燃?xì)庹{(diào)壓器工作原理及性能要求

1、5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON1寧夏凱添天然氣有限公燃?xì)庹{(diào)壓器工作原理及性能要求燃?xì)庹{(diào)壓器工作原理及性能要求Fundamental Principles & Functional Requirements of Gas Pressure RegulatorsBY NI WEIPING5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON2目錄 概述 調(diào)壓器基本原理 調(diào)壓器主要元件 調(diào)壓器受力分析 調(diào)壓器技術(shù)特性及其影響因素 調(diào)壓器型式與分類 調(diào)壓器標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)特性指標(biāo) 調(diào)壓器流量計(jì)算

2、在此我們將討論在此我們將討論5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON3概述 調(diào)壓器的定義調(diào)壓器的定義調(diào)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。調(diào)壓器應(yīng)能夠： 1、將上游壓力減低到一個(gè)穩(wěn)定的下游壓力； 2、當(dāng)調(diào)壓器發(fā)生故障時(shí)應(yīng)能夠限制下游壓力在安全范圍內(nèi)。 為什么需要調(diào)壓器為什么需要調(diào)壓器- 理想的燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)將氣體從井口輸送到最終用戶不需要調(diào)壓器；- 這樣的理想供應(yīng)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(shí)兩者之間是一致的；- 這樣的系統(tǒng)實(shí)際上不可能存在，為此，相應(yīng)的裝置-調(diào)壓器-應(yīng)運(yùn)而生。

3、調(diào)壓器的功用調(diào)壓器的功用調(diào)壓器最大的功用是保持燃?xì)庠谑褂脮r(shí)有穩(wěn)定的壓力，從而保證燃?xì)庥镁叩玫椒€(wěn)定的燃空比（燃?xì)馀c空氣的配合比例）；燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中使用調(diào)壓器將氣體壓力降低并穩(wěn)定在一個(gè)能夠使氣體得到安全、經(jīng)濟(jì)和高效利用的適當(dāng)水平上。5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON4調(diào)壓器基本原理調(diào)壓器的功用是當(dāng)入口氣體壓力和流過的氣體流量發(fā)生變化時(shí)，保持出口壓力的穩(wěn)定。調(diào)壓器調(diào)壓器入口壓力出口壓力不斷變化的氣體消耗量不斷變化的管網(wǎng)壓力5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON5調(diào)壓器基本原理 直接作用

4、式調(diào)壓器直接作用式調(diào)壓器調(diào)壓器的設(shè)計(jì)取決于對(duì)其技術(shù)特性的定義，通常要考慮到以下特性：- 壓降及導(dǎo)致壓降的原因- 盲區(qū)或調(diào)壓器如何關(guān)閉- 臨界流量及其與調(diào)壓氣供氣能力的關(guān)系- 動(dòng)作方式及其與調(diào)壓精度的關(guān)系5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON6 調(diào)壓器的五個(gè)基本元件調(diào)壓器的五個(gè)基本元件負(fù)載元件（彈簧或指揮器）感應(yīng)元件（皮膜）作用元件（閥瓣/閥口）圍護(hù)元件（閥體）信號(hào)元件（連接下游管道的信號(hào)管）閥塞橡膠軟閥座調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON7調(diào)壓器基

5、本原理 直接作用式調(diào)壓器 作用元件作用元件 （閥瓣（閥瓣 / / 閥口）閥口）作用元件（閥瓣/閥口）在感應(yīng)元件的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)氣體給出可變的約束。閥口的開度基于調(diào)壓器下游燃?xì)獾男枨罅?，?dāng)下游有用氣需求時(shí)，閥口打開；當(dāng)下游用氣需求為零時(shí)，閥口關(guān)閉。主閥桿的動(dòng)作頻率取決于閥口的開/關(guān)頻率。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(zhì)量。5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON8調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 感應(yīng)元件感應(yīng)元件 （皮膜）（皮膜）感應(yīng)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(yīng)元件的任何變動(dòng)度將導(dǎo)致作用元件產(chǎn)生相

6、應(yīng)的動(dòng)作。感應(yīng)元件是動(dòng)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(jī)械強(qiáng)度。5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON9 負(fù)載元件負(fù)載元件 （彈簧或指揮器）（彈簧或指揮器）負(fù)載元件決定要求的下游壓力。感應(yīng)元件（皮膜）持續(xù)比較負(fù)載元件給出的調(diào)節(jié)力和經(jīng)信號(hào)管傳遞來的下游壓力，從而將得出的動(dòng)作指令（打開或關(guān)閉）傳遞給作用元件閥瓣，經(jīng)一定周期的動(dòng)態(tài)過程，兩者趨向協(xié)調(diào)，閥瓣趨向穩(wěn)定。負(fù)載元件是動(dòng)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(zhì)量。調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器Weight5 February 2022RB2000 REGULA

7、TOR COST COMPARISON10調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 圍護(hù)元件圍護(hù)元件 （閥體）（閥體）圍護(hù)元件形成調(diào)壓器的封閉的空間。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要作用是： - 與管道的物理連接物； - 對(duì)作用元件的機(jī)械保護(hù)； - 對(duì)其它功能元件和附件的機(jī)械支撐。圍護(hù)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。5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON11 調(diào)壓器的受力平衡（直接作用式調(diào)壓器）調(diào)壓器的受力平衡（直接作用式調(diào)壓器）向下的力和向上的力的處于平衡狀態(tài)的要求 - 燃?xì)庑枨罅康淖兓瘺Q定下游管網(wǎng)壓力的變化 - 向上的力的增大或減小 - 閥

8、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(hào)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(diào)壓器基本原理5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON12調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 調(diào)壓器力平衡分析調(diào)壓器力平衡分析Pe = 100 PsigPa = 10 Psig皮膜面積 = 10 In2FD = (P2)(AD) = (10 Psig)(10 In2) = 100 Lb100 LbFw=100LbFD=100Lb調(diào)壓器皮膜的受力處于平衡狀態(tài)皮膜5 February 2022

9、RB2000 REGULATOR COST COMPARISON13Pe = 100 PsigPa = 9 Psig皮膜面積 = 10 In2FD = (P2)(AD) = (9 Psig)(10 In2) = 90 Lb100 LbFw=100LbFD=90Lb 調(diào)壓器力平衡分析調(diào)壓器力平衡分析調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器調(diào)壓器皮膜的受力平衡被打破，下游需求增大，壓力下降。固定的重量會(huì)導(dǎo)致鐘擺皮膜5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON14調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器Pe = 100 PsigPa = 10 Psig皮膜面積 =

10、10 In2調(diào)節(jié)彈簧有利于消除鐘擺，盡快達(dá)成新的平衡與大氣連通 調(diào)壓器力平衡分析調(diào)壓器力平衡分析5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON15調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 調(diào)壓器力平衡分析調(diào)壓器力平衡分析FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 LbK = 彈性系數(shù) = 使彈簧的高度壓縮或拉升1inch所需要的力FS = (K)(X)FD = (P2)(AD)FSFD皮膜皮膜5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON16調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 調(diào)壓器力平衡分析調(diào)

11、壓器力平衡分析FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 LbFs = (100 Lb/In)(X) = 100 LbX = 1 Inch 壓縮量FS = (K)(X)FD = (P2)(AD)FS = FD(若皮膜不移動(dòng))FSFD皮膜皮膜5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON17Pe = 100 PsigQ = 50 SCFHPa = 10 Psig1 InchesFS = 100 LbFD = 100 Lb 調(diào)壓器力平衡分析調(diào)壓器力平衡分析調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器5 February 2022RB2000 REG

12、ULATOR COST COMPARISON18 調(diào)壓器力平衡分析調(diào)壓器力平衡分析調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器FD = (9 Psig)(102) = 90 LbFs = (100 Lb/In)(X) = 90 LbK = .9 Inch 壓縮量彈簧高度回復(fù)量 = 1-.9 = .1 Inch因此皮膜向下移動(dòng) .1 InchFS = (K)(X)FD = (P2)(AD)FS = FDFSFD5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON19 調(diào)壓器力平衡分析調(diào)壓器力平衡分析調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器Pe = 100 PsigQ = 2

13、00 SCFHPa = 9 Psig1 InchesFS = 90 LbFD = 90 Lb.15 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON20 調(diào)壓器壓力特性調(diào)壓器壓力特性調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器P2Psig流量 scfh0 50111098200300500理想的壓力曲線實(shí)際的壓力曲線P1 = 100 psig理想的調(diào)壓器：出口壓力不隨流量的變化而改變5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON21調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 調(diào)壓器壓力特性調(diào)壓器壓力特性FD = (10 Psi

14、g)(10 in2) = 100 LbFs = (50 Lb/in)(X) = 100 LbX = 2 Inches 壓縮量FS = (K)(X)FD = (P2)(AD)FS = FDFSFD使用輕型彈簧5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON22調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 調(diào)壓器壓力特性調(diào)壓器壓力特性使用輕型彈簧Pe = 100 PsigQ = 50 SCFHPa = 10 Psig2 InchesFS = 100 LbFD = 100 Lb5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARIS

15、ON23調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 調(diào)壓器壓力特性調(diào)壓器壓力特性使用輕型彈簧FD = (9 psig)(10in2) = 90 LbFS = (50 Lb/in)(X) = 90 LbX = 1.8 Inches 壓縮量彈簧高度回復(fù)量 2-1.8 = .2 Inch因此皮膜向下移動(dòng) .2 InchFS = (K)(X)FD = (P2)(AD)FS = FDFSFD5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON24調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器Pe = 100 PsigQ = 300 SCFHPa = 9 Psig2 InchesFS =

16、 90 LbFD = 90 Lb.2 調(diào)壓器壓力特性調(diào)壓器壓力特性使用輕型彈簧5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON25調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器P2Psig流量 scfh0-50111098200300500理想的壓力曲線P1 = 100 psig400使用輕型彈簧適用重型彈簧 調(diào)壓器壓力特性調(diào)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。5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON26調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 皮膜對(duì)壓降的影響皮膜對(duì)壓降的影響當(dāng) P2 降至 9

17、時(shí)FD = P2 x AFD = 10 x 10 - 100 LbFD2=9 x 11 = 99 Lb彈簧的作用力僅改變 1 Lb因此閥口的移動(dòng)量很小FD2FD1A = 11 In.2A = 10 In.2皮膜對(duì)壓降的影響5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON27調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 調(diào)壓器關(guān)閉壓力調(diào)壓器關(guān)閉壓力 - 達(dá)成完全關(guān)閉的壓力； - 零流量時(shí)的壓力。 調(diào)壓器臨界流量調(diào)壓器臨界流量 - 給定作用元件（閥瓣/閥口）的最大流量； - 取決于前端壓力Pe和閥口尺寸。5 February 2022RB2000 REGULATO

18、R COST COMPARISON28調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 調(diào)壓器盲區(qū)及臨界流量調(diào)壓器盲區(qū)及臨界流量P2psig流量 scfh50111098500理想的壓力曲線實(shí)際的壓力曲線P1 = 100 psig0盲區(qū)臨界流量經(jīng)驗(yàn)：在滿足流量的前提下，盡可能使用小口徑閥口。5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON29調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 壓力信號(hào)取樣點(diǎn)壓力信號(hào)取樣點(diǎn)Pe = 100 Psig取壓點(diǎn)P1 = 100 Psig流速流速In流速OutVena Contracta（靜脈曲張）靜脈曲張）P2 = 10 PsigPa =

19、10 Psig5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON30調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 取壓點(diǎn)對(duì)壓力控制精度的影響取壓點(diǎn)對(duì)壓力控制精度的影響P2PsigFlow scfh0-50111098200300500P1 = 100 psig400BoostNo boost理想的壓力曲線5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON31 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)生的向下的

20、作用力 彈簧的作用力受限于彈簧規(guī)格 . 同時(shí)，皮膜的直徑是不可變得 .因此，直接作用是調(diào)壓器的出口設(shè)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閥口截面積調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON32調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 正作用式正作用式5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON33調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 反作用式反作用式5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARI

21、SON34調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器 優(yōu)點(diǎn) - 結(jié)構(gòu)簡單 - 響應(yīng)速度快 - 成本低 缺點(diǎn) - 調(diào)壓精度較低 - 壓力控制范圍窄 - 流通能力較小 - 由于受皮膜尺寸的限制，難以做到大規(guī)格的閥體 應(yīng)用 - 小型區(qū)域壓力調(diào)節(jié) - 工商業(yè)及公福用戶壓力調(diào)節(jié) - 直燃設(shè)備 - 工礦企業(yè)5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON35調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器指揮器作用式調(diào)壓器調(diào)壓器的設(shè)計(jì)取決于對(duì)其技術(shù)特性的定義，通常要考慮到以下特性：- 調(diào)壓精度- 流通能力- 盲區(qū)- 響應(yīng)速度- 成本5 February 2022RB2000 REGU

22、LATOR COST COMPARISON36 調(diào)壓器的受力平衡（指揮器作用式調(diào)壓器）調(diào)壓器的受力平衡（指揮器作用式調(diào)壓器）+=連接到下游管道的信號(hào)管調(diào)節(jié)壓力來自於指揮器向下的作用力：調(diào)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?xì)庑枨罅康淖兓瘺Q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 調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON37調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器PeP

23、a 大氣排氣型大氣排氣型5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON38調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器 大氣排氣型大氣排氣型 優(yōu)點(diǎn) - 壓力控制精度高 - 出口壓力范圍大 - 流通能力大 缺點(diǎn) - 對(duì)外排氣比較危險(xiǎn) - 對(duì)外排氣有浪費(fèi) - 成本高5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON39調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器 下游排氣型下游排氣型P15 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON40調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器 下游排氣

24、下游排氣 雙作用式雙作用式5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON41調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器 下游排氣型下游排氣型 優(yōu)點(diǎn) - 壓力控制精度高 - 出口壓力范圍大 - 流通能力大 缺點(diǎn) - 響應(yīng)速度慢 - 成本高5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON42調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器 下游排氣下游排氣 軸流式（軸流式（IGA）5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON43 優(yōu)點(diǎn) - 很高的調(diào)壓精度 - 很寬的壓力控制范圍

25、 - 流通能力大 - 能夠做到較大的閥體尺寸 - 比壓力調(diào)節(jié)閥便宜 缺點(diǎn) - 響應(yīng)速度慢 - 成本高 應(yīng)用 - 地區(qū)型分輸壓力調(diào)節(jié) - 城市門站 - 燃?xì)馔钙?- 大型直燃設(shè)備 - 大型工礦企業(yè)調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON44調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)- 標(biāo)準(zhǔn)- 精度- 壓力控制與流通特性5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON45調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)歐洲歐洲 EN 334法國 Gaz de France approval

26、 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(diào)壓器沒有通用的國際標(biāo)準(zhǔn) 本地客戶的要求、相競爭的產(chǎn)品、本地標(biāo)準(zhǔn)以及本地的法規(guī)要求均可以作為調(diào)壓器的設(shè)計(jì)條件。中國中國 GB 168025 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON46調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 主要定義及符號(hào)主要定義及符號(hào)Pe = 入口壓力

27、 (1 bar = 105 Pascal = 14,5 psig )Pa = 出口壓力標(biāo)準(zhǔn)狀況 = 絕對(duì)壓力為 1,01325 bar 且 t = 15C （歐洲或北美） 或 t = 20C （中國）Q = 流量范圍 (1 m/h = 35,1 SCFH)Pas = 出口壓力設(shè)定值Pf = 關(guān)閉壓力。流量Q=0時(shí)的壓力Wh = 彈簧的可設(shè)定壓力范圍 Wa = 調(diào)壓器的可設(shè)定壓力范圍 RG(AC) = 精度等級(jí)，最大的出口壓力波動(dòng)許可范圍SG = 關(guān)閉壓力精度等級(jí)， Pf 與 Pas之間許可的最大壓差SZ = 關(guān)閉壓力等級(jí)范圍，Qmin/Qmax 時(shí)的SG的% KG/CG = 流量特性5 Feb

28、ruary 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON47調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 壓力范圍與等級(jí)壓力范圍與等級(jí) Class Pzul (bar)ClassPzul (bar)PN 1616 ANSI 15019,2PN 2525 ANSI 30051PN 4040 ANSI 600 102PN 6464PN 100 100Pzul = 最大允許工作壓力 (入口壓力)5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON48調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 調(diào)壓精度調(diào)壓精度0Pas流量范圍出口壓力 理想的調(diào)壓器能夠滿足不管入口壓力如

29、何變化，當(dāng)流量從 0 增加到 時(shí)，均能保持出口壓力的穩(wěn)定。5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON49調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)285 315 Pas=300Pf =330 Pa in mbarQmin = 10% of QmaxAC5 AC5SG10Qmax Q in m/h臨界點(diǎn)SZ 調(diào)壓精度調(diào)壓精度5 February 2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON50調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 調(diào)壓精度等級(jí)調(diào)壓精度等級(jí) RG(#) class允許的壓力偏移設(shè)定壓力的%RG 1 1 % (*)RG 2,5 2,5 % (*)RG 5 5 % (*)RG 10