燃氣調壓器課件

1、燃氣調壓器 場站內的重要設備 在此我們將討論在此我們將討論 o 概述 o 調壓器分類 o 調壓器基本原理 o 調壓器主要元件 o 調壓器受力分析 o 調壓器技術特性及其影響因素 o 調壓器型式與分類 o 調壓器標準與技術特性指標 o 調壓器流量計算 o 調壓器實例 調壓器的定義調壓器的定義 o 調壓器是一種無論氣體的流量和上游壓力如 何變化，都能保持下游壓力穩(wěn)定的裝置。 o 調壓器應能夠： o 1、將上游壓力減低到一個穩(wěn)定的下游壓 力； o 2、當調壓器發(fā)生故障時應能夠限制下游 壓力在安全范圍內。 為什么需要調壓器為什么需要調壓器 o 理想的燃氣供應系統(tǒng)將氣體從井口輸送到最 終用戶不需要調壓器

2、； o 這樣的理想供應系統(tǒng)得以維持的條件是用 戶需求恒定，礦井的供給能力恒定，同時兩 者之間是一致的； o 這樣的系統(tǒng)實際上不可能存在，為此，相 應的裝置-調壓器-應運而生。 調壓器的功用調壓器的功用 o 調壓器最大的功用是保持燃氣在使用時有穩(wěn) 定的壓力，從而保證燃氣用具得到穩(wěn)定的燃 空比（燃氣與空氣的配合比例）；燃氣供應 系統(tǒng)中使用調壓器將氣體壓力降低并穩(wěn)定在 一個能夠使氣體得到安全、經(jīng)濟和高效利用 的適當水平上。 調壓器基本原理 o調壓器的功用是當入口氣體壓力和流過的氣 體流量發(fā)生變化時，保持出口壓力的穩(wěn)定。 調壓器調壓器 入口壓力 出口壓力 不斷變化的氣體消耗量 調壓器調壓器 出口壓力

3、不斷變化的氣體消耗量不斷變化的管網(wǎng)壓力 調壓器分類調壓器分類 o調壓器的種類較多，可以從適用壓力、用途、作用原理上加以 區(qū)分。 o一、按壓力劃分一、按壓力劃分 o為了明確表示調壓器的壓力性能，根據(jù)調壓器的進口壓力與出 口壓力的級別加以區(qū)分，分為： o 低 低壓； o 中壓A 低壓； o 中壓B 低壓； o 中壓A 中壓B； o 高壓 中壓A； o 高壓 中壓B； o 超高 高壓。 二、按用途劃分二、按用途劃分 o按用途或供應對象加以區(qū)分，分為： o1. 區(qū)域調壓器區(qū)域調壓器 o用于供應某一地區(qū)的居民用戶或企事業(yè)單位用戶的調壓器，稱 為區(qū)域調壓器。在三級制供氣城市中，一般為高中壓、中 低壓調壓器

4、。 o2. 專用調壓器專用調壓器 o調壓器的設置是專供某一單位的特殊需要而設置，如玻璃廠、 冶煉廠等大型工業(yè)用戶，他們一般需要高于區(qū)域供應壓力的氣 源，因此必須為它們設置專用調壓器。 o3. 用戶調壓器用戶調壓器 o用戶調壓器是一種小型調壓器，一般用于一幢樓或一戶居民。 這主要用于高、中壓供氣系統(tǒng)。民用液化石油氣的減壓閥也是 一種用戶調壓器。用戶調壓器一般分為高低，中低壓兩種。 三、按作用原理劃分三、按作用原理劃分 調壓器按不同作用原理分為：直接作用式和間接作用式兩種。 o 直接作用式調壓器只依靠敏感元件（薄膜） 所感受的出口壓力變化來對閥門進行移動和 調節(jié)。敏感元件就是傳動裝置的受力元件，

5、使調節(jié)閥門移動的能源是被調介質。 o 通俗講，直接作用式調壓器就是直接依靠調 壓器薄膜所感受的出口壓力的變化，來移動 閥門和進行調節(jié)。使閥門移動和調節(jié)的能量， 是被調燃氣的壓力。 直接作用式調壓器工作原理圖 間接作用式調壓器工作原理圖 o 間接作用式調壓器是當出口壓力變化時沒，使操縱 機構（指揮器）動作，接通能源（或給出信號）， 使調節(jié)閥門移動。它的敏感元件（即感應出口壓力 的元件）和傳動裝置（即受力動作并進行調節(jié)的元 件）是分開的。 o 通俗講，間接作用式調壓器就是多了一個指揮器部 分。指揮器與調壓器結果相似，也由閥門、皮膜、 彈簧等組成。指揮器的作用是放大出口壓力P2升高 或降低的信號，從

6、而加快調壓器的動作，提高調壓 器的精度和靈敏度。 間接作用式調壓器間接作用式調壓器： 直接作用式調壓器直接作用式調壓器 詳細解說詳細解說 o 調壓器的設計取決于對其 技術特性的定義，通常要 考慮到以下特性： o 壓降及導致壓降的原因 o 盲區(qū)或調壓器如何關閉 o 臨界流量及其與調壓氣供 氣能力的關系 o 動作方式及其與調壓精度 的關系 調壓器的五個基本元件調壓器的五個基本元件 o 5大元件 負載元件（彈簧或指揮器） 感應元件（皮膜） 作用元件（閥瓣/閥口） 圍護元件（閥體） 信號元件（連接下游 管道的信號管） 閥塞 橡膠軟閥座 作用元件作用元件 （閥瓣（閥瓣 / 閥口）閥口） o作用元件（閥瓣

7、/閥口）在感應元件的驅動下，對氣體給出可變的約 束。閥口的開度基于調壓器下游燃氣的需求量，當下游有用氣需求時 ，閥口打開；當下游用氣需求為零時，閥口關閉。 o主閥桿的動作頻率取決于閥口的開/關頻率。 o作用元件要求具有長期的穩(wěn)定性能、密封性能和可靠的質量。 感應元件感應元件 （皮膜）（皮膜） o感應元件（皮膜）用以測量下游工況壓力與要求的壓力之間的差異， 感應元件的任何變動度將導致作用元件產(chǎn)生相應的動作。 o感應元件是動態(tài)元件，要求具有長期的穩(wěn)定性能、密封性能和一定的 機械強度。 負載元件負載元件 （彈簧或指揮器）（彈簧或指揮器） o負載元件決定要求的下游壓力。感應元件（皮膜）持續(xù)比較負載元件

8、 給出的調節(jié)力和經(jīng)信號管傳遞來的下游壓力，從而將得出的動作指令 （打開或關閉）傳遞給作用元件閥瓣，經(jīng)一定周期的動態(tài)過程，兩者 趨向協(xié)調，閥瓣趨向穩(wěn)定。 o負載元件是動態(tài)元件，要求具有長期的穩(wěn)定性能、抗腐蝕性能和可靠 的質量。 Weight 圍護元件圍護元件 （閥體）（閥體） o 圍護元件形成調壓器的封閉的空間。圍護結 構的主要作用是： o - 與管道的物理連接物； o - 對作用元件的機械保護； o - 對其它功能元件和附件的機械支撐。 o 圍護元件是靜態(tài)元件，要求具有長期的穩(wěn)定 性能和抗腐蝕性能。 調壓器的受力平衡（直接作用式調壓器）調壓器的受力平衡（直接作用式調壓器） o 受力原理： 向下

9、的力和向上的力的處于平衡狀態(tài) 的要求 - 燃氣需求量的變化決定 下游管網(wǎng)壓力的變化 - 向上的力 的增大或減小 - 閥口開度的變化 + + 向下的作用力： 彈簧力 + + 入口壓力X閥口截面積 連接到下游管道的信號管 向上的作用力： 出口壓力X皮膜截面積 + + 出口壓力 X閥口截面積 += 調壓器力平衡分析調壓器力平衡分析 調壓器皮膜的受力處于平衡狀態(tài) Pe = 100 PsigPa = 10 Psig 皮膜面積 = 10 In2 FD = (P2)(AD) = (10 Psig)(10 In2) = 100 Lb 100 Lb Fw=100Lb FD=100Lb 皮膜 調壓器力平衡分析調壓

10、器力平衡分析 o調壓器皮膜的受力平衡被打破，下游需求增大，壓力下降。 Pe = 100 PsigPa = 9 Psig 皮膜面積 = 10 In2 FD = (P2)(AD) = (9 Psig)(10 In2) = 90 Lb 100 Lb Fw=100Lb FD=90Lb 固定的重量會導致鐘擺 皮膜 調壓器力平衡分析調壓器力平衡分析 o 再平衡 Pe = 100 PsigPa = 10 Psig 皮膜面積 = 10 In2 調節(jié)彈簧有利于消除鐘擺，盡快達成新的平衡 與大氣連通 調壓器力平衡分析調壓器力平衡分析 FS = (K)(X) FD = (P2)(AD) FS FD 皮膜 皮膜 FD

11、 = (10 Psig)(10 in2) = 100 Lb K = 彈性系數(shù) = 使彈簧的高度壓縮或拉升1inch所需要的力 FD = (9 Psig)(102) = 90 Lb Fs = (100 Lb/In)(X) = 90 Lb K = .9 Inch 壓縮量 彈簧高度回復量 = 1-.9 = .1 Inch 因此皮膜向下移動 .1 Inch FS = (K)(X) FD = (P2)(AD) FS = FD FS FD 調壓器力平衡分析調壓器力平衡分析 Pe = 100 Psig Q = 200 SCFH Pa = 9 Psig 1 Inches FS = 90 Lb FD = 90

12、Lb .1 調壓器壓力特性調壓器壓力特性 P2 Psig 0 50 11 10 9 8 200300500 理想的壓力曲線 實際的壓力曲線 P1 = 100 psig 理想的調壓器：出口壓力不隨流量的變化而改變 流量 scfh P2 Psig 0-50 11 10 9 8 200300500 理想的壓力曲線 P1 = 100 psig 400 使用輕型彈簧 適用重型彈簧 調壓器壓力特性調壓器壓力特性使用輕型彈簧 任何情況下，盡可 能使用輕型彈簧。 流量 scfh 當 P2 降至 9 時 FD = P2 x A FD = 10 x 10 - 100 Lb FD2=9 x 11 = 99 Lb 彈

13、簧的作用力僅改變 1 Lb 因此閥口的移動量很小 FD2 FD1 A = 11 In.2 A = 10 In.2 皮膜對壓降的影響 調壓器參數(shù) o調壓器關閉壓力調壓器關閉壓力 o - 達成完全關閉的壓力； o - 零流量時的壓力。 o調壓器臨界流量調壓器臨界流量 o - 給定作用元件（閥瓣/閥口）的最大流量； o - 取決于前端壓力Pe和閥口尺寸。 調壓器盲區(qū)及臨界流量調壓器盲區(qū)及臨界流量 P2 psig 11 10 9 8 理想的壓力曲線 實際的壓力曲線 P1 = 100 psig 盲區(qū) 臨界流量 經(jīng)驗：在滿足流量 的前提下，盡可能 使用小口徑閥口。 流量 scfh 50 500 0 壓力信

14、號取樣點壓力信號取樣點 Pe = 100 Psig 取壓點 P1 = 100 Psig 流速流速 In 流速 Out Vena Contracta（靜脈曲張）（靜脈曲張） P2 = 10 Psig Pa = 10 Psig 取壓點對壓力控制精度的影響取壓點對壓力控制精度的影響 P2 Psig 0-50 11 10 9 8 200300500 P1 = 100 psig 400 Boost No boost 理想的壓力曲線 增加取壓點距離 出口壓力范圍受限制出口壓力范圍受限制 10% - 20% 的壓力偏移的壓力偏移 + 最大出口壓力 最大的向上的作用力能夠平 衡掉由彈簧和入口壓力X閥口截面積產(chǎn)

15、生的向下的 作用力 彈簧的作用力受限于彈簧規(guī)格 . 同時， 皮膜的直徑是不可變得 . 因此，直接作用是調壓器的出口設定壓力 范圍是受限制的 向上的作用力： 出口壓力X皮膜截面積 + + 出口壓力 X閥口截面積 正作用式正作用式 反作用式反作用式 直接作用式調壓器 o優(yōu)點 o - 結構簡單 o - 響應速度快 o - 成本低 o缺點 o - 調壓精度較低 o - 壓力控制范圍窄 o - 流通能力較小 o - 由于受皮膜尺寸的限制，難以做到大規(guī)格的閥體 o應用 o - 小型區(qū)域壓力調節(jié) o - 工商業(yè)及公福用戶壓力調節(jié) o - 直燃設備 o - 工礦企業(yè) 指揮器作用式調壓器指揮器作用式調壓器 o

16、調壓器的設計取決于 對其技術特性的定義， 通常要考慮到以下特 性： o 調壓精度 o 流通能力 o 盲區(qū) o 響應速度 o 成本 + + += 連接到下游管道的信號管 調節(jié)壓力來自於指揮器 向下的作用力： 調節(jié)壓力X皮膜截面積 + + 入口壓力 X閥口截面積 向上的作用力： 出口壓力X皮膜截面積 + + 出口壓力 X閥口截面積 向下的力和向上的力的處于平衡狀態(tài) 的要求 - 燃氣需求量的變化決定 下游管網(wǎng)壓力的變化 - 向上的力 的增大或減小 - 閥口開度的變化 Pe Pa 大氣排氣型大氣排氣型 大氣排氣型優(yōu)缺點大氣排氣型優(yōu)缺點 o大氣排氣型大氣排氣型 o優(yōu)點 o - 壓力控制精度高 o - 出

17、口壓力范圍大 o - 流通能力大 o缺點 o - 對外排氣比較危險 o - 對外排氣有浪費 o - 成本高 P1 下游排氣型下游排氣型 下游排氣型優(yōu)缺點下游排氣型優(yōu)缺點 o 優(yōu)點 o - 壓力控制精度高 o - 出口壓力范圍大 o - 流通能力大 o 缺點 o - 響應速度慢 o - 成本高 下游排氣下游排氣 雙作用式雙作用式 下游排氣下游排氣 軸流式（軸流式（IGA） 軸流式調壓器優(yōu)缺點 o優(yōu)點 o - 很高的調壓精度 o - 很寬的壓力控制范圍 o - 流通能力大 o - 能夠做到較大的閥體尺寸 o - 比壓力調節(jié)閥便宜 o缺點 o - 響應速度慢 o - 成本高 o應用 o - 地區(qū)型分

18、輸壓力調節(jié) o - 城市門站 o - 燃氣透平 o - 大型直燃設備 o - 大型工礦企業(yè) 調壓器基本特性與相關標準 - 標準 - 精度 - 壓力控制與流通特性 基礎標準基礎標準 歐洲歐洲 EN 334 法國 Gaz de France approval 德國 DVGW approval (DIN 3380/3381) 荷蘭 Gasunie approval 意大利 Snam/Italgas (UNI-CIG) 英國 British Gas approval BS 西班牙 Gas Natural approval (UNE 60402/60403) 調壓器沒有通用的國際標準 本地客戶的要求、相

19、競爭的產(chǎn)品、本地標準以及本地的法規(guī)要求均可以作 為調壓器的設計條件。 中國中國 GB 16802 CJ274-2008 主要定義及符號主要定義及符號 oPe = 入口壓力 (1 bar = 105 Pascal = 14,5 psig ) oPa = 出口壓力 o標準狀況 = 絕對壓力為 1,01325 bar 且 t = 15C （歐洲或北美） o 或 t = 20C （中國） oQ = 流量范圍 (1 m/h = 35,1 SCFH) oPas = 出口壓力設定值 oPf = 關閉壓力。流量Q=0時的壓力 oWh = 彈簧的可設定壓力范圍 oWa = 調壓器的可設定壓力范圍 oRG(AC)

20、 = 精度等級，最大的出口壓力波動許可范圍 oSG = 關閉壓力精度等級， Pf 與 Pas之間許可的最大壓差 oSZ = 關閉壓力等級范圍，Qmin/Qmax 時的SG的% oKG/CG = 流量特性 壓力范圍與等級壓力范圍與等級 Class Pzul (bar)ClassPzul (bar) PN 1616 ANSI 15019,2 PN 2525 ANSI 30051 PN 4040 ANSI 600 102 PN 6464 PN 100 100 Pzul = 最大允許工作壓力 (入口壓力) 調壓精度調壓精度 0 Pas 流量范圍 出口壓力 理想的調壓器能夠滿足不管入口壓力如何變化，當流

21、量從 0 增加到 時 ，均能保持出口壓力的穩(wěn)定。 285 315 Pas=300 Pf =330 Pa in mbar Qmin = 10% of Qmax AC5 AC5 SG10 Qmax Q in m/h 臨界點 SZ 調壓精度調壓精度 調壓精度等級調壓精度等級 RG(#) class允許的壓力偏移 設定壓力的% RG 1 1 % (*) RG 2,5 2,5 % (*) RG 5 5 % (*) RG 10 10 % RG 20 20 % RG 30 30 % (#) 也可用AC表示 (*) 但不低于 1 mbar 關閉壓力精度等級關閉壓力精度等級 SG class允許的壓力偏移 設定壓力的% SG 2,5+ 2,5 % (*) SG 5+ 5 % (*) SG 10+ 10 % SG 20+ 20 % SG 30+ 30 % SG 50+ 50 % (*) 但不低于