止回閥（CheckValve）是一種依靠流體介質(zhì)自重或外部動(dòng)力開啟、關(guān)閉啟閉件（閥瓣）的自動(dòng)閥門，也稱單向閥，廣泛應(yīng)用于石油化工管道系統(tǒng)中，可阻止介質(zhì)逆流，防止泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，控制容器內(nèi)介質(zhì)泄放等。正確合理選型和配管安裝直接關(guān)系著設(shè)備及管道系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。本文依托油田地面工程項(xiàng)目實(shí)際，詳細(xì)介紹了常用止回閥選型原則、安裝要求，并結(jié)合部分配管安裝的實(shí)例，為廣大工程設(shè)計(jì)人員提供一定參考。
1 常用止回閥的選擇
在油田地面工程中，常用的止回閥包括升降式、旋啟式、蝶式、隔膜式等類型，不同類型的止回閥閥瓣結(jié)構(gòu)和啟閉方式不同，因此適用工況也不同。通常，工程設(shè)計(jì)初期，工藝專業(yè)設(shè)計(jì)人員根據(jù)特定工況下止回閥對最小沖擊壓力或無撞擊關(guān)閉時(shí)所需要的關(guān)閉速度及其速度特性進(jìn)行定性評(píng)估來選擇止回閥的類型。這種方法雖不十分精確，但一般適用于大多數(shù)場合。
在此基礎(chǔ)上，止回閥的選擇主要遵循以下原則。
（1）止回閥的公稱壓力必須與實(shí)際工程中所需生產(chǎn)壓力相匹配；
（2）止回閥不易被所屬管道系統(tǒng)的流體介質(zhì)所腐蝕；
（3）止回閥啟閉件全開時(shí)的摩阻損失等必須滿足工藝設(shè)計(jì)的要求，正常生產(chǎn)時(shí)保證啟閉件處于全開狀態(tài)；
（4）止回閥可能產(chǎn)生的水錘沖擊力不可超過設(shè)備或管道系統(tǒng)的閾強(qiáng)度；
（5）止回閥組件的抗撓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度應(yīng)滿足生產(chǎn)運(yùn)行要求；
（6）在滿足設(shè)計(jì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，選擇的止回閥應(yīng)力求經(jīng)濟(jì)、體積小、重量輕，宜于運(yùn)輸和維檢；
（7）不同結(jié)構(gòu)止回閥的適用管道尺寸和壓力工況不同，對止回閥的選擇有一定的借鑒意義，如表1所示。
表1 不同公稱直徑及壓力工況下特定止回閥的選型參考
在以上閥門選型要求的基礎(chǔ)上，前人已總結(jié)出一些針對特殊工況適用性極強(qiáng)的新型止回閥。設(shè)計(jì)人員可結(jié)合工程實(shí)際，選型時(shí)充分考慮新型閥門優(yōu)勢。如目前在海外油氣田地面工程項(xiàng)目中應(yīng)用較多的高效無聲止回閥，閥瓣質(zhì)量輕、動(dòng)作靈敏、開啟行程極短（最快開啟時(shí)間僅0.15s）、結(jié)構(gòu)長度短，尤其適用于長輸管線，可安裝在管道任何位置，關(guān)閉時(shí)無沖擊、無噪聲。
此外，某些特定工況下閥門關(guān)閉時(shí)要求水錘沖擊力較小或無水錘沖擊，建議選用緩閉旋啟式止回閥和緩閉蝶式止回閥。但為節(jié)省投資，在水泵揚(yáng)程高、壓力管段短，且設(shè)置了氣壓式調(diào)壓室的供輸水管路中，無需使用緩閉式止回閥，普通止回閥即可保證工程的安全性。相反，在水泵揚(yáng)程高、壓力管段長且未設(shè)置氣壓式調(diào)解室的場合，目前多采用液控緩閉式止回閥。在水泵揚(yáng)程低的長輸管線中，介質(zhì)倒流速度慢，不宜采用緩閉式止回閥，應(yīng)選擇電動(dòng)型止回閥起到慢關(guān)效果。
作為配管專業(yè)設(shè)計(jì)人員，在工藝專業(yè)優(yōu)選閥門類型的基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝管道及儀表流程圖（P&ID）合理安裝止回閥。安裝特定類型的止回閥時(shí)，需充分考慮其尺寸參數(shù)和安裝條件。在海外油田地面工程項(xiàng)目中，止回閥參數(shù)主要參考API、ASME、BS等國際通用規(guī)范，如API6D、API594、API602、ASMEB16.34、BS1868、BS1873、ISO15761、MSSSP-42、MSSSP-80等；在國內(nèi)油田地面工程項(xiàng)目中主要依照GB/T12233、GB/T12235、GB/T12236、GB/T13932、JB/T8937等標(biāo)準(zhǔn)。
2 常用止回閥的安裝
止回閥應(yīng)安裝在操作人員易接近、便于維修的地方，止回閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了其獨(dú)特的安裝特點(diǎn)。
（1）必須嚴(yán)格按照閥門箭頭標(biāo)示方向安裝，不可反向；
（2）直通式升降止回閥常安裝于水平管道，而立式升降止回閥可安裝在介質(zhì)自下而上流動(dòng)的垂直管道上；
（3）升降式底閥主要安裝在不能自吸或無真空泵抽氣引水的水泵吸水管尾端立管。底閥需沒入水中，防止進(jìn)入吸水管中的水或啟動(dòng)前預(yù)先灌入水泵和吸水管中的水倒流，保證水泵正常開啟。內(nèi)含過濾網(wǎng)，可阻止雜質(zhì)進(jìn)入吸水管，避免水泵及有關(guān)設(shè)備受到損壞；
（4）旋啟式止回閥宜于安裝在水平管道；安裝于垂直管道時(shí)，介質(zhì)必須為自下而上，同時(shí)也可安裝于傾斜管道；
（5）對夾式止回閥安裝位置較為靈活，體積小，便于管道布置，常安裝于100mm≤DN≤400mm的管道系統(tǒng)，用來代替升降式和旋啟式止回閥；
（6）蝶式止回閥結(jié)構(gòu)簡單，只能安裝在水平管道上；為降低泵出口切斷閥的安裝高度，可考慮優(yōu)先使用此種類型；
（7）緩閉止回閥多水平安裝，若置于井內(nèi)，應(yīng)留有檢修空間；不應(yīng)置于0℃以下的環(huán)境；
（8）隔膜式止回閥一般安裝在兩片法蘭之間，或者加緊在管接頭之間；對工況要求較為嚴(yán)苛，如褶皺環(huán)狀橡膠隔膜止回閥較適用于介質(zhì)流變化范圍很大的場合，但工況僅限于1MPa、70℃以內(nèi)；
（9）止回閥應(yīng)安裝在遠(yuǎn)離脈動(dòng)源的地方，盡量保證前后管道不出現(xiàn)大的擾動(dòng)。部分止回閥前后有直管段長度的要求，配管時(shí)可選擇合適支吊架來提高管道穩(wěn)定性，保證止回閥的正常工作，延長其使用壽命。
3 止回閥安裝實(shí)例分析
例一：為節(jié)省安裝空間，設(shè)計(jì)人員有時(shí)將相鄰閥門直接相連，取消直管段。這樣緊湊布置雖能降低成本和安裝工作量，但如筆者上文所述，在海外油田地面工程中，閥門的選擇和采購應(yīng)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)采用國外標(biāo)準(zhǔn)系列如ASMEB16.10旋啟式止回閥時(shí)，其結(jié)構(gòu)型式和長度相對我國國標(biāo)較小，DN＞80的法蘭端旋啟式止回閥直接相連時(shí)螺栓的插入距離不夠，中間必須加一段直管段。
例二：圖1為某容器連續(xù)使用的蒸汽管道管口配管方式。圖1（a）錯(cuò)誤，止回閥不應(yīng)與容器管口直接相接，閥門損壞時(shí)容器與外界相通，介質(zhì)泄漏，無法檢修。因此，應(yīng)在止回閥前設(shè)置截?cái)嚅y，同時(shí)建議閥后設(shè)置排污閥。圖1（b）為正確的設(shè)計(jì)方案。
圖1 容器蒸汽管道管口配管布置
圖2 輸油泵出口管線的ISO配管布置
例三：圖2為某海外油田CPF區(qū)輸油泵出口管線的配管方案，利用SmartPlant3D軟件繪制的ISO視角模型。圖2（a）止回閥安裝在閘閥之后，運(yùn)轉(zhuǎn)中若單向閥損壞，介質(zhì)倒流泄漏，無法檢修，因此應(yīng)將閘閥置于止回閥后；圖2（b）兩閥間無短管，安裝困難，且無法安裝排液閥。正確安裝方式如圖2（c），泵出口順序安裝止回閥、閘閥，中間預(yù)留直管段安裝去排污管線和排液閥，同時(shí)直管段的存在便于在兩閥間用SLIDESTOOL型管托進(jìn)行支撐。
例四：圖3為凝結(jié)水回收系統(tǒng)的部分管線。圖3（a）錯(cuò)誤，通常疏水閥設(shè)置旁路閥，極易造成背壓升高。當(dāng)安裝無止回作用的疏水閥時(shí)，若冷凝水主管高于疏水閥，止回閥應(yīng)靠近主管安裝。綜上，圖3（b）設(shè)計(jì)更為合理。
圖3 凝結(jié)水回收系統(tǒng)部分管線設(shè)計(jì)
例五：油田地面工程中，要根據(jù)止回閥的功能特性，結(jié)合總圖裝置布置位置和管線路由合理設(shè)置止回閥。圖4~圖6為非洲某油田卸油臺(tái)系統(tǒng)A與污油回收系統(tǒng)B出口管線匯入油田CPF區(qū)油氣分離核心系統(tǒng)C的工藝與配管設(shè)計(jì)。圖4~圖6中a為工藝流程PID圖，b、c為配管布置俯視簡圖。
圖4 工藝流程PID和配管設(shè)計(jì)方案一
方案一：圖4（b）配管設(shè)計(jì)符合圖4（a）PID流程要求，A、B兩系統(tǒng)出口管線的流量計(jì)、溫度計(jì)、壓力表、止回閥等靠近裝置布置，管線沿管廊帶與其它系統(tǒng)的3條分支匯入C系統(tǒng)總匯管。卸油臺(tái)和污油回收系統(tǒng)間歇操作，常關(guān)（NC）狀態(tài)的止回閥并不能長期有效地阻止C系統(tǒng)介質(zhì)回流至A、B系統(tǒng)。方案一的錯(cuò)誤在于將止回閥做截?cái)嚅y用，因此應(yīng)另設(shè)球閥組成雙閥組，操作工況下阻止介質(zhì)回流，非操作工況下隔斷C系統(tǒng)，如圖5方案二所示。
方案二：圖5（b）滿足無故障狀態(tài)下工藝設(shè)計(jì)的要求，但A、B系統(tǒng)距C系統(tǒng)較遠(yuǎn)，分支管路泄漏會(huì)使總匯管介質(zhì)倒流并泄漏，迫使持續(xù)運(yùn)行的油氣分離主系統(tǒng)C停工，進(jìn)而影響整個(gè)油田地面工程的油氣處理工藝，因此優(yōu)化設(shè)計(jì)雙閥組靠近主匯管布置，如圖5（c）所示，最大程度降低分支管路對C系統(tǒng)的影響。同時(shí)，雙閥組靠近管廊邊緣，可就近設(shè)置斜梯或移動(dòng)爬梯，便于止回閥、球閥的安裝、操作和日常檢修。
圖5 工藝流程PID和配管設(shè)計(jì)方案二
方案二圖5（c）配管設(shè)計(jì)滿足了不同工況的工藝要求，但仍有可優(yōu)化空間。A、B系統(tǒng)出口管路管徑、材質(zhì)及管線等級(jí)完全一致，可在出口分別設(shè)置止回閥將兩獨(dú)立系統(tǒng)相互隔離，在匯入主管前同樣設(shè)置止回閥雙閥組，隔斷主流程和A、B系統(tǒng)。方案三圖6極大地減少了管材用量，節(jié)約了投資成本，根據(jù)工程實(shí)際需求，優(yōu)化止回閥安裝位置，與截?cái)嗲蜷y配合使用，進(jìn)一步降低了三個(gè)系統(tǒng)的相互影響程度，保障了CPF油氣分離核心工藝的安全平穩(wěn)運(yùn)行。
圖6 工藝流程PID和配管設(shè)計(jì)方案三
4 結(jié)論
止回閥是油田地面工程管道系統(tǒng)中最常用的閥門類型之一，選型和配管安裝要綜合考慮閥門特性、生產(chǎn)工況、工程需求、設(shè)備總圖布置及管線路由走向等，需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中工藝專業(yè)與配管專業(yè)等協(xié)同合作，以保證管道系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)的合理性與可靠性，從而保障油田地面工程安全投產(chǎn)與平穩(wěn)運(yùn)行。