受阻碍的通道。介质在阀体内的所有部位都被平均分配，从而减小了对介质的局部冲击，保证了阀的稳定性，并减小了流量和噪声。介质流量和压力的调整，是由阀芯和阀套之间的流动区域的变化来实现的。传动机构由一对滑动的齿条组成，齿条分别位于阀杆和推杆上。

2.天然气调压阀的控制方式

通过对阀内流体的平衡调节，使其工作更加稳定，并有效地调控流体流动和压力。压力调节阀系统通常由控制器、工作调节阀、安全截止阀等组成，而调节阀的运行模式通常也是根据调节阀的工作形式来设置的。而工作减压阀只能通过控制阀或者安全切断阀来正常工作，可以按照下游的压力或者使用者的最大压力来控制，而且当安全切断阀、控制器和工作减压阀的控制压力逐步降低时。在此过程中，如果下游的压力变化幅度超过了控制器设定的压力阈值，那么调节阀就会逐步地向下减小或闭合，同时，工作调节阀的入口压力也会随之减小。

3.失效天然气调压阀检测

（1）常规性能测试。对减压阀进行定期的功能试验和流动试验，发现由于过量的白料及金属碎屑等原因，导致减压阀不能正常工作。但由于其噪声大、泄漏量大、调节精度低等问题，不仅会影响其工作寿命，还会对其周边产生噪声，进而降低其整体的服役性能。对天然气减压阀进行定期试验，包括检查压力调节阀的密封性、动作的灵活性以及进出气阀的压力是否一致。（2）流量测试结果。检查天然气减压阀，若流量较低，则须将其与出厂前比较，并做一周的操作试验，可以看出其流量明显降低。常见的两种失效形式有：一是进口和出口通道直接连接，说明制品内部密封圈受到破坏，这种失效将导致储罐内的介质压力持续升高，导致安全阀持续打开，从而导致高能耗。二是供气量显著减少，通过容量降低，运行时升压阀开度减小，贮气罐升压速度慢，无法满足供气需求。

二、故障原因分析

1.元件检测结果

为了更好地分析事故发生的机理，可以将减压阀拆成若干个小块，并对其进行深入地分析，发现其主要的破坏形式是：（1）在密封部位出现了过量的白色物质。（2）阀芯到处都有金属碎片和过量的白色物质。

2.原因分析

天然气减压阀的阀芯密封口处有一些白色的物质，正常的性能测试和流动特征测试中，有关的介质都可以顺畅地流过这个通道，但是残留着大量的白色杂质，并且在阀芯的密封面上有大量的白色杂质，还有一些镶嵌着的金属碎片。过剩材料出现的理由：（1）流动媒介自身有固态杂质。（2）贮液槽的加料口周围未进行良好地清洗，其中含有沙子等过量材料，当充入液体时，就会被混到贮槽中，粘在减压阀的相应部位上。（3）拧紧调节阀上的管道时，由于螺纹之间的摩擦，会在管道上形成一定数量的铜渣。这些额外的材料靠近阀芯的密封表面，导致阀芯与阀座的密封失去作用，导致阀的排气口与进口连通，从而降低了内部的密封性。当阀门工作时，由于阀门的密封面上有过量的杂质，从而使其流通面积减少，从而使制品的真实流量降低，使加压速度变慢。

三、改进方法

1.元件清理后重装与修复

首先要拆卸和清洗天然气减压阀，如果一些金属碎片深入阀门内部，就不能完全清除了。有些金属碎片在清理过程中会留下无法修补的凹坑，导致永久损坏。如果要确定这种永久划痕对阀门的密封性是否有影响，则必须彻底清洗，然后重新组装。根据相关的工作实践和研究成果，只有在轻微损坏时才能清洗零件，当有大的压坑时，即使清洗和再装配完毕，阀门进口和出口仍然是贯通状态，没有显著地提高内部密封效果。阀门的密封面磨损是永久的，可以选择保留其他部件，换上新的阀门，然后将天然气阀门进行正常的性能试验和流动特征试验，内部的密封性能达到了规定的标准，而流量则有了显著的增加。拆除手动切断装置，从解体情况来看，内部整个装置都被天然气残渣包裹。一般状态下，切断设备是从外界供给空气，当空气的压力比弹力大时，通过切断机构内的弹簧来驱动活塞，解除压力，从而将其快速关阀闭合。因为切割设备的活塞室和活塞的表面上有天然气，导致活塞卡死。所以当阀门闭合时，截断装置内的弹簧不能顶住被卡住的活塞，从而不能排出气体，也就不能关上快关阀。经过上述的研究，在清洗活塞和有关零件之后，重新组装切断机构，在活塞腔中的运动过程中，没有出现卡住的情况。

2.改进流量套筒

针对目前天然气减压阀在使用过程中噪声较大的问题，将其设计成沿轴线布置的流动通道，保证其顺利工作，有效地减少压力损失。气体减压阀在工作时产生噪声的因素并不简单，它还受到阀门内部流体流动的限制，随着流体流动的增加，噪声也随之增加。基于此，解析自然气门内部高压区及高速区，并以此为依据，进行流动窗的优化与完善，以流量窗口的基本特征为依据，通过对自然气门内部的流动状态进行数值模拟，从而实现对自然气门内部的压力控制，实现对自然气门内部的高压区与高速区的解析，实现对气门的最优改善。

3.改进密封结构

在运行中，压力调节阀有不同的泄漏量，根据压力调整的要求，提出了相应的调整措施。在改造时，要根据调节装置的具体应用要求，同时考虑其自身的结构特征，提高其密封性，这将会对其泄漏级别产生很大的影响。常规的天然气减压阀，其密封结构比较简单，只有一个硬密封，为了进一步改善其密封效果，可以对其进行改造，将其构造成一种硬密封和一种软密封相组合的双结构，这种双结构的使用，可以保证当阀内的高压气体流过时，利用压力来产生楔状的软密封，降低流体的损失和泄漏，使阀门的泄漏水平得到明显地改善。经过适当地改造，将一些部件进行了优化，使其可以与安全切断阀门、监控阀门等更好地结合起来，在对天然气调节阀改造后，要根据理论和现场工作条件，对其进行性能试验。经过部件拆卸修复，改进流量套筒及密封特性，对一家输气站使用了天然气调节阀，从相关资料可以看出，改造后的天然气调节阀改进了常规调节阀工作中的一些问题，主要是运行中噪声大的问题。常规的天然气调节阀的噪声可以为95～100dB，经过改造后的天然气调节阀的噪声可以保持在80dB以内，而当燃气压力上升时，阀门的震动也会减轻，调整的准确性也会随之增加。

4.后续措施

（1）在启动了燃气工作管路的快速关闭阀之后，应该现场查看并确定快关的理由，如果是因为第二个阀门之后的压力太大，导致了切断阀的操作，那么可以慢慢地重新打开并启动天然气工作管道的释放阀，重新设置。（2）须仔细地检查各个装置和管道，确定各个装置的状况是否符合启动的需要，以保证能够顺利地启动和运转。机组检修期间，根据速关阀的运行周期，对速关阀气动控制单元的内部组件进行解体、清理，保证各部件动作正常。

经验：（1）操作人员要强化巡视工作，全面地认识各种主要参数，特别是关键的防护参数及其相关性。（2）在开机时，必须按照规定作业，每次作业的先后次序都要精确，防止遗漏或错误作业，危及整个单元的平稳和安全。（3）在保证安全的前提下，调度员应持续地对启停机、故障预测等进行优化，提高经济效益。

四、结语

针对现有减压阀在工作过程中存在的诸多问题，对其故障形式进行深入研究，提出相应的改善措施。通过改造，解决了调压阀噪声大的问题，使整个调压阀的调整精度有了很大的提高，通过本项目的研究，不仅可以促进燃气的合理利用，同时也为有关领域的生产运行提供有益的参考。