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摘要：自力式調压器是一种依靠被调介质自身的压力变化进行自动调节的节能型仪表，在流量发生变化时保持压力的恒定。本文介绍了自力式调压器的工作原理及其结构特点，重点阐述了指挥器作用式自力式调压器在控制精度、流量系数等方面的优良特性，并对自力式调压器和控制阀的各项性能进行了比较。
关键词：自力式调压器 原理 海洋平台
自力式调压器是一种无需外加驱动能源，依靠被调介质自身的压力变化进行自动调节的节能型仪表，能在流量发生变化时保持压力的恒定。它集测量、执行及控制的综合功能于一身，自成一个独立的仪表控制系统，具有结构简单、价格便宜和动作可靠等特点，适用于调节精度要求不高或者仪表气源供给困难的场合。
一、自力式调压器的分类及工作原理
1．自力式调压器的分类
（1）按用途可分为减压阀（控制阀后压力）、背压/泄压阀（控制阀前压力）、压差控制阀（控制两个压力差）、真空阀和破真空阀（控制负压）、氮封阀和蒸气回收阀（控制储罐压力）等。
（2）按工作方式可分为直接作用式和指挥器作用式两种。
2.工作原理
由于直接作用式应用比较广泛，原理也较为简单，下面主要介绍指挥器作用式：
1、指挥器供气压力管； 2、过滤器3、可调限流器
4、指挥器静态控制管或排放管
指挥器作用式的工作原理如图1所示，阀出口压力P2高于设定值时，指挥器的阀头或阀盘保持关闭位置。进口压力P1只通过可调限流器，排放到负载压力P3，它使主阀的大膜压紧阀笼，调压器呈关闭状态。当出口压力P2降低，低于指挥器控制弹簧的设定值时，指挥器的阀门打开，负载压力P3通过指挥器排向下游的速度比供气压力P1通过限流器补进的速度快，这样主阀大膜顶部的负载压力P3减小，大膜上下压力不平衡，于是从底部被推起，增大向下游供气量。当出口压力P2上升到接近设计压力设定值时，它作用在指挥器膜片上克服指挥器控制弹簧的压力，带动指挥器阀头或阀盘把阀门关闭，于是负载压力重又升高，压住主阀的大膜，将调压器关闭。同理，当阀后压力P2低于设定值时，作用方向与上述相反。
二、直接作用式和指挥器作用式的比较
直接作用式比指挥器作用式结构简单，价格低，维护简便，并且反映速度快；在小流量控制中，直接作用式比指挥器作用式更稳定；对于可用可用介质的粘稠度，直接作用式大于指挥器作用式；指挥器作用式比直接作用式控制精度更高，流量更大；在实际安装中直接作用式多为内取压，而指挥器作用式多为外取压[3]。
直接作用式适用于稳压精度10%～20%的系统中。直接作用式最大的优点是设计、结构以及操作简单，但是由于弹簧负载在控制阀运行中引起压降，导致出口压力的非线性，为此，在压降较小而要获得大流量时，必须使用指挥器式自力式调压器。指挥器式适用于出口压力变化范围小于设定压力的10%的系统。图2为直接作用式、指挥器作用式的流量特性曲线与理想情况下的比较。从图中可以看出，与直接作用式相比，指挥器作用式要更接近理想曲线，流量特性更加优良。
三、内外取压方式不同的比较
自力式调压器的取压方式分为内取压和外取压两种。内取压多用于小流量，小尺寸阀体，用来控制阀前或阀后不远处压力；外取压多用于大流量，大尺寸阀体，可控制阀前后较远距离的压力；外取压口一般建议安装在阀后5～10倍主管段尺寸距离以上的流体压力稳定区间。外接取压管每超过6米长度，就要增大一级管道尺寸，每多一个弯头就相当于多接了1米的管子。同时注意不要共用取压口。如图3所示，在相同的工况条件下内取压对流量特性有一定的增益效应。
四、自力式调压器与控制阀的性能比较
自力式调压器作为一种管路控制元件，与控制阀相比有如下特点：
1.自力式调压器不需要电或气等外接动力，依靠管道内被控介质的自身压力进行控制，结构简单，安装方便、投资小运行成本低，特别适合在钢管密布或恶劣环境中应用。而调节阀一般都需要用外接电或者压缩空气作动力，系统结构相对复杂，给安装和使用日常维护带来很大的不便，而且投入大、可靠性差。
2.自力式调压器直接把压力变化信号送到阀上，就能进行控制整个控制过程在一个阀体内全部完成，结构简单，性能可靠。而调节阀往往需要通过多级或者多种形式的能量转换（如力-电转换器，空气压缩机等）才能达到控制目的。自力式调压器与控制阀的具体性能比较如表1所示。
五、自力式调压器的在海洋平台上实际应用
在SZ36-1一期调整项目中，在消防水总环上就选用了一个自力式调压器用来控制整个消防环路上的压力，具体PID如图4所示。
该自力式调压器位于柴油消防泵出口的下游消防环路上，工艺要求是一旦消防环路上的压力超过某个设定值，自力式调压器打开将过压的海水自动排海。阀门的工作目的是为稳定阀前压力，因此为背压/泄压阀。工艺提供的参数如下所示：设计压力/最大入口压为1685kPa-g，出口和入口之间的压差为1685kPa～950kPa，最大关断压力为1685kPa，设定压力为1400kPa，流量为0～650m3/h，操作温度为-1.83℃～60℃。14“的海水管线通过两个的大小头缩径为6”，介质为海水。由于液体介质为具有腐蚀性的海水，因此阀内件选用Monel，阀体采用Ni-Al-Bronze。阀体尺寸一般要求等于或小于管道尺寸，但比例一般不小于1：2，此次选择与管道尺寸相同的6。一般自力式调压器的橡胶件密封等级为6级，尼龙和PTFE为5级，金属密闭为4级，本项目采用金属4级密封。
根据上面的选型，并与厂家样本相比较，最终我们选择了FISHER公司63EG型的先导式的自力式调压器。通过现场的实际使用证明：能够将阀前消防水环路上的压力控制在规定的范围内，具有良好的稳压特性，很好的满足了系统的工艺要求，深得用户的好评。自力式调节阀无须外加驱动能源、结构简单、工程造价低、使用维护方便，在石油石化行业得到了广泛的应用，尤其是在海上的无人值守平台，有着更加广阔的前景。
参考文献：
[1] 叶昭驹.化工自动化基础[M].北京:化学工业出版社.1984:245～255.
[2] 杜晓峰,赵岩.仪表设计中执行器的选用[J].化工自动化及仪表.2002(5):86～89.
[3] 陆德民.石油化工自动控制设计手册(第三版)[M].北京:化学工业出版社.1999:208～244.
[4] 严一,王松田.自力式压力调节阀的特点及应用[J]．石油化工自动化.2004(4):89～92.
[5] 陆培文.实用阀门设计手册[M].北京:机械工业出版社.2002:118～129.
[6] 周剑.自力式调节阀的选择[J].石油化工自动化.2006(3):89～92.
[7] 王敏.浅议调节阀的选择与安装[J].电气传动自动化.2009.31(1):58～59.
关键词：自力式调压器 原理 海洋平台
自力式调压器是一种无需外加驱动能源，依靠被调介质自身的压力变化进行自动调节的节能型仪表，能在流量发生变化时保持压力的恒定。它集测量、执行及控制的综合功能于一身，自成一个独立的仪表控制系统，具有结构简单、价格便宜和动作可靠等特点，适用于调节精度要求不高或者仪表气源供给困难的场合。
一、自力式调压器的分类及工作原理
1．自力式调压器的分类
（1）按用途可分为减压阀（控制阀后压力）、背压/泄压阀（控制阀前压力）、压差控制阀（控制两个压力差）、真空阀和破真空阀（控制负压）、氮封阀和蒸气回收阀（控制储罐压力）等。
（2）按工作方式可分为直接作用式和指挥器作用式两种。
2.工作原理
由于直接作用式应用比较广泛，原理也较为简单，下面主要介绍指挥器作用式：
1、指挥器供气压力管； 2、过滤器3、可调限流器
4、指挥器静态控制管或排放管
指挥器作用式的工作原理如图1所示，阀出口压力P2高于设定值时，指挥器的阀头或阀盘保持关闭位置。进口压力P1只通过可调限流器，排放到负载压力P3，它使主阀的大膜压紧阀笼，调压器呈关闭状态。当出口压力P2降低，低于指挥器控制弹簧的设定值时，指挥器的阀门打开，负载压力P3通过指挥器排向下游的速度比供气压力P1通过限流器补进的速度快，这样主阀大膜顶部的负载压力P3减小，大膜上下压力不平衡，于是从底部被推起，增大向下游供气量。当出口压力P2上升到接近设计压力设定值时，它作用在指挥器膜片上克服指挥器控制弹簧的压力，带动指挥器阀头或阀盘把阀门关闭，于是负载压力重又升高，压住主阀的大膜，将调压器关闭。同理，当阀后压力P2低于设定值时，作用方向与上述相反。
二、直接作用式和指挥器作用式的比较
直接作用式比指挥器作用式结构简单，价格低，维护简便，并且反映速度快；在小流量控制中，直接作用式比指挥器作用式更稳定；对于可用可用介质的粘稠度，直接作用式大于指挥器作用式；指挥器作用式比直接作用式控制精度更高，流量更大；在实际安装中直接作用式多为内取压，而指挥器作用式多为外取压[3]。
直接作用式适用于稳压精度10%～20%的系统中。直接作用式最大的优点是设计、结构以及操作简单，但是由于弹簧负载在控制阀运行中引起压降，导致出口压力的非线性，为此，在压降较小而要获得大流量时，必须使用指挥器式自力式调压器。指挥器式适用于出口压力变化范围小于设定压力的10%的系统。图2为直接作用式、指挥器作用式的流量特性曲线与理想情况下的比较。从图中可以看出，与直接作用式相比，指挥器作用式要更接近理想曲线，流量特性更加优良。
三、内外取压方式不同的比较
自力式调压器的取压方式分为内取压和外取压两种。内取压多用于小流量，小尺寸阀体，用来控制阀前或阀后不远处压力；外取压多用于大流量，大尺寸阀体，可控制阀前后较远距离的压力；外取压口一般建议安装在阀后5～10倍主管段尺寸距离以上的流体压力稳定区间。外接取压管每超过6米长度，就要增大一级管道尺寸，每多一个弯头就相当于多接了1米的管子。同时注意不要共用取压口。如图3所示，在相同的工况条件下内取压对流量特性有一定的增益效应。
四、自力式调压器与控制阀的性能比较
自力式调压器作为一种管路控制元件，与控制阀相比有如下特点：
1.自力式调压器不需要电或气等外接动力，依靠管道内被控介质的自身压力进行控制，结构简单，安装方便、投资小运行成本低，特别适合在钢管密布或恶劣环境中应用。而调节阀一般都需要用外接电或者压缩空气作动力，系统结构相对复杂，给安装和使用日常维护带来很大的不便，而且投入大、可靠性差。
2.自力式调压器直接把压力变化信号送到阀上，就能进行控制整个控制过程在一个阀体内全部完成，结构简单，性能可靠。而调节阀往往需要通过多级或者多种形式的能量转换（如力-电转换器，空气压缩机等）才能达到控制目的。自力式调压器与控制阀的具体性能比较如表1所示。
五、自力式调压器的在海洋平台上实际应用
在SZ36-1一期调整项目中，在消防水总环上就选用了一个自力式调压器用来控制整个消防环路上的压力，具体PID如图4所示。
该自力式调压器位于柴油消防泵出口的下游消防环路上，工艺要求是一旦消防环路上的压力超过某个设定值，自力式调压器打开将过压的海水自动排海。阀门的工作目的是为稳定阀前压力，因此为背压/泄压阀。工艺提供的参数如下所示：设计压力/最大入口压为1685kPa-g，出口和入口之间的压差为1685kPa～950kPa，最大关断压力为1685kPa，设定压力为1400kPa，流量为0～650m3/h，操作温度为-1.83℃～60℃。14“的海水管线通过两个的大小头缩径为6”，介质为海水。由于液体介质为具有腐蚀性的海水，因此阀内件选用Monel，阀体采用Ni-Al-Bronze。阀体尺寸一般要求等于或小于管道尺寸，但比例一般不小于1：2，此次选择与管道尺寸相同的6。一般自力式调压器的橡胶件密封等级为6级，尼龙和PTFE为5级，金属密闭为4级，本项目采用金属4级密封。
根据上面的选型，并与厂家样本相比较，最终我们选择了FISHER公司63EG型的先导式的自力式调压器。通过现场的实际使用证明：能够将阀前消防水环路上的压力控制在规定的范围内，具有良好的稳压特性，很好的满足了系统的工艺要求，深得用户的好评。自力式调节阀无须外加驱动能源、结构简单、工程造价低、使用维护方便，在石油石化行业得到了广泛的应用，尤其是在海上的无人值守平台，有着更加广阔的前景。
参考文献：
[1] 叶昭驹.化工自动化基础[M].北京:化学工业出版社.1984:245～255.
[2] 杜晓峰,赵岩.仪表设计中执行器的选用[J].化工自动化及仪表.2002(5):86～89.
[3] 陆德民.石油化工自动控制设计手册(第三版)[M].北京:化学工业出版社.1999:208～244.
[4] 严一,王松田.自力式压力调节阀的特点及应用[J]．石油化工自动化.2004(4):89～92.
[5] 陆培文.实用阀门设计手册[M].北京:机械工业出版社.2002:118～129.
[6] 周剑.自力式调节阀的选择[J].石油化工自动化.2006(3):89～92.
[7] 王敏.浅议调节阀的选择与安装[J].电气传动自动化.2009.31(1):58～59.