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自力式調節閥在油田工況下的選型應用
日期：2025-05-11 07:55
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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制裝置。
它集檢測、控制、執行諸多功能于一身，自成一個獨立的儀表控制系統。具有以下特點：無需外加驅動能源，節能，運行費用低，適用于爆炸性危險環境；結構簡單，維護工作量小，可以實現無人值守；集變送器、控制器及執行機構的功能于一體，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、閥座節流后，變為閥后壓力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，從而控制閥前壓力。
當P1增加時，P1作用于膜片上的力也隨之增加。此時膜片上的作用力大于彈簧的反作用力，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面積變大，流阻變小，P1向閥后泄壓，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。
閥后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面調節器，其工作原理如圖2所示，浮球通過連桿機構與調節閥的閥桿相連接。通過浮球和連桿機構的作用，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，說明進液量大于出液量，浮球隨之升高，并通過連桿機構立即將閥門關小；反之，當液位降低時浮球通過連桿機構將閥門開大，直到進出液量相等，液位穩定為止。這就是進口控制的工作原理。
出口控制與進口控制原理相同，但閥芯反裝。
這里，浮球是系統的檢測元件，而連桿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系統。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系統，因此控制的結果不可避免地存在靜差。調節精度一般為±5%~±10%。適用于調節品質要求不高的場合。
2、允許壓差
由于自力式調節閥沒有驅動能源，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），而且無法象普通控制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制閥小，口徑也受限制。DN80以下的閥允許壓差*高2.0MPa（PN4.0MPa時），而普通氣動控制閥*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于受浮球浮力的限制，允許差壓也小，多數生產商對允許差壓未作明確，選用時應向生產商咨詢。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別大，可使用兩臺或多臺并聯。
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。特別是凝固點較高的介質在停工降溫后凝固也將使波紋管開工后無法正常工作。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，個別閥運用在稠油介質，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沒有統一的產品標準。生產商一般參照控制閥的國家標準進行生產。
國標GB/T4123-92要求控制閥本體填料函及其他連接處無滲漏現象?？梢詽M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于2.5kPa?！憋@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，選用時要特別注明。
5、自力式調節閥計算
該計算同普通控制閥，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制閥相比有多種差異，但這些差異并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），控制精度要求不高（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歷史，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制，油室、水室液位控制，如圖3所示；除油器壓力、液位控制，如圖4所示；氣液分離器、緩沖罐壓力、液位控制（略）；居民區供暖分支管線的流量、溫度控制等（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制裝置。
它集檢測、控制、執行諸多功能于一身，自成一個獨立的儀表控制系統。具有以下特點：無需外加驅動能源，節能，運行費用低，適用于爆炸性危險環境；結構簡單，維護工作量小，可以實現無人值守；集變送器、控制器及執行機構的功能于一體，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、閥座節流后，變為閥后壓力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，從而控制閥前壓力。
當P1增加時，P1作用于膜片上的力也隨之增加。此時膜片上的作用力大于彈簧的反作用力，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面積變大，流阻變小，P1向閥后泄壓，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。
閥后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面調節器，其工作原理如圖2所示，浮球通過連桿機構與調節閥的閥桿相連接。通過浮球和連桿機構的作用，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，說明進液量大于出液量，浮球隨之升高，并通過連桿機構立即將閥門關小；反之，當液位降低時浮球通過連桿機構將閥門開大，直到進出液量相等，液位穩定為止。這就是進口控制的工作原理。
出口控制與進口控制原理相同，但閥芯反裝。
這里，浮球是系統的檢測元件，而連桿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系統。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系統，因此控制的結果不可避免地存在靜差。調節精度一般為±5%~±10%。適用于調節品質要求不高的場合。
2、允許壓差
由于自力式調節閥沒有驅動能源，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），而且無法象普通控制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制閥小，口徑也受限制。DN80以下的閥允許壓差*高2.0MPa（PN4.0MPa時），而普通氣動控制閥*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于受浮球浮力的限制，允許差壓也小，多數生產商對允許差壓未作明確，選用時應向生產商咨詢。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別大，可使用兩臺或多臺并聯。
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。特別是凝固點較高的介質在停工降溫后凝固也將使波紋管開工后無法正常工作。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，個別閥運用在稠油介質，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沒有統一的產品標準。生產商一般參照控制閥的國家標準進行生產。
國標GB/T4123-92要求控制閥本體填料函及其他連接處無滲漏現象?？梢詽M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于2.5kPa?！憋@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，選用時要特別注明。
5、自力式調節閥計算
該計算同普通控制閥，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制閥相比有多種差異，但這些差異并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），控制精度要求不高（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歷史，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制，油室、水室液位控制，如圖3所示；除油器壓力、液位控制，如圖4所示；氣液分離器、緩沖罐壓力、液位控制（略）；居民區供暖分支管線的流量、溫度控制等（略）。
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