天然气管道紧急截断阀控制器动态特性研究

发布时间：2020-07-17 00:30

【摘要】：天然气长输管线上,存在油气化学腐蚀、第三方干预以及管道爆裂等多种管道泄漏问题。出现管道泄漏问题,需要快速切断下游油气输送,以免危险事故发生。本文设计多功能天然气紧急截断阀控制器。阐述多功能天然气紧急截断阀控制器工作原理,分析该装置活塞控制阀门、二位四通连接阀门、手动复位阀门等主要组成结构功能。研究紧急截断阀控制器的紧急截断和快速开启工作状态,根据结构受力和工作原理,建立系统物理—数学模型,包含系统紧急截断和快速开启工作模型,系统液压动力学模型、结构力学模型,建立系统微分方程和传递函数。通过AMESIM液压仿真软件,对该装置的活塞控制阀门模型、二位四通连接阀门模型、手动复位阀门模型进行液压动态系统仿真,分析控制器阀芯时域动态响应。利用MATLAB软件进行系统的微分方程解析求解,分析阀芯时域动态响应。对比控制器阀芯的模型仿真和数值求解结果是否一致性,为紧急截断阀控制器可靠性提供了理论支撑。完成了对紧急截断阀控制器的动态性能检测试验,分析该装置动态性能测试结果,表明紧急截断阀控制器能够稳准快地控制紧急截断阀关闭工作,为紧急截断阀控制器可行性奠定了实践基础。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE973
【图文】：

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第二章天然气管道紧急截断阀控制器在输气管道内长距离运输过程中，存在油气化学腐蚀、第三方干预以及管道爆裂等管道泄漏安全问题，及时遏制这些泄漏问题是至关重要的。因此，安装在长输管线上的机械式自主坐封天然气管道紧急截断阀(以下简称“紧急截断阀”)就是自动保护装置，设计紧急截断阀利用长输输气管道自身油气气体压力，及时预防管道下游气体泄漏，控制管道的通断状态，保证油田工作人员人身安全，降低经济损失。2.1 长距离天然气管道长距离天然气管道在运输天然气过程中，从起始端到最终用户手中，需要经过多个环节，长输管线上各个管站连接方式如图 2-1。

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图 2-2 天然气管道紧急截断阀控制器安装位置图急截断阀控制器结构受力分析控制器最小启闭扭矩器是采用机械式自主坐封结构。采用机械式自主改变系统力和运动状态。质量弹簧阻尼结构完成部流体，避免了外接动力源的安全问题。紧急截其他操作不当引发事故问题。过程中，需要根据整个力学结构模型，进行结构截断阀在长输管线的工作状态，液压流体对紧急在控制器控制紧急截断阀的阀芯实现启闭工作状和动态力矩 T2组成：12T =T+T总阀阀杆的静态力矩 T1由阀芯在圆周方向所受的力

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⑹涤眯浴Ｍ?2-2 天然气管道紧急截断阀控制器安装位置图2.2 天然气管道紧急截断阀控制器结构受力分析2.2.1 紧急截断阀控制器最小启闭扭矩紧急截断阀控制器是采用机械式自主坐封结构。采用机械式自主坐封、利用管道内部流体气源压力差，改变系统力和运动状态。质量弹簧阻尼结构完成紧急截断，最大的优点在于借用管道内部流体，避免了外接动力源的安全问题。紧急截断阀能够手动完成二次开启功能，避免其他操作不当引发事故问题。紧急截断阀工作过程中，需要根据整个力学结构模型，进行结构力学分析。紧急截断阀控制器控制紧急截断阀在长输管线的工作状态，液压流体对紧急截断阀的阀芯产生扭转力矩和轴向力。在控制器控制紧急截断阀的阀芯实现启闭工作状态时，所需最小扭转力矩由静态力矩 T1和动态力矩 T2组成：12T =T+T总(2-1)天然气紧急截断阀阀杆的静态力矩 T1由阀芯在圆周方向所受的力 F1决定：211DT =F (2-2)式中：D——天然气紧急截断阀阀杆的直径，m；紧急截断阀阀芯受到的圆周力 F1为：= tan(α + )1 预F F(2-3)

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