自力式燃气调压阀的结构原理和常见故障

李占东

（中石油管道有限责任公司西部塔里木输油气分公司，新疆库尔勒 841000）

0 引言

作为一种清洁高效能源，天然气不仅可以优化能源结构、缓解供需矛盾，同时还能提高人民生活质量，改善环境和实现可持续发展。近年来，天然气的使用范围越来越广，国内天然气用量不断攀升。目前，国内的天然气多采用管道输送，自力式燃气调压阀作为输气管道的辅助设备，能为用户提供精准的供气压力。

自力式压力调节阀作为调压阀的一种，因为不需要其他外来能源如电源、气源，仅靠介质自身的能量来驱动主阀动作，使用方便，安装完毕后设定好压力值即可投入自动运行，作为一种纯机械结构的调节阀门，在控制精度要求不高又缺乏电源、气源的场合，得到了广泛使用。

1 简单自力式调节阀

1.1 工作原理

当介质流体从调节阀前经过阀芯阀座节流后，转化为阀后压力。然后经过引压管线输入上腔室作用在顶部的托盘上，这时产生的作用力会与弹簧的反作用力相对等。这样就决定了阀芯阀座的相对位置，从而控制阀后压力。当阀后压力增加时作用在顶盘上的作用力也随之增加，使阀芯关关向阀座的位置，这样阀芯和阀座之间的间隔减小，流阻变大阀后压力降低，直到顶盘上的作用力与弹簧反作用力相平衡为止，从而使阀后压力下降到预设值。当阀后压力降低时，作用方向与之前所说相反，实现自力式调节功能。

1.2 调压过程

通过调整弹簧调节螺母，压紧弹簧，使托盘带动膜片和阀杆向下移动，阀杆与阀座流道面积减小，从而实现调压阀下游压力降低的目的。通过调整弹簧调节螺母调松弹簧，使托盘带动膜片和阀杆向上移动，阀杆与阀座流道面积增加，从而实现调压阀下游压力升高的目的。

当调压阀下游压力降低，膜片上腔整体压力降低，膜片下腔压力不变，托盘带动膜片向上移动，阀杆阀芯与阀座流道面积增加，通过调压阀的流体增大，调压阀下游压力升高。当调压阀下游压力升高，膜片上腔整体压力升高，膜片下腔压力不变，托盘带动膜片向下移动，阀杆阀芯与阀座流道面积减少，通过调压阀的流体减小，调压阀下游压力降低。

由于调压阀膜片上腔和下腔分别直接取自下游压力和上游压力，使得调压阀的反应非常灵敏，微小的压力变化就会导致调压阀的开关动作，调压可靠性有待提升。此外，调压阀的反复开关会使膜片、阀杆、阀芯、阀座产生磨损，弹簧产生疲劳现象，阀门故障率升高，维护量增大。

图1 自力式调节阀的结构

2 RMG512 型自力式调压阀

2.1 RMG512 型自力式调压阀结构原理

RMG512 型调压阀为轴流式调压阀，由主阀体、过滤器、指挥器及配套的引压管线组成，该阀门间接调压式调压阀，主阀的开度由指挥器控制，指挥器由阀前、阀后压力联合控制，该类调节阀较普通自力式调节阀增加了指挥器，使得主阀的开度更为稳定，调节阀后压力更为平稳，调压性能更为可靠，从而延长了设备使用寿命，适用于流量大、可靠性高、压力要求严格的调压管道。

调压阀正常工作时，来自于调压阀前的气体经过指挥器调节后，将压力通过负载压力管线传递到膜片下游阀腔内，同时来自于调压阀后的压力通过反馈管线与关闭弹簧一起作用于膜片上游阀腔。调节阀膜片将上游阀腔和下游阀腔进行隔离，并接受负载压力和阀后压力的双重控制，调压阀膜片两侧的压力变化带动套筒向左或向右移动。气体流过调压阀的流通面积由阀门套筒和阀芯之间的距离来控制：距离越大流通面积越大，下游气体压力越高；距离越小，流通面积越小，下游气体的压力越低。

2.2 RMG512 型自力式调压阀调压和稳压过程

图2 RMG512 调节阀调压及稳压过程原理

指挥器主要由壳体、压力表、波纹管、活塞、引压管、弹簧及托盘等部件组成，主要功能是感知下游压力变化，控制膜片带动套筒减小或增加介质流通面积，或者直接关闭阀门、阻止介质流通，其性能的稳定性直接影响到主阀性能的稳定性。RMG 调压阀的指挥器分为两级：第一级为负载限制级，作用是减少上游压力波动给下游压力带来的干扰；第二级为负载控制级，作用是设定调压阀后气体压力。

2.2.1 调压过程及原理

通过旋紧负载限制级指挥器调节螺栓，其底部弹簧压力变大，弹簧的弹力传递至放大阀下部波纹管处，波纹管推动放大阀活塞移动，致使其开度增加。使得上游气体更多的进入指挥器内部，指挥器内部压力变高，气量变大，指挥器灵敏度提高。旋松负载限制级指挥器调节螺栓，指挥器灵敏度降低。

通过旋紧负载控制级指挥器调节螺栓进行调压，当旋紧负载控制级螺栓时，来自于指挥器下部的调节弹簧弹力变大，弹簧将弹力传递至放大阀下部波纹管处，波纹管推动放大阀活塞移动，致使其开度增加。放大阀开度的增大使得负载压力管线中的气体压力升高，阀门套筒向上游方向移动，和阀芯之间的距离增大，流入下游气体流量增多，最终使下游气体压力升高。旋松负载控制级指挥器调节螺栓后，各组件动作相反。

2.2.2 稳压过程及原理

当下游压力增大时，第二级指挥器膜片上腔的压力增大，指挥器膜片受到向下的力增大，指挥器膜片向下移动，并控制其内部放大阀的开度减小。放大阀开度减小使得负载压力管线中的气体压力降低，阀门套筒向下游移动，和阀芯之间的距离缩小、流入下游气体流量减少，最终使下游气体压力降低至设定值。当下游压力降低时，各组件动作相反。

3 自力式调压常见故障及解决办法

调节阀的故障原因需要全面考虑，根据实际情况进行综合处理。自力式压力常见故障有以下4 种。

3.1 调压阀阀位完全关闭后阀门下游仍有压力

（1）有石子、锈渣、焊渣等杂质，这时可以调大流量，利用气体对密封面进行吹扫，将杂质吹到下游。

（2）阀芯与阀座的密封部位经过流体的长时间冲刷后，会产生变形，密封性能下降，这时需要更换密封面。

（3）主阀关闭弹簧疲劳失效，不能够将阀门关闭，这时需要更换主阀关闭弹簧。

（4）主阀膜片破损，阀门上游压力经过膜片窜入下游，使下游压力升高，这时需要更换主阀膜片

3.2 调压阀不动作、阀门下游无压力

（1）上游气源阀门没有打开或引压管线冻凝堵塞，这时需要打开气源阀门，疏通引压管线。

（2）主阀阀芯脱落并压紧阀座，调压阀的膜片不能控制阀芯的动作，这时需要维修阀芯，使膜片与阀杆、阀杆与阀芯连接紧固。

（3）阀杆或轴套严重弯曲变形，导致阀芯压紧阀座不能正常打开，这时需要维修或更换阀杆或轴套。

（4）指挥器故障，包括指挥器弹簧锈死、指挥器过滤器堵塞、指挥器膜片损坏，这时需要维修指挥器，使其恢复完好。

3.3 调节阀反复动作、运行不稳定

（1）管道来气问题，上游来气流量或压力不稳定，这时需要及时联系上游供气单位做出工况调整，也可以联系下游用户暂时停止供气，防止调压阀损坏，待管道来气稳定后再投运调压阀。

（2）指挥器故障，例如：指挥器放大阀磨损严重，输出压力时产生震荡；指挥器放大器喷嘴磨损变大，输出气量增大；指挥器灵敏度设置过低，调节反应变慢，这时需要维修指挥器，使放大阀、喷嘴完好，调整指挥器的灵敏度适中，使调节阀运行稳定。

3.4 调节阀运行时伴有严重的振动

（1）阀门支撑不稳，这时需要调整阀门支撑、使支撑和阀门接触紧固。

（2）调压阀选型错误，如调节阀选型过大、常在小开度下使用，这时需要调整运行流量或更换调压阀。

4 结语

自力式调压阀作为天然气管道调压的重要设备之一，直接影响到管道供气质量和供气安全，作为调压阀的管理单位，应该落实好调压阀的日常安全监测，做好密封圈、膜片、弹簧、滤芯等易损零部件的储备工作，加强操作和维护人员的日常培训，掌握设备的结构原理，发现设备问题及时修复故障，保障天然气管道供气平稳。