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新型高壓差調節閥的研究

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:551时间:2019-12-06

1.稠油熱采注汽對流量調節閥的基本要求  稠油熱力開采進進蒸汽驅開采今後,形成比較固定的注汽管網、蒸汽分配和計量的典型流程。稠油開發注蒸汽流程中相當首要的三個題目是蒸汽的分配、計量和調控。公道的蒸汽調控能實現科學注汽,進步熱采的油汽比和原油的采收率,從而獲得滿足的經濟效益。稠油熱采有單井吞吐和汽驅兩個階段 。在全部區塊的熱采全過程中,除初期隻有單井吞吐外,一般是單井吞吐和汽驅同時進行。是以配汽站要同時給吞吐井和汽驅井配注。在新疆克拉瑪依油田的熱采現場,吞吐井壓力高(5~10MPa), 注汽流量大(6~10t/h),而汽驅井注汽壓力低(2~5MPa),注汽流量小(1.5~5t/h)。這就是說,分配器到各注汽井之間的壓差大小不一 ,相差3MPa或更多,必須在分配器和注汽井之間增加一活動阻力環節來吸收剩餘的壓力。顯然,這裏使用的流量調節閥應能在小流量時具有較大的降壓功能,而在大流量時具有小的壓降。這就是稠油熱采注汽工藝流程對調節閥的特殊要求。2.現有蒸汽流量調節閥和高壓差流量調節閥存在的題目  目前熱采工藝流程中,為了降壓,所使用的調節閥以極小開度工作,閥內蒸汽流速很高,可調性差,很難達到預定流量值。加之一個分配器對應多口注汽井,調節其中一口井的流量會影響其它井的流量,這又增加了流量調節的難度。勝利油田與西安高壓閥門廠合作開發的JT65y250V型高壓蒸汽調節截止閥的阻力件為活塞過孔式調節結構。根據熱采現場運行測試數據繪製的流量百分率與開度百分率的關係曲線如圖1。從曲線看出,開度從0%~10%時,流量百分數超過60%,調節靈敏度太大,閥門手輪一動,要麽蒸汽流量過大 ,要麽過小。而在10%開度以上時調節靈敏度又太低,在40%~100%開度範圍內則無調節功能。是以難以在全行程範圍內有效地調節蒸汽流量。同時閥門開度較小時,閥內的流體達到臨界流速,隨之引發振動和衝蝕等嚴重題目。

  西安交通大學的科研職員設計了GYY高壓差調節閥(圖2),實現了高壓降,並使流量調節特性有所改善,但臨界流速過高使得衝蝕、振動、噪聲等題目更嚴重 ,不得不采用高強度、耐磨損材料。如許,不僅進步了閥門本錢,而且流量隨行程的變化率仍很大,調節特性並未得到明顯改善。此外,臨界流一般要求進口壓力與背壓之比大於2,這就限製了其利用範圍。例如一些熱采注汽井需要壓力8~12MPa或更高,而鍋爐的出口最大壓力為18MPa ,不可能形成臨界流。在現場利用中,這類調節閥還不能有效地實現高溫高壓下大範圍內的流量調節和壓降調節,其流量調節首要取決於最後一級的通道麵積。這類調節方法與普通閥門沒有根本的區別,仍很難通過調節閥門開度來保證估計流量。現有高壓差流量調節閥的一個共同特點是高壓差必然導致高流速,而高流速又帶來振動、衝蝕、噪聲等嚴重題目。如何解決這些題目是擺在科技職員眼前的一項首要研究課題。

3.新型高壓差迷宮式蒸汽流量調節閥的研製  國外在調節閥的研究方麵提出了一些有價值的設計思想和方法 。圖3為美國設計的一種調節閥的可變流阻閥心 。與普通閥門的不同的地方在於,其流通麵積隨行程變化,而且閥門的節流級數、阻力係數也隨行程變大而減小,即流通麵積變量與阻力係數成反比變化。因此此閥心在很多流程的控製係統中可修正自然壓降的偏差,實現小流量大壓降或大流量小壓降,獲得寬廣的固有調節幅度。此外,采用多級壓降、曲折流道使流速降低而具有低噪聲特點 。實際流體可通過的流道數目與閥門開度成正比,即閥門的行程剛開始時,隻有一個流道露出,而開度接近100%時,露出的流道數最大,閥心處於如圖的位置時,塗黑部分才是實際流道。但卻引發另外一些題目,如節流件采用垂直彎頭的順―順連接(或逆―逆連接 ,即正向直角彎頭)而限製了流阻係數;密封性較差,漏失嚴重,工藝複雜,加工本錢高,因此這類閥門未出現在美國國內市場上。

  綜上所述,稠油熱采注蒸汽工藝流程需要的是一種高壓差調節閥,除適應高溫、高壓的汽水兩相流介質外,還將碰到高壓差、寬調節範圍、振動、衝蝕等特殊題目。為此,新疆石油治理局采油工藝研究院與清華大學核能技術設計研究院開展了聯合攻關,其指導思想是盡可能地增大閥門的阻力係數, 實現低流速下的高壓差,從根本上緩解了衝蝕和噪聲 ,得到了良好的調節性能和寬廣的固有流量調節幅度。新設計的迷宮式流量調節閥(已申報國家專利 ,其閥心結構見圖4)在克拉瑪依紅淺熱采稠油區進行了現場試驗,丈量結果見圖5 。      

  改變閥門開度時,流量變化平緩、穩定。當開度百分率從0%到100%(行程不斷變化)時,流量百分率從0%上升到100%。反之,則下降,全部行程近100mm可方便調節。由圖5中曲線可看出閥門開度百分率與流量百分率近似成線性關係 ,所以易於調節 ,且閥門實現了高壓差下的低流速 。在閥門進口p進=9.4MPa,出口p出=3.2MPa時,實測閥門(距閥門30cm)噪聲70dB(普通調節閥噪聲達到84dB以上),表明這類迷宮式流量調節閥具有良好的推廣利用遠景和巨大的經濟效益。

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