先導式安全泄壓閥的基本操作

我們將深入探討在常見應用中使用的一種重要泄壓閥類型 —— 先導式安全泄壓閥（Pilot-Operated Safety Relief Valve，POSRV）。在之前的篇章中，我們詳盡地介紹了彈簧式安全溢流閥的基本操作原理及其廣泛應用。

先導式安全溢流閥是一種壓力控制裝置，其中主要的泄放組件（主閥）與一個被稱為先導閥的自力式輔助壓力控制裝置結合使用，由先導閥控制主閥的啟閉。先導式安全泄壓閥可以是快速動作型或調節型，分別對應彈跳式先導閥和調節式先導閥。下面的圖1和圖2展示了這兩種先導閥的示意圖。

圖1: 快速動作型先導式安全泄壓閥（POP Action POSRV）

圖2: 調節型先導式安全泄壓閥（Modulating Action POSRV）

先導式安全泄壓閥的基礎操作原理

先導閥通過系統壓力來進行操作，利用該壓力來控制主閥盤的閉合力。隨著入口壓力的增加，閉合力也隨之增加，直至先導閥開啟，允許工藝介質通過主閥排放，從而在設定點處釋放壓力。

快速動作型先導閥

采用快速動作先導配置的主閥盤將從就位位置“彈射”至100%開啟狀態。當超壓狀態得到緩解時，主閥盤將因通過先導閥導向的介質壓力增加而重新就位，如圖3所示。主閥入口的系統壓力由先導閥通過互連管道傳輸到圓頂區域，使得閥盤頂部的壓力等于閥座處的入口壓力。由于閥盤頂部的面積大于閥座面積，這種面積差產生的向下凈力使得主閥保持關閉狀態。

圖3: 主閥關閉（常態位置）

圖4顯示，隨著入口壓力的增加，先導活塞動作并切斷主閥入口壓力與圓頂壓力的聯系。同時，先導活塞打開排氣密封，將圓頂壓力釋放到大氣中。

圖4: 先導閥開啟（泄放位置）

當流體力量克服主閥盤上方的壓力負載時，主閥盤從閥座上抬起，閥門開始排放以釋放系統壓力，如圖5所示。

圖5: 通過主閥排放

調節型先導閥

調節型先導閥的操作與快速動作型類似，但增加了在主閥盤上方維持一定比例系統壓力的功能，從而產生調節效果。隨著系統壓力升高，先導閥排氣導致閉合力降低。當工藝介質通過主閥排出時，壓力在設定點開始釋放。但是，主閥盤的實際開啟程度取決于具體的系統超壓條件，而非瞬間“彈射”至100%開啟位置。這種“調節”作用可以減少介質損失和排放，提高運行效率。

圖 6 說明了主閥入口的系統壓力是如何通過相互連接的管道由先導器輸送到圓頂區域的。這使得圓盤頂部的壓力與圓盤座面（底部）的入口壓力相等。由于圓盤頂部的面積大于閥座表面的面積，面積差會產生一個向下的凈力，使主閥保持緊閉狀態。

圖6: 主閥關閉（常態位置）

圖 7 顯示，隨著入口壓力的增加，先導活塞沖程并將主閥入口壓力與圓頂壓力隔離。先導活塞同時打開排氣密封，將圓頂壓力釋放到調節器活塞的底部。調制器活塞有一個差分區域，較小的區域位于頂部。該活塞頂部始終承受主閥入口壓力。

當圓頂壓力作用在調節器活塞底部時，會產生一個向上的凈力。這是由于兩個壓力相等（在這一點上），且下部區域大于上部區域。調節器將穹頂的壓力釋放到大氣中，直到調節器活塞頂部的入口壓力足以將其移動到關閉位置。穹頂內仍有一定的壓力。該壓力由調節器中的壓差控制。由于穹頂壓力尚未降至大氣壓力，因此主閥在設定點僅部分打開。

調制器活塞將保持關閉狀態，直到主閥圓盤因入口壓力增加而被迫升高。在此過程中，調節器活塞可根據需要進一步釋放圓頂的壓力，以便在 10% 超壓范圍內達到所需的主閥盤升程。

圖7: 調節位置

隨著入口壓力的進一步增加，主閥上的凈升力也會增加，促使主閥釋放更多壓力，直至閥盤在設定壓力的10%范圍內獲得全升程，如圖8所示。

圖8: 主閥完全開啟

當排氣壓力降至先導器預設的排氣壓力時，先導活塞關閉排氣密封。與此同時，先導閥的入口密封重新打開，主閥入口壓力再次進入主閥圓頂。當圓頂壓力與入口壓力相等時，產生的向下力將關閉主閥。

先導式SRV相對于彈簧式SRV的優勢

先導式SRV相較于彈簧式SRV擁有多項優勢：

— 先導式 SRV 可使主閥和先導閥的閥座密封性達到設定壓力的 98%。這確保了在正常工作條件下的零泄漏，即使是要求最苛刻的高壓應用也不例外。

— 與彈簧式 SRV 相比，先導式 SRV 的閥座力更大，是更高工作壓力間隙的理想解決方案。在更接近最大允許工作壓力（MAWP）的情況下運行，有助于保持系統的最佳運行狀態。

— 全孔先導式 SRV 與閥門尺寸相當的標準孔 SRV 相比，具有更大的容量。由于減少了管道直徑，這種獨特的產品可使運營商節省閥門成本和相關的管道投資。

— 先導式調節閥可根據超壓事件所需的流量而不是閥門的額定流量進行調節。這樣，用戶就可以在計算管路損耗時使用系統要求的流量而不是閥門額定流量，從而減少入口管路損耗。

— 現場測試連接允許操作人員在先導式 SRV 仍在使用時對其進行功能測試，并持續保護系統免受意外超壓事件的影響。

— 雙先導選項允許用戶減少計劃外停機時間，在維修或更換一個離線先導器的同時，另一個先導器繼續保護系統。這樣，維修技術人員就可以按計劃進行服務和維修。

— 先導式 SRV 的獨特設計通過相互連接的管道將其與主閥連接起來，從而可以安裝不同的附件。這包括手動排污閥、過濾器、回流防止器、壓差開關、先導閥測試儀、遠程先導安裝、圓頂輔助先導等。

先導式SRV的局限性

正如我們所看到的，先導式 SRV 與彈簧式 SRV 相比有一些優勢，但也有一些局限性需要考慮。根據臟污服務的嚴重程度，可以安裝不同類型、不同容量的過濾器，還可以安裝圓頂輔助選件，將臟污工藝介質與調制器、圓頂組件、排放口和入口密封件等關鍵閥門組件隔離開來。

但是，對于可能堵塞互連管道的嚴重臟污服務，先導式 SRV 可能不是最合適的選擇。先導式 SRV 的工作原理是讓來自主閥入口的系統壓力有時間通過互連管道充滿圓頂區域。在設備啟動期間，當系統壓力的斜率極快時，圓頂區域可能無法與相同的入口壓力相等，從而導致關閉力不足。

因此，來自主閥入口的系統壓力將推動主閥圓盤升起并開始泄漏。可以在主閥圓頂區域添加彈簧或替代壓力，以關閉主閥圓盤，同時為系統壓力的上升留出時間。如果這些補救措施不可行或不經濟，在壓力斜率過高的應用中，彈簧加載式 SRV 將是更好的選擇。

常見行業和應用

與彈簧式 SRV 一樣，先導式SRV也可用于許多行業。使用這些閥門的常見行業包括發電、煉油/石化、化工、中游石油和天然氣、上游石油和天然氣以及紙漿和造紙。先導式 SRV 的一些獨特應用包括高壓應用、減少高工作壓力應用中的排放、海上鉆井、深井應用中的生產平臺以及任何空氣/氣體、液體、蒸汽、兩相或多相應用。

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文字來源：微信公眾號 控制閥事務所