直接密封隔膜阀为需要更宽Cv范围，更高精度和多相流体控制的应用提供了优势。

    摘自flowcontrolnetwork

    作者：Christopher Duffield，Diane Jacober，Gordon翻译整理。

     图1.在北达科他州巴肯盆地的油井底部，采用多流量控制系统注入淡水的注水橇，下排组件为不锈钢直接密封隔膜阀。

现代流体控制应用涉及越来越高的要求，包括极低或极高的压差（DP），宽的流量系数范围，多相流或超临界状态。为了满足这些需求，工程师必须经常重新考虑设计，他们对流量控制阀的选择是成功的关键。流行的选择包括上升杆截止阀，旋转球阀和滑门。这些阀类型中的每一种都提供了针对极端压力，极端温度和耐化学性的变型。它们还具有各种流量范围。

      新型流量控制阀

     一种新型的流量控制阀因其有效性而广为人知，特别是在计量和注射应用中。具有圆顶加载的致动的直接密封隔膜阀，已经被用来控制背压超过10年，现在正适合用作流量控制阀。它们特别适合要求宽流量范围，高精度，两相流和其他特定要求的过程。这些阀通常是解决传统方法无法解决的问题的理想选择。

      油井注入应用

      Intermountain Electronics（IE）是总部位于犹他州的上游和中游石油行业的定制工程解决方案提供商，被一家大型能源公司聘用，以设计多井自动注水系统。需要使用定量给料系统在北达科他州巴肯盆地的油井底部注水，以防止所产生的盐在井口内结晶。由于将原油带到地面，井中会发生盐的堆积，从而导致地面设备的维护问题和油田的停机时间。

      在这种情况下，仔细加水非常重要，因为这需要平衡的平衡，即要有足够的水来防止结晶，但不能过多。任何超出最低要求的水都会增加需要通过盐水处理井进行处理，运输或重新注入地下的水量；所有这些都会影响石油生产的经济性。根据环境法规，必须小心处理在这种类型的油井注入过程中使用的水。

     该油井注入系统是一个困难的应用，因为油井压力变化非常大，并且每个井的流量要求差异很大。所需的注水流速在50：1的范围内变化。可用压降在22：1范围内变化。这些计量橇所需的最终阀系数（Cv）范围为230：1，超出了典型的控制阀性能。

     在加液系统设计的第一阶段，使用标准的球形控制阀来控制通过每条注入管线的流量。但是，仅截止阀无法满足控制应用中各种流量所需的230：1 Cv范围。IE工程师将直密封隔膜背压阀与截止阀配合使用，以扩展其流量控制范围，从而使加料系统满足了苛刻的要求。使用这种被动背压阀技术，在现场实施的第一阶段中，成功部署了20个配药橇，覆盖了向127个油井注入的淡水。

     第二阶段：简化设计

      在设计开发的第二阶段，建议将直接密封隔膜阀用作主动流量控制阀，而不是用作被动背压阀。由于这些阀门过去曾用于流量控制，因此工程师对此表示乐观。该解决方案将完全不需要球形控制阀，从而简化了设计并降低了每个滑橇的成本。

     图2.直接密封隔膜阀与电子压力控制器一起在PID回路中与流量变送器一起工作，以控制宽Cv范围内的流量。

     直密封式隔膜阀在隔膜顶部使用多个孔和气动先导压力设定点，可在广泛的流量范围内进行精确控制。电子先导压力控制器与比例积分微分（PID）控制器通信，以将适当的气动设定点传递给隔膜阀。它可以在压力控制回路或流量控制回路中同样出色地工作。

     对第一阶段过程进行了几处修改，以使直接密封隔膜阀能够在流量控制而非背压控制下运行。

     PID控制器仍然监视来自流量变送器的流量，但是这次，它调节了直接密封隔膜阀上的先导压力，以控制流量。在该构造中，通过升高先导压力来减少流量，相反，通过降低先导压力来增加流量。

     PID控制器已切换为直接模式，而不是更常见的反向模式，因为对于这种新型阀门，必须根据流量的增加来增加压力。这是球形流量控制阀的反向响应。

    经过这些微小的调整，第二阶段的系统运行平稳，大量的测试证明它可以提供油田应用所需的Cv范围。IE向其大型能源客户提出了新系统，并赢得了第二阶段的合同。第二阶段的系统设计不仅精简，便宜，而且比第一阶段的设计涵盖了更大的Cv范围。

   考虑先导压力控制

     需要一个高分辨率压力控制器，以在整个供应压力范围内，将先导压力提供给直接密封隔膜阀的圆顶。选择具有高分辨率且死区可以忽略（小于0.01％）的控制器非常重要。在这种情况下，IE工程师选择使用带有两个比例阀的商用电子压力控制器，以最大程度地减少气体用量。

     先导压力控制器需要加压气体供应才能运行。对于喷射橇，IE设计并安装了集成的高压空气放大器系统，用于先导气源。

     图3.为了与危险等级区域隔离，电子先导调节器外部安装在环境可控的室内。

     结论

     传统的流量控制阀在许多设计中都能很好地为工程师服务，但是在需要更宽的Cv范围，更高的精度，多相流体控制或其他复杂元件的应用中，直接密封隔膜阀具有应考虑的优势。

      Diane Jacober，M.Eng。是Equilibar，LLC的技术内容创建者和机械工程师，Equilibar，LLC在北卡罗来纳州阿什维尔附近设计和制造直封隔膜阀。她曾在多个领域的多家公司担任过程工程师，项目工程师和技术营销专家。可以通过dianejacober@equilibar.com与Jacober联系。有关更多信息，请访问equilibar.com。

       Christopher Duffield是位于科罗拉多州丹佛的Intermountain Electronics（IE）设施的测试与集成负责人，并且是过程和自动化领域的现场专家。从最初的概念到目前的实施，Duffield一直密切参与淡水注入橇的工程和制造，并与Equilibar紧密合作，以确保设计的第二阶段获得成功。可以通过chris.duffield@ie-corp.com与他联系。