新型高壓差迷宮式蒸汽流量調節閥的研究

　　摘要：稠油熱采注蒸汽工藝對調節閥的基本要求是應能在小流量時具有較大的降壓功能，而在大流量時能獲得小的壓降?，F有蒸汽流量調節閥均難以在全行程范圍內有效地調節蒸汽流量，且存在振動和沖蝕等問題。在分析國內外高壓差流量調節閥的結構、工作原理及存在問題的基礎上，研制成新型高壓差迷宮式蒸汽流量調節閥。當調節閥開度百分率從0％到100％（行程不斷變化）時，流量百分率從0％上升到100％；反之，則下降，整個行程近100mm可方便調節，且實現了高壓差下的低流速。在閥門進口p進=9.4MPa，出口p出=3.2MPa時，實測閥門噪聲70dB（普通調節閥噪聲達到84dB以上），從根本上減輕了沖蝕和噪聲。
　　1、稠油熱采注汽對流量調節閥的基本要求
　　稠油熱力開采進入蒸汽驅開采以后，形成比較固定的注汽管網、蒸汽分配和計量的典型流程。稠油開發注蒸汽流程中至關重要的三個問題是蒸汽的分配、計量和調控。合理的蒸汽調控能實現科學注汽，提高熱采的油汽比和原油的采收率，從而獲得滿意的經濟效益。稠油熱采有單井吞吐和汽驅兩個階段。在整個區塊的熱采全過程中，除初期只有單井吞吐外，一般是單井吞吐和汽驅同時進行。因此配汽站要同時給吞吐井和汽驅井配注。在新疆克拉瑪依油田的熱采現場，吞吐井壓力高（5～10MPa），注汽流量大（6～10t/h），而汽驅井注汽壓力低（2～5MPa），注汽流量小（1.5～5t/h）。這就是說，分配器到各注汽井之間的壓差大小不一，相差3MPa或更多，必須在分配器和注汽井之間增加一流動阻力環節來吸收剩余的壓力。顯然，這里使用的流量調節閥應能在小流量時具有較大的降壓功能，而在大流量時具有小的壓降。這就是稠油熱采注汽工藝流程對調節閥的特殊要求。
　　2、現有蒸汽流量調節閥和高壓差流量調節閥存在的問題
目前熱采工藝流程中，為了降壓，所使用的調節閥以極小開度工作，閥內蒸汽流速很高，可調性差，很難達到預定流量值。加之一個分配器對應多口注汽井，調節其中一口井的流量會影響其它井的流量，這又增加了流量調節的難度。勝利油田與西安高壓閥門廠合作開發的JT65y250V型高壓蒸汽調節截止閥的阻力件為活塞過孔式調節結構。根據熱采現場運行測試數據繪制的流量百分率與開度百分率的關系曲線如圖1。從曲線看出，開度從0％～10％時，流量百分數超過60％，調節靈敏度太大，閥門手輪一動，要么蒸汽流量過大，要么過小。而在10％開度以上時調節靈敏度又太低，在40％～100％開度范圍內則無調節功能。因此難以在全行程范圍內有效地調節蒸汽流量。同時閥門開度較小時，閥內的流體達到臨界流速，隨之引起振動和沖蝕等嚴重問題。
西安交通大學的科研人員設計了GYY高壓差調節閥（圖2），實現了高壓降，并使流量調節特性有所改善，但臨界流速過高使得沖蝕、振動、噪聲等問題更嚴重，不得不采用高強度、耐磨損材料。這樣，不僅提高了閥門成本，而且流量隨行程的變化率仍很大，調節特性并未得到明顯改善。此外，臨界流一般要求入口壓力與背壓之比大于2，這就限制了其應用范圍。例如一些熱采注汽井需要壓力8～12MPa或更高，而鍋爐的出口最大壓力為18MPa，不可能形成臨界流。在現場應用中，這種調節閥還不能有效地實現高溫高壓下大范圍內的流量調節和壓降調節，其流量調節主要取決于最后一級的通道面積。這種調節方法與普通閥門沒有根本的區別，仍很難通過調節閥門開度來保證預計流量。現有高壓差流量調節閥的一個共同特點是高壓差必然導致高流速，而高流速又帶來振動、沖蝕、噪聲等嚴重問題。如何解決這些問題是擺在科技人員面前的一項重要研究課題。