Van điều tiết lưu lượng của trạm khí đốt

Từ dòng chảy uốn khúc đến dòng chảy dọc trục, các van điều tiết lưu lượng của trạm khí đốt tự nhiên đang cải tiến và thay đổi

Khái quát

          Trình độ kỹ thuật van điều tiết của Trung Quốc sau khi trải qua quá trình du nhập, đổi mới và phát triển gần 1 thập kỷ đã được cải thiện rất nhiều, nhưng so với trình độ công nghệ tiên tiến của nước ngoài vẫn có sự khác biệt lớn, trọng điểm là việc van điều khiển nhiệt độ, áp suất cao và khẩu độ lớn dễ bị kẹt, rung, tiếng động cơ lớn, mô-men xoắn truyền động quá mức, tính an toàn thấp, thời gian thi công ngắn, dễ rò rỉ lớp đệm kín... Đồng thời, vẫn chưa bắt kịp yêu cầu phát triển của nền công nghiệp hiện đại trong nghiên cứu phát triển lý thuyết cơ bản và đổi mới công nghệ cấu tạo. Van điều chỉnh lưu lượng trục dọc là loại van điều tiết có cấu trúc mới, tiếp thu những ưu điểm kỹ thuật của van điều chỉnh lưu lượng uốn khúc truyền thống, trong toàn bộ quá trình, hướng dòng chảy về cơ bản không thay đổi, mà chạy dọc theo hướng dọc trục của đường ống, như vậy có thể giảm lực cản của đường ống, do đó nâng cao khả năng lưu lượng của van. Kết hợp với việc cải tiến van điều chỉnh được sử dụng trong các trạm khí đốt tự nhiên từ loại dòng chảy uốn khúc sang loại dòng chảy dọc trục, sự khác biệt và ưu điểm tương ứng của van điều tiết dòng chảy hướng trục và dòng chảy uốn khúc được phân tích ngắn gọn từ các khía cạnh của đặc điểm cấu trúc, nguyên lý làm việc và phân tích hiệu suất.

Phân tích so sánh cải tạo kỹ thuật van điều tiết lưu lượng

2.1 Phân tích so sánh đặc điểm cấu tạo

Hiện tại, có hai công ty chứa dưới hạ lưu tại trạm tiếp nhận Tiên Nhân Đô, lần lượt là khí nhiên liệu Lão Hà Khẩu Trung Quốc (Laohekou china gas) và tài nguyên Cốc Thành (Gucheng China Resources). Sau khi Laohekou China gas chuyển đổi kỹ thuật thì van điều tiết dòng chảy dọc trục được sử dụng, còn van được sử dụng bởi Gucheng China Resources vẫn là một van điều chỉnh dòng chảy kiểu uốn khúc. Về mặt cấu trúc, cả van điều chỉnh lưu lượng dọc trục và dòng chảy uốn khúc đều có thể điều chỉnh khí và khí tự nhiên trong đường ống, nhưng khả năng lưu lượng tổng thể của van điều chỉnh lưu lượng uốn khúc bị hạn chế bởi cấu trúc ống hình chữ Z của thân van hình cầu. Nguyên nhân chính là do khí bên trong trải qua nhiều lần thay đổi lưu lượng trong ống dẫn, dễ sinh ra các dòng xoáy tác động lẫn nhau, điều này gây hoa phí lượng lớn động năng.  Đồng thời, khi khẩu độ lớn hơn DN400, hành trình của van điều chỉnh quá dài, độ nhạy điều chỉnh giảm, toàn bộ cấu trúc nặng nề và động lực quá lớn. Van điều tiết dòng chảy dọc trục cải thiện cấu trúc dòng chảy tổng thể của van điều tiết dòng chảy uốn khúc (Hình 1), làm cho khí bên trong chạy dọc theo ống hình vòng trong van, dòng chảy của chất lỏng trong van thay đổi rất ít và động năng mất mát cũng nhỏ hơn. Cấu trúc xi lanh đúc tích hợp phù hợp hơn với đặc tính lực của bình chịu áp lực và có đặc tính áp suất tốt. Ống dẫn dòng của thân van được thiết kế để đi theo dòng chảy của môi trường trong đường ống, đồng thời, trong khoang bên trong của van có một nắp dẫn hướng hình nón thích hợp để dẫn tốc độ và lực chảy của dòng chảy khí, từ đó làm cho sự phân phối của dòng chảy trong đường ống được cân bằng và áp lực khí đồng đều.

          Ở phần tiết lưu, phần điều chỉnh của van điều chỉnh lưu lượng uốn khúc vuông góc với đường ống, khí chảy ngoằn nghoèo bên trong van hình chữ Z, sau khi điều chỉnh khí điều hòa tụ lại và chảy ra từ phía đầu ra của van, trở lực vận chuyển khí tự nhiên sẽ lớn hơn, độ rung và tiếng ồn lớn, khẩu độ càng lớn càng rõ ràng. Van điều tiết dòng chảy dọc trục dựa trên cấu trúc ống tuýp của van điều tiết dòng chảy uốn khúc, sự khác biệt là sau khi van điều tiết dòng chảy dọc trục chảy vào thiết bị thì lõi van sẽ di chuyển dọc trục trong ống bọc van và lõi van được thiết kế để cân bằng áp suất không khí, cấu trúc bù đắp lực không cân bằng gây ra bởi các áp suất không khí khác nhau ở hướng trước và sau của miệng tiết lưu, đồng thời giải quyết các hạn chế về khẩu độ nhỏ, sự chênh lệch áp suất nhỏ của van điều tiết dòng chảy uốn khúc.

(a) dòng uống khúc (dòng dọc trục

Ảnh 1 Hình ảnh cấu tạo van điều tiết

Từ đường cong lưu lượng cung cấp khí thực tế của trạm (hình 2), có thể thấy bằng trực giác rằng sau khi thực hiện điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu ở Lão Hà Khẩu Trung Quốc thông qua van điều tiết lưu lượng dọc trục, dòng khí tự nhiên trong đường ống tương đối đồng đều và thông qua dọc trục van điều tiết dòng chảy việc điều chỉnh làm giảm tác động của tốc độ dòng chảy, dòng chảy hỗn loạn, dòng chảy không theo hướng...lên cục bộ toàn dòng chảy, do đó tối đa hóa năng lượng dòng chảy trên một đơn vị thể tích.

（a）

（b）

(a) Đường cong điều chỉnh của van điều tiết dòng chảy hướng dọc trục của công ty khí nhiên liệu Lão Hà Khẩu Trung Quốc sau khi cải tạo

(b)  Đường cong của van điều tiết dòng chảy uốn khúc công ty Gucheng China Resources khi chưa cải tạo

Hình 2 So sánh đường cong điều chỉnh lưu lượng ngày thường
2.2 Phân tích so sánh các tính năng

          Cấu trúc tổng thể của van điều tiết dòng chảy uốn khúc là hình nón và đường dẫn bên trong thường giống như hình chữ Z, khi dòng chảy đi vào thân van, nó sẽ thực hiện một số chuyển đổi dòng, đặc biệt là dòng thứ cấp xung quanh miệng tiết lưu chuyển đổi khoảng 90° sẽ gây ra tổn thất lớn đối với động lực chất lỏng, do đó điện trở của dòng chảy cao (xem Hình 1 để biết sơ đồ cấu trúc của van điều tiết dòng chảy uốn khúc). Từ nghiên cứu về dòng chảy bên trong, dòng chất lỏng rất phức tạp, giá trị Cv nhỏ, hiệu quả chống tắc nghẽn không tốt, thể tích quá lớn, hành động điều tiết không linh hoạt và tổng thể hình thúc bên ngoài cũng không đẹp. Phân tích từ góc độ chuyển động, do chuyển động lên xống của thân van, lực ma sát trượt lớn, tính năng bịt kín thân van kém và khả năng chống rung cũng không tốt. Từ phân tích kết cấu, do lõi van nằm giữa ổ tựa van và ống lót lõi thân van nên không thể ngăn tác động trực tiếp của phần trung gian tốc độ cao, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ sử dụng.

          Van điều tiết dòng chảy dọc trục đã khắc phục vấn đề điều chỉnh góc của ống van điều tiết dòng chảy uốn khúc, môi trường chảy vào và ra theo chiều ngang, làm cho chuyển động quay của dòng chảy trong ống của khoang thân van mượt mà hơn, trạng thái dòng chảy hình chữ S, không  xuất hiện hiện tượng môi trường chảy kém và sẽ không gây tắc nghẽn. Sự ngăn dòng chảy của cấu trúc dòng chảy dọc trục thấp, lớp vỏ bên trong có thể được đúc nguyên khối và khả năng chống lại xung động của môi trường tốt. Áp lực rung được kháng lại theo chiều dọc trên thành bên trong của các bộ phận chính, không tác động trực tiếp lên lõi van và ống bọc lõi van, vì vậy nó phù hợp để điều chỉnh lưu lượng, trạng thái môi trường trong đường ống và điều chỉnh áp suất của mạng lưới đường ống. Thiết kế của cấu tạo dòng chảy dọc trục và việc lựa chọn vật liệu có thể làm cho nó có khả năng chống va đập và không dễ bị kẹt. Thiết kế lõi van ổn định giúp giảm đáng kể áp suất điều tiết, dùng phớt kép mềm và cứng giúp van không bị rò rỉ, có thể được sử dụng làm van chặn.

          Kết hợp với việc hoàn thành cải tạo kỹ thuật van điều tiết lưu lượng, trạm tiếp nhận Tiên Nhân Đô đã ghi lại và phân tích các điều kiện hiện trường và tình trạng hoạt động vận chuyển khí hàng ngày. Khi so sánh, người ta thấy rằng có sự khác biệt nhất định giữa van điều tiết lưu lượng dòng chảy dọc trục và dòng chảy uốn khúc trong truyền dẫn khí chủ yếu được biểu hiện ở các khía cạnh sau:

(1) Phân tích độ chính xác của điều tiết.

          Khi độ mở của van điều chỉnh dòng chảy dọc trục của nhánh phân phối khí nhiên liệu Lão Hà Khẩu là 2%, van điều tiết có âm thanh của luồng không khí đi qua, ở đó đã bắt đầu thông gió; việc mở van điều tiết dòng chảy uốn khúc của nhánh phân phối tài nguyên Cốc Thành (Gucheng China Resources) đạt 45%, van điều tiết có âm thanh của luồng không khí đi qua. Trong điều chỉnh lưu lượng hàng ngày, van điều tiết dòng chảy dọc trục điều chỉnh luồng không khí chính xác hơn, tránh ảnh hưởng của dòng chảy quá mức tức thời lên thiết bị phân phối, do đó độ nhạy của van điều tiết lưu lượng dòng chảy dọc trục rõ ràng là tốt hơn so với điều tiết lưu lượng dòng chảy uốn khúc trong van điều tiết lưu lượng hàng ngày.

(2) Phân tích mô-men xoắn vận hành thiết bị.

          Van điều tiết dòng chảy dọc trục có cấu trúc lõi van cân bằng hoàn toàn.Van điều tiết dòng chảy dọc trục và van điều tiết dòng chảy uốn khúc được vận hành riêng tại chỗ.Khi có cùng chênh lệch áp suất giữa mặt trước và mặt sau của van điều khiển, mômen mở của van điều tiết dòng chảy dọc trục cao hơn đáng kể so với van điều tiết, van điều tiết dòng chảy uốn khúc nhỏ, đóng mở dễ dàng hơn, giúp giảm đáng kể yêu cầu thiết bị của bộ truyền động điện.

(3) Phân tích tính ổn định trong khi hoạt động

          Từ sơ đồ của van điều tiết dòng chảy dọc trục trong hình 3, có thể thấy rằng cửa sổ của ống bọc lõi van điều tiết dòng chảy dọc trục bao gồm nhiều lỗ nhỏ được xử lý theo quy tắc  tỉ lệ đường cong bằng nhau, nó không chỉ tối ưu hóa các đặc tính tốc độ dòng chảy của van điều tiết (khi tốc độ dòng chảy nhỏ, do mở của van thay đổi dẫn đến tốc độ dòng chảy nhỏ; khi tốc độ dòng chảy lớn, tốc độ dòng chảy do thay đổi độ mở của van trở nên lớn hơn), và một số lượng lớn các lỗ nhỏ tăng khả năng làm trở lực dòng chảy đồng đều, giảm tiếng ồn. Theo so sánh tại hiện trường, khi tốc độ dòng truyền khí của hai đường phân phối Lão Hà Khẩu và Cốc Thành là 15000Nm3/h, máy dò được sử dụng để theo dõi tiếng ồn của hai van điều tiết dòng chảy tại các điểm cố định. Kết quả đo tại van điều tiết dọc trục là 69,2dB(A), còn tại van điều tiết dòng chảy uốn khúc là 74,3dB(A). Độ rung của van điều tiết dòng chảy uốn khúc ở nhánh Cốc Thành cao hơn đáng kể so với van điều tiết dòng chảy dọc trục ở nhánh Lão Hà Khẩu, có thể thấy van điều tiết lưu lượng dòng chảy dọc trục cũng có những ưu điểm nhất định về độ trơn tru của hoạt động truyền dẫn khí .

(4) Phân tích tình trạng hoạt động.

          Từ hình 3 có thể thấy vòng đệm trên của van điều tiết dòng chảy uốn khúc yêu cầu vòng đệm kín phải tiếp xúc chặt chẽ với thân van và hộp nhồi sau khi được nén để làm kín. Mặc dù rất nhiều cải tiến đã được thực hiện trong việc lựa chọn thân van, hộp nhồi và vật liệu, nhưng kết cấu phun dầu nhớt làm kín đã được thêm vào để cải thiện khả năng bịt kín và giảm ma sát, nhưng nguyên lý làm việc của van điều tiết dòng chảy uốn khúc đã định rằng thân van cần phải thường xuyên chuyển động lên xuống trong phạm vi hoạt động, không dễ tránh được hiện tượng rò rỉ sau khi bị mòn. Cặp giá đỡ xoắn ốc của van điều tiết dòng chảy dọc trục với tư cách là bộ phận truyền động nằm trong cặp thanh răng bánh răng được bao kín hoàn toàn, về cơ bản được tách ra khỏi môi trường dòng chảy của van điều tiết và nơi duy nhất có thể tiếp xúc với môi trường là thân van và thanh răng, vòng đệm (hình 3). Van điều chỉnh lưu lượng dọc trục sử dụng vòng đệm đặc biệt chất lượng cao, giúp giảm đáng kể khả năng rò rỉ do môi trường đi vào thanh răng. Theo phân tích về quá trình vận hành 9 năm của các van điều tiết dòng chảy uốn khúc trong trạm, có tổng cộng 4 van điều tiết dòng chảy uốn khúc trong trạm, các sự cố đã xảy ra tổng cộng hơn 30 lần, trong đó biểu hiện mòn ở thân van nghiêm trọng dẫn đến rò rỉ khí tự nhiên bên ngoài thân van, thân van bị gãy do mô-men xoắn mở lớn, vòng đệm ở thân van bị hỏng và đệm không kín, còn van điều tiết dòng chảy dọc trục cho đến nay chưa có bất kỳ xự cố hỏng hóc nào.

2.3 Bảo dưỡng và sản xuất

Phần cắt của van điều tiết dòng chảy dọc trục được nạp từ đầu ra, không có nắp trên. Cần phải tháo toàn bộ van ra khỏi đường ống để bảo trì, đặc biệt là đối với các van điều tiết đường kính lớn, điều này rất phiền phức. Phần bên trong của van điều tiết dòng chảy uốn khúc được lắp đặt bằng nắp van trên, khi thay không cần thay thân van, có thể lấy phần bên trong ra để thay thế bằng cách mở nắp trên, bảo dưỡng không cần tháo van ra khỏi đường ống. Do đó van điều tiết dòng chảy uốn khúc dễ bảo trì hơn van điều tiết dòng chảy dọc trục.

             Cấu trúc của van điều tiết dòng chảy dọc trục phức tạp, sản xuất khó khăn và giá thành cao. Cấu trúc của van điều tiết dòng chảy uốn khúc đơn giản hơn một chút, độ khó xử lý thấp và chi phí thấp hơn một chút.

3 Ý nghĩa của việc chuyển đổi kỹ thuật van điều chỉnh lưu lượng

          Sau khi trạm tiếp nhận Tiên Nhân Đô hoàn thành việc chuyển đổi van điều tiết dòng chảy uốn khúc thành van điều tiết dòng chảy dọc trục, việc sử dụng hai loại van điều tiết dòng chảy trong trạm đã được so sánh và phân tích trong một năm qua, sau khi cải tạo đã có những hiệu quả bước đầu như sau:

          (1) Hoạt động một nhánh hiện tại của trạm có thể đáp ứng mức tiêu thụ khí hàng ngày của hạ lưu, nhưng áp suất vận hành  chung của trạm quá thấp trong cao điểm mùa đông của nơi tiêu thụ, không thể đáp ứng hoạt động trong điều kiện làm việc hợp lý điều kiện của đồng hồ đo lưu lượng.Thỉnh thoảng, cần có nhánh kép trong thời kỳ cao điểm, đường cung cấp khí đồng thời.So với đường nhánh kép chạy cả ngày trước khi chuyển đổi, thời gian giảm đi rất nhiều và rủi ro an toàn giảm xuống còn một mức độ nhất định.

          (2) Giảm đáng kể tiếng ồn khi truyền khí tại trạm và cải tiến cấu trúc của van điều tiết lưu lượng dòng chảy dọc trục không chỉ cải thiện đáng kể hiệu suất của chính van điều khiển mà còn giảm đáng kể tác động của các thiết bị khác trong toàn bộ đường ống vận chuyển, nâng cao tuổi thọ của đường ống.

          (3) Khả năng kiểm soát chính xác của van điều tiết lưu lượng dòng chảy dọc trục cũng được cải thiện rất nhiều, có thể kiểm soát hiệu quả lượng khí dư thừa tức thời, từ đó đạt được khả năng kiểm soát hiệu quả dòng chảy hỗn loạn. Cho dù đó là điều khiển từ xa, điều khiển tại trạm hay quản lý tại chỗ, đều có thể được điều tiết lưu lượng hợp lý và thao tác đơn giản, nhanh chóng và đáng tin cậy.

Sưu tầm và biên soạn: https://honto.vn/