先导式安全泄压阀的基本操作(图文)

先导式安全泄压阀的基本操作

我们将深入探讨在常见应用中使用的一种重要泄压阀类型 —— 先导式安全泄压阀（Pilot-Operated Safety Relief Valve，POSRV）。在之前的篇章中，我们详尽地介绍了弹簧式安全溢流阀的基本操作原理及其广泛应用。

先导式安全溢流阀是一种压力控制装置，其中主要的泄放组件（主阀）与一个被称为先导阀的自力式辅助压力控制装置结合使用，由先导阀控制主阀的启闭。先导式安全泄压阀可以是快速动作型或调节型，分别对应弹跳式先导阀和调节式先导阀。下面的图1和图2展示了这两种先导阀的示意图。

图1: 快速动作型先导式安全泄压阀（POP Action POSRV）

图2: 调节型先导式安全泄压阀（Modulating Action POSRV）

先导式安全泄压阀的基础操作原理

先导阀通过系统压力来进行操作，利用该压力来控制主阀盘的闭合力。随着入口压力的增加，闭合力也随之增加，直至先导阀开启，允许工艺介质通过主阀排放，从而在设定点处释放压力。

快速动作型先导阀

采用快速动作先导配置的主阀盘将从就位位置“弹射”至100%开启状态。当超压状态得到缓解时，主阀盘将因通过先导阀导向的介质压力增加而重新就位，如图3所示。主阀入口的系统压力由先导阀通过互连管道传输到圆顶区域，使得阀盘顶部的压力等于阀座处的入口压力。由于阀盘顶部的面积大于阀座面积，这种面积差产生的向下净力使得主阀保持关闭状态。

图3: 主阀关闭（常态位置）

图4显示，随着入口压力的增加，先导活塞动作并切断主阀入口压力与圆顶压力的联系。同时，先导活塞打开排气密封，将圆顶压力释放到大气中。

图4: 先导阀开启（泄放位置）

当流体力量克服主阀盘上方的压力负载时，主阀盘从阀座上抬起，阀门开始排放以释放系统压力，如图5所示。

图5: 通过主阀排放

调节型先导阀

调节型先导阀的操作与快速动作型类似，但增加了在主阀盘上方维持一定比例系统压力的功能，从而产生调节效果。随着系统压力升高，先导阀排气导致闭合力降低。当工艺介质通过主阀排出时，压力在设定点开始释放。但是，主阀盘的实际开启程度取决于具体的系统超压条件，而非瞬间“弹射”至100%开启位置。这种“调节”作用可以减少介质损失和排放，提高运行效率。

图 6 说明了主阀入口的系统压力是如何通过相互连接的管道由先导器输送到圆顶区域的。这使得圆盘顶部的压力与圆盘座面（底部）的入口压力相等。由于圆盘顶部的面积大于阀座表面的面积，面积差会产生一个向下的净力，使主阀保持紧闭状态。

图6: 主阀关闭（常态位置）

图 7 显示，随着入口压力的增加，先导活塞冲程并将主阀入口压力与圆顶压力隔离。先导活塞同时打开排气密封，将圆顶压力释放到调节器活塞的底部。调制器活塞有一个差分区域，较小的区域位于顶部。该活塞顶部始终承受主阀入口压力。

当圆顶压力作用在调节器活塞底部时，会产生一个向上的净力。这是由于两个压力相等（在这一点上），且下部区域大于上部区域。调节器将穹顶的压力释放到大气中，直到调节器活塞顶部的入口压力足以将其移动到关闭位置。穹顶内仍有一定的压力。该压力由调节器中的压差控制。由于穹顶压力尚未降至大气压力，因此主阀在设定点仅部分打开。

调制器活塞将保持关闭状态，直到主阀圆盘因入口压力增加而被迫升高。在此过程中，调节器活塞可根据需要进一步释放圆顶的压力，以便在 10% 超压范围内达到所需的主阀盘升程。

图7: 调节位置

随着入口压力的进一步增加，主阀上的净升力也会增加，促使主阀释放更多压力，直至阀盘在设定压力的10%范围内获得全升程，如图8所示。

图8: 主阀完全开启

当排气压力降至先导器预设的排气压力时，先导活塞关闭排气密封。与此同时，先导阀的入口密封重新打开，主阀入口压力再次进入主阀圆顶。当圆顶压力与入口压力相等时，产生的向下力将关闭主阀。

先导式SRV相对于弹簧式SRV的优势

先导式SRV相较于弹簧式SRV拥有多项优势：

— 先导式 SRV 可使主阀和先导阀的阀座密封性达到设定压力的 98%。这确保了在正常工作条件下的零泄漏，即使是要求最苛刻的高压应用也不例外。

— 与弹簧式 SRV 相比，先导式 SRV 的阀座力更大，是更高工作压力间隙的理想解决方案。在更接近最大允许工作压力（MAWP）的情况下运行，有助于保持系统的最佳运行状态。

— 全孔先导式 SRV 与阀门尺寸相当的标准孔 SRV 相比，具有更大的容量。由于减少了管道直径，这种独特的产品可使运营商节省阀门成本和相关的管道投资。

— 先导式调节阀可根据超压事件所需的流量而不是阀门的额定流量进行调节。这样，用户就可以在计算管路损耗时使用系统要求的流量而不是阀门额定流量，从而减少入口管路损耗。

— 现场测试连接允许操作人员在先导式 SRV 仍在使用时对其进行功能测试，并持续保护系统免受意外超压事件的影响。

— 双先导选项允许用户减少计划外停机时间，在维修或更换一个离线先导器的同时，另一个先导器继续保护系统。这样，维修技术人员就可以按计划进行服务和维修。

— 先导式 SRV 的独特设计通过相互连接的管道将其与主阀连接起来，从而可以安装不同的附件。这包括手动排污阀、过滤器、回流防止器、压差开关、先导阀测试仪、远程先导安装、圆顶辅助先导等。

先导式SRV的局限性

正如我们所看到的，先导式 SRV 与弹簧式 SRV 相比有一些优势，但也有一些局限性需要考虑。根据脏污服务的严重程度，可以安装不同类型、不同容量的过滤器，还可以安装圆顶辅助选件，将脏污工艺介质与调制器、圆顶组件、排放口和入口密封件等关键阀门组件隔离开来。

但是，对于可能堵塞互连管道的严重脏污服务，先导式 SRV 可能不是最合适的选择。先导式 SRV 的工作原理是让来自主阀入口的系统压力有时间通过互连管道充满圆顶区域。在设备启动期间，当系统压力的斜率极快时，圆顶区域可能无法与相同的入口压力相等，从而导致关闭力不足。

因此，来自主阀入口的系统压力将推动主阀圆盘升起并开始泄漏。可以在主阀圆顶区域添加弹簧或替代压力，以关闭主阀圆盘，同时为系统压力的上升留出时间。如果这些补救措施不可行或不经济，在压力斜率过高的应用中，弹簧加载式 SRV 将是更好的选择。

常见行业和应用

与弹簧式 SRV 一样，先导式SRV也可用于许多行业。使用这些阀门的常见行业包括发电、炼油/石化、化工、中游石油和天然气、上游石油和天然气以及纸浆和造纸。先导式 SRV 的一些独特应用包括高压应用、减少高工作压力应用中的排放、海上钻井、深井应用中的生产平台以及任何空气/气体、液体、蒸汽、两相或多相应用。

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文字来源：微信公众号 控制阀事务所

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