RZD-RMBX型控制阀是由荷兰莫克维迪公司制造的一种轴流式气动阀门，压力等级ANSI 600，用于安装在长输管道上起到压力调节与减压作用，它具有调节和保持翻越点至控制阀上游管段正压力运行，避免管路出现不满流现象，防止输送设备的损坏和水击的发生；另外，管线在停输时隔断因地形落差产生的静压力，防止静压力超过管线允许值而导致爆管事故的发生。

      1 阀的结构和工作原理

      1.1 结构

      控制阀是一种轴流式气动调节阀，主要是由阀外体、阀内体、阀杆、活塞、活塞杆和笼筒构成（如图1）。

      （1）阀体

     阀体包括阀外体和阀内体，在阀内体和阀外体之间有一个轴向对称的流道，如图1所示。

      （2）活塞和活塞杆

      活塞和活塞杆构成一个90°的角式传动机构（如图1），活塞借助此传动机构在导轨内沿阀的中心线运动，活塞杆与阀杆上45°的齿条相互耦合，阀杆做上下传动，带动活塞杆和活塞在全行程上前后运动。为了保证活塞内外压力平衡，在活塞端面均匀分布着孔眼，使活塞在做前后运动时不受轴向力的影响。

      （3）笼筒

      RZD-RMBX型控制阀是由三层笼筒构成，每层笼筒壁面按照一定的规律均匀分布有许多直径5～7mm的小孔，根据笼筒直径的不同由大到小依次相互嵌套组合成为一体。

      1.2 工作原理

      RZD-RMBX型控制阀是一个完整的铸造体，活塞在带有孔眼的笼简内被导引，并沿着阀门的中心线运动，当流体经笼筒外部流向笼简内部时，由于在笼筒壁上均匀分布着许多小孔，使液体的位能因摩擦阻力的陡增而转换成为热能和动能。在转换过程中产生的热能大部分被流动的流体带走，使位能大幅度降低，因此在控制阀前后就形成了压力差。

      阀门开度的大小是通过调节活塞的行程来实现的，当活塞向右移动时，活塞遮住笼筒孔眼数量增加，使液体通过笼筒流通截面积减小，此时液体通过阀门的流量减小；当活塞移到*右端时，活塞封堵了笼筒全部孔眼，此时阀门处于关闭状态。

      2 工作特性

      2.1 调节特性

      从图4曲线1中可看出，控制阀在正常调节范围内流量的变化与阀门的开度呈线性关系，阀门运行时*小流量开度值为10%，这样当阀门接近关闭状态时工作缓和平稳，确保关断严密。

      2.2 主要特点

      （1）降压效果显著

      RZD-RMBX型控制阀采用的是三层多级导向迷宫式笼筒，因流体通过笼筒时经过三次截面收缩，流体的压力被大幅度降低。它还具有较大的压力调节范围，在实际运行中压力可由4.0MPa调降至0.1MPa。

      （2）结构紧凑、噪声低和振动小

      由于采用结构紧凑的轴向对称式流道，完全避免了优先流和轴向不必要的改变，明显地降低了运行时的噪声和振动。

      （3）压力平衡

      在阀中装配有压力平衡活塞，使阀门在运行时的轴向力完全与阀两端的压差无关，因此可以使用较小的执行机构就能够达到快动的目的。

      （4）密封效果好

      它采用气泡级密封，无论工作环境有多恶劣，都能够保证在全压力范围内关断严密。

      （5）工作适用性

      由于采用以气体作为控制阀的动力，并具有热、备两个压力在1.0MPa和体积为10m³储气罐；设备和工艺要求简单，并可在停电的情况下保障控制阀连续稳定工作20min，因此适用于地理环境差的工作条件。

      3 控制阀在库鄯输油管道上的应用

      3.1 库鄯线简介

      库鄯输油管线位于新疆维吾尔自治区，西起库尔勒市，东至终点都善；管道全长491km，管线沿线地形条件复杂，人烟稀少，社会依托条件极差，其中沿线海拔点为1560.2m，点为-99.3m，落差1660.0m左右（如图2）；全线设有尔勒首站、觉罗塔格减压站和鄯善末站各一座；管线直径610mm，输送原油500 x 10⁴t/a，首站出站工作压力8.0MPa；全线采用常温密闭输送工艺及SCADA（监控和数据采集）系统，首站设分控中心，用于对全线进行集中自动监控和统一调度管理，减压站为无人值守站，末站承担着原油外运任务。

      3.2 控制阀安装依据

      根据库鄯线各站及翻越点和点位置情况（表1），管线落差为1660m，管线在充满流体静止时，点处静压力约为16.27MPa，因此设置控制阀一方面保证在输油过程中翻越点至控制阀上游管段不发生不满管现象，以及管线在停输时因静压力超高，发生爆管事故；另一方面减少了低点处管壁厚度，降低了管道建设成本。所以依据鄯善线所处的地理位置，在管线大落差处设减压站是非常必要的。 

表1 库鄯线各主要站点位置

      3.3 控制阀在长输管道上的调节原理

      减压站安装有两个并联在管路中的控制阀（如图3），在运行状态下主阀PV1001起调节作用，它根据首站外输油量的变化，由SCADA系统自动调节点压力设定值，以保证控制阀至点处要求的压力值。如果当主阀PV1001发生故障关闭或因其它原因流量无法满足需求，并且当控制阀上游压力值达到副阀PV1002压力设定值，此时副阀PV1002自动开启，并将压力维持在副阀PV1002设定值。当主阀PV1001可以满足点压力设定值时，副阀PV1002将自动关闭。这样即可以保证点处正压力运行，又可避免高点至减压站出现管路中不满流现象。

      3.4 数学模型计算

      根据伯努力方程式^[1]推导可得，在流态为水力光滑区的正常输油过程中，高点至减压站设定值可通过下式计算出：

      式中：  

      P_设－减压站进站压力控制器设定值；
      P_离－翻越点（高点）压力，控制值设定为0.1～0.2MPa；
      ρ－油品密度，kg/m³；
      g－重力加速度，9.8m/s²；
      Z_高－翻越点高程，m；
      Z_减－减压站高程，m；
      β－系数，0.0246；
      Q－管道内流体流量，m³/s；
      v－油品运动粘度，m²/s；
      d－管道内径，m；
      L－翻越点至减压站的管线长度，m。

      其中：在实际输油过程中Q取首站出站流量，其余参数均为已知常量，因此SCADA系统通过数学模型的计算，可计算出减压站进口压力设定值P设，然后通过主机的计算机系统将计算值反馈给减压站控制器，达到对控制阀上游的压力进行控制。

      当P_高 <P_设时，主控阀PV1001将关小，直到偏差值ζ＝P_高－P_设＝0；

      当P_高 >P_设时，主控间PV1001将开大，直到偏差值ζ＝0；

      当P_高＝P_设时，主控间PV1001将保持原有的开度；

      副阀PV1002压力设定值为常量固定值，在实际运行时设定值P_高＝6.50MPa。

      3.5 运行分析

      RZD-RMBX型控制阀是具有九十年代水平的压力控制阀，在我国应用到大管径和大落差长输原油管道还是首次。在投产试运行过程中发现由于笼筒孔眼只有5～7mm，在受到管内流体各种因素的影响下控制阀内堆积许多杂物，导致笼筒过流面积减小，造成在大流量输油时无法满足运行要求。后虽在控制阀前安装过滤器，起到一定的效果，但对已造成堵塞笼筒的过流能力没有明显的改善。在实际运行中我们发现随着停输次数的增加，可明显的改善控制阀的流通能力，这一点从表2数据得到说明。因此根据新疆塔里木油田原油物性好这一特点，增加输油管线启、停输次数。由于油流瞬间速度压力的改变对宠筒孔限产生冲刷和剪切作用，经过三个月共计17次的启、停输运行，控制阀在相同的输量情况下开度由73%下降到60%，原油通过量明显增大，目前已基本恢复出厂状态。 

表2 启、停输对减压阀开度的影响

注：以上参数均为月平均值

      4 改进措施

      （1）目前控制阀笼筒孔眼*小直径为5mm，为防止控制阀再次发生堵塞现象，需在阔前安装过滤器，在充分考虑流体通过量的前提下，过滤器内过滤网眼对角线应不大于4mm，且过滤网还应具有较高的强度及不变形和抗腐蚀的能力。
      （2）针对我国原油具有粘度大、凝点高和胶质含量多的特点，制定出合理的清管周期，以保证国孔眼小导致流通能力下降，这对确保输油管线安全是非常重要的。
 

      （3）在气温较低时可在过滤器前铺设电伴热带，以根据管中油温的变化，对进入控制阀油流进行加热，以防止由于油温过低导致原油中蜡和胶质的析出，影响控制阀的通油能力。
      （4）为了进一步降低流体通过控制阀的速度，可考虑增加一条直径86mm并与控制阀并联运行的管路，以加大缓解减压后流体的流速。
      （5）定期对控制阀气源装置系统进行检查，保证控制阀在运行时安全、可靠。

原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司