监控调压阀故障诊断方法优化

冯裕祥

（西气东输管道公司合肥管理处，安徽合肥 230022）

1 问题提出的背景

随着天然气产业的快速发展，天然气储运设备也迎来了发展黄金期。调压撬监控调压阀是天然气分输站关键的输气生产设备之一，故障率高、故障影响大。提升监控调压阀的故障诊断效率，是维抢修单位面临的一个亟待解决的课题。

2 监控调压阀的工作原理

2.1 调压撬的工作原理

分输调压撬主要由安全切断阀、监控调压阀和工作调压阀组成，其中，监控调压阀包括指挥器和主阀。工作调压阀根据下游压力变化，调节阀门开度，进而稳定下游压力；当工作调压阀功能失控时，监控调压阀就通过调节自身阀门开度，控制流通气量，以实现辅助稳压效果；当以上2道阀门都失灵时，下游压力就会持续上升，当下游压力升高某一预定值时，安全切断阀就会自动关断，以确保下游安全；这3个阀门既相互独立，又相互影响，相辅相成。

2.2 监控调压阀工作原理

2.2.1 指挥器的组成及工作原理

指挥器分为负载级与控制级。负载级为控制级提供稳定的工作压力环境。控制级直接控制主阀流通气量，进而控制下游压力。指挥器本质上是一个负反馈调节，当上游压力发生变化而下游压力不变时，由于负载级作用而保证了控制级的放大阀不受上游波动影响，而维持下游相对稳定。当下游压力增大时，控制级双膜结构上腔的压力增大，膜片受到向下的力增大，向下移动，使放大阀的开度减小，同时增大了负载级上腔的压力，负载级放大阀的开度也减小，指挥器中的气流量减小，由负载压力管线流入监控阀主阀下膜腔的气体减少，压力降低。当下游压力减小时，控制级双膜结构上腔的压力减小，膜片受到向下的力减小，向上移动，使放大阀的开度增大，同时减小了负载级上腔的压力，负载级放大阀的开度增大，指挥器中的气流量增加，由负载压力管线流入监控阀主阀下游膜腔的气体增加，压力升高。

2.2.2 监控阀主阀的组成工作原理

监控阀主阀主要有阀体、阀门套筒、阀芯、皮膜、皮膜压盘、关闭弹簧等构成。皮膜与压盘将膜腔分割上、下游两个膜腔。上游膜腔内弹簧与下游反馈过来气体共同在皮膜上产生关闭力P1，由指挥器控制流入下游膜腔中的气体在皮膜上产生开启力P2。

当调压撬平稳工作时，监控调压阀处在一个动态平衡状况下，此时，下游气体压力在设定范围内时，控制器放大阀的开度适中，阀门主阀膜片前后的压力平衡，即P1=P2，监控阀不动作；当下游气体压力升高时，指挥器中放大阀的开度减小，负载压力降低，进而阀门下游膜腔中的压力降低，使得P1>P2，阀门套筒向靠近阀芯的下游移动，与阀芯之间的空隙减小，流过的气量减少，最终使得下游气体压力降低以达到新的平衡。当下游气体压力降低时，指挥器中放大阀开度增大，负载压力升高，阀门下游膜腔中的压力升高，使得P1约P2，阀门套筒向远离阀芯的上游移动，与阀芯之间的空隙增大，流过的气量增加，最终使得下游气体压力升高，再次达到新的平衡。

监控调压阀就是通过指挥器来调节阀门套筒和阀芯之间的距离，进而调节其流通气量，最终调节下游压力，就是“平衡原不平衡原再平衡”循环中，监控阀完成了辅助稳压功能。

3 引入“三阀组结构”，优化故障诊断流程

监控调压阀主要故障主要是由指挥器或主阀引起。前者可通过更换指挥器组件（如双膜结构的膜片、喷嘴、过滤器滤芯）来修复，工作量小，修复时间短；而后者则一般需要拆卸、解体监控调压阀，更换主膜片、阀芯，维修阀门套筒等方式来修复，工作量较大，修复时间长。据不完全统计，目前西气东输分输场站调压撬类故障已经占到机械设备总故障的将近50%，而在调压撬类故障中，尤以监控调压阀故障最多，约占到调压撬类设备故障的70%。为了提高监控调压阀故障诊断与定位的准确度与便捷性，这里介绍一种故障诊断的辅助结构——“三阀组结构”（图1）。

在监控调压阀的指挥器与主阀之间的负载压力管线上加装一个三阀组结构，该结构B段管线与指挥器出口的负载压力管线相接；C段管线与主阀上的负载压力管线相接；A段管线可以接外界测试气源（如可通过打气筒向内打气）。当监控调压阀正常工作时，A阀关闭，B，C阀打开；当遇到监控阀未能正常打开状况时，即可启动故障诊断模式，具体故障诊断操作流程如下。

（1）流程切换。将分输流程切换至备用路，确保输气正常进行。

（2）设备隔离放空。关闭故障调压路进出口阀门，放空管段内天然气。

（3）接通外界测试气源。将A段管线与打气筒连接。

（4）检查指挥器。关闭C阀，打开A阀、B阀；用打气筒向指挥器内打气；观察负载级指挥器上压力表，检查指挥器放空口是否有气流；然后先后依次打开检测口2、检测口3，检查气流情况；故障诊断与定位，具体情况见表1。

（5）检查主阀（膜片）。关闭B阀，打开A阀、C阀；打开监控阀主阀上检测口1（图1）；用打气筒向主阀膜腔内打气；观察与检查：观察三阀组上压力表、阀位指示器、检查监控阀主阀上检测口1气流情况；故障诊断与定位，具体情况见表1。

（6）若主阀膜片与指挥器都无问题，则可考虑是阀门套筒卡滞或是阀芯与套筒接触面密封不严导致内漏，阀门因而小流量而不明显打开。

图1 三阀组结构

表1 监控调压阀常见故障

根据三阀组结构，对监控调压阀常见故障诊断流程总结见表1。

4 结束语

实验证明，调压撬监控调压阀引入“三阀组结构”后，大大提升了其故障诊断的精准性与便捷性。