塔里木油田应用的单向节流阀总流量特点及基础情况1

单向节流阀（别名喷油器）是一种用于高压、大流量煤矿用节流阀的独特专用设备。为适应塔里木油田高压增产煤田的极端工况，采用国外知名公司的产品。，进口单向节流阀均价在5万元以上。但在具体应用中美国泰科阀门，这种阀门无一例外地产生不同程度的磨损损伤、无效磨损，并存在可靠性差、无效循环时间不确定等缺点。塔里木油田使用的单向节流阀主要有两种，一种是外套笼套式；另一种是笼套柱塞泵型，都是基于压力代谢的基本原理。,

为确保高压煤田为“川气东送”管道连续输送天然气，应认真探讨单向节流阀在塔里木油田应用中出现的问题。

1 单向节流阀总流量特性不匹配

单向节流阀总流量特性的不匹配主要有两个方面。一是流量系数Cv与油气井产量不匹配；二是单向节流阀总流量性能曲线与油气井总流量特性不匹配。一对。

1.1 单向节流阀流量系数Cv与油气井产量不匹配

最经典的案例是A公司3口井使用的单向节流阀，其特点是小开度长期运行，产量波动大。三口井的基本情况见表1。

表1 A-3、A-8、-14井基本情况

由表1可以看出，A-3井和A-8井的单向节流阀长期在小开度下工作。如果这种趋势发展，单向节流阀的开度可能为零。，而产量不为零。单向节流阀长期在小开度下工作是大忌，这样会大大降低单向节流阀的使用寿命。正确的做法是让单向节流阀从一开始就尽可能的以较大的开度工作，比如90%。这样，在保持架套筒的前侧产生磨损等影响。随着笼孔逐渐被破坏，总流量增加，阀门调小一点，损坏继续，逐渐关闭，使所有笼都可以使用。有资料强调大开度运行时过流总面积大，磨损变弱，使阀门的使用寿命比开度小开度提高1～5倍以上度阀门在中国之初。如果制药厂选择这种方法，阀门的使用寿命可以提高2倍。

对于A-3、A-8井，在小开度下运行和生产中产量变化的主要因素是额定流量系数的Cv值与该井实际总流量不匹配，即阀门的Cv280选择变大。，即阀门尺寸变大。流量系数，又称商品流通工作能力，是单向节流阀型号选用的主要技术指标之一。在计算单向节流阀时单向节流阀的工作原理，可以使用两个流量系数，一个是公制和英制，另一个是螺纹的公称直径。两种定义如下： AV定义（公制和英制）：当单向节流阀全开时，阀门两端压差0.1MPa，流体密度1g/cm3，单向接头每小时流过单向阀。流量阀总流量，以t/h表示企业；Cv定义（螺纹公称直径）：单向节流阀全开时，阀门两端的压差为1 psi/ft2，材质为60°F冷水，总流量每分钟通过单向节流阀，以加仑/分钟为单位。

1.2 阀门流量性能图与​​油气井总流量特性不符

A-14井进口工作压力较高（50-52Mpa），日产量较低（一般为55平方米），因此阀门额定流量系数Cv值=70较为合适（见表1）。但是单向节流阀仍然在小开度下工作，产量仍然波动。显然，不仅阀门规格选择不合理，而且阀门的总流量特性不匹配。油气井总流量特性问题。

阀门的总流量特性是指物料流经单向节流阀时的相对总流量与相对位移（即开度）的关系，实际体现在尺寸、总数和分布上笼中孔的规律性。随着孔口尺寸、总数和分布规律的变化，阀门的总流量特性也随之变化。单向节流阀的理想化总流量性能曲线如下图1(a)所示。直线型和等百分比型使用较多，多种调节阀的总流量特性介于直线型和等百分比型之间。

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图2是A公司单向节流阀笼的无效照片，标有1、2、3、4、5排孔，1、 2、 3排孔损坏较严重，1排孔损坏最严重。这也是长期小开度运行造成的，也就是说第三排孔的匹配开度已经达到了特定的总流量调节，第四排孔对应的总流量会超过特定的总流量。显然，第四排洞后的开度范围并不能起到缓冲作用。如果将保持架上的孔做得更小，或减少总孔数单向节流阀的工作原理，则会增加特定总流量规定的开度范围，从而缩短阀门的使用寿命。

图1 理想化总流量曲线及三个阀门的开度和总溢流面积曲线

图2 A公司单向节流阀笼失效情况

2 单向节流阀的结构不一样

塔里木油田应用了两种单向节流阀，一种是夹套笼套式单向节流阀，以A公司和C公司的设备为代表；另一种是笼柱式。以B企业设备为代表的塞泵式单向节流阀。由于结构形式不统一，性能指标不同，无效特征也不同。

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2.1 外套—笼套式单向节流阀应用特点

对于这种单向节流阀，阀笼和夹套装配在悬臂壁上，对中要求高。夹套与笼套之间的间隙较大，导致环形间隙流动性较大。凹痕直径表层的建立，改变了材料的流体力学特性，容易产生湍流和磨损损伤。外套笼套式单向节流阀的磨损损伤主要在保持架的外层，损伤较严重。

2.2 笼式—柱塞泵式单向节流阀应用特点

这种单向节流阀，由于阀笼内嵌在电磁阀中，具有良好的抗弯刚度和轴向密封性，可以在一定程度上降低环形间隙的流动性；保持架直径无凹凸，可有效减少湍流；保持架与柱塞泵间隙小，中和性好。保持架——柱塞泵式单向节流阀的磨损损坏主要在保持架的内表面。从整体损坏程度看，笼式柱塞泵式单向节流阀的损坏比外套笼式套筒式单向节流阀的损坏要轻。

3 执行器姿势不确定性

执行机构姿态的不确定性是指：（1）执行机构结构的差异导致单向节流阀正常工作的波动；（2）输入数据信号很可能受到影响） ; ( 3）执行器校准不好； (4）执行器偏移后未锁紧； (5）单向节流阀流量系数Cv值不匹配,Cv值过大时波动会更加突出；（6）系统软件内部结构很可能有漏水等问题。

单向节流阀由油路板和执行器两部分组成。执行器可以是手动、气动、电动和液压控制阀。气动、电动、液压阀门执行器可根据自动化技术中的调节数据信号自动调节阀门的开度，完成总流量的调节、工作压力、环境温度和水位的调节。塔里木油田使用的主要执行机构是手动、电动和液压控制阀。主要表现如下：

3.1 手动执行器止回阀开度稳定

自手动执行器单向节流阀投入使用以来，开度一直稳定。因为每次调节单向节流阀的开度，都必须拧紧锁紧螺母，使阀门的开度处于保持位置，手动执行器可以锁定开度。但是开度的加载不够准确，因为单向节流阀主轴上的刻度套不利于加载，而且很容易转动，零刻度不容易查看。

3.2 电动执行器单向节流阀开度波动不大

自电动执行器单向节流阀投入使用以来，负载开度相对稳定。电动执行器单向节流阀开度变化较小的原因与偏置传动机构有关。如果传动系统副是螺杆型——挤出机螺杆，挤出机螺杆的锁紧效果会更好。防止因振动而扩大开度。

3.3 液控阀执行器单向节流阀开度危害很大

现场应用报告强调，液压机单向节流阀的开度没有保持位置的功能。在生产过程中，单向节流阀的开度每天都有波动，每天的变化面积为1-2%，导致产量不稳定，波动频繁。液压机执行机构单向节流阀造成产量变化的主要原因是执行机构没有锁紧；二是环境温度对齿轮油造成损坏。

4 单向节流阀笼的原材料存在差异

塔里木油田使用的三个进口单向节流阀笼均为硬质合金工具。原材料特性和现场应用情况分析表明阀门厂家，三种进口阀笼的材料特性存在显着差异，特性最好的是B公司的单向节流阀，其次由A公司的单向节流阀，最后是C公司的单向节流阀。后两者实际上相距不远。

在单向节流阀的上述四个主要特性中，单向节流阀总流量特性的不匹配对阀门的工艺性能危害更大。用户应注意额定流量系数的选择，重视阀门总流量特性与油气井总流量特性的调节匹配。