燃氣調壓器工作原理及性能要求課件

寧夏凱添天然氣有限公燃氣調壓器工作原理及性能要求FundamentalPrinciples&FunctionalRequirementsofGasPressureRegulatorsBYNIWEIPING9/11/20231A寧夏凱添天然氣有限公8/3/20231A目錄?概述?調壓器基本原理?調壓器主要元件?調壓器受力分析?調壓器技術特性及其影響因素?調壓器型式與分類?調壓器標準與技術特性指標?調壓器流量計算在此我們將討論9/11/20232A目錄?概述在此我們將討論8/3/20232A概述調壓器的定義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。調壓器應能夠：1、將上游壓力減低到一個穩(wěn)定的下游壓力；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；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；

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、經濟和高效利用的適當水平上。9/11/20233A概述調壓器的定義調壓器是一種無論氣體的流量和上游壓力如何調壓器基本原理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壓力9/11/20234A調壓器基本原理調壓器的功用是當入口氣體壓力和流過的氣體流量發(fā)調壓器基本原理直接作用式調壓器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：壓降及導致壓降的原因盲區(qū)或調壓器如何關閉臨界流量及其與調壓氣供氣能力的關系動作方式及其與調壓精度的關系9/11/20235A調壓器基本原理直接作用式調壓器調壓器的設計取決于對其技術調壓器的五個基本元件負載元件（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）閥塞橡膠軟閥座調壓器基本原理

–直接作用式調壓器9/11/20236A調壓器的五個基本元件負載元件（彈簧或指揮器）感應元件（皮調壓器基本原理

–直接作用式調壓器作用元件（閥瓣/閥口）作用元件（閥瓣/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。主閥桿的動作頻率取決于閥口的開/關頻率。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量。9/11/20237A調壓器基本原理作用元件（閥瓣/閥口）作用元件（閥瓣調壓器基本原理

–直接作用式調壓器感應元件（皮膜）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生相應的動作。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。9/11/20238A調壓器基本原理感應元件（皮膜）感應元件（皮膜）用以測量負載元件（彈簧或指揮器）負載元件決定要求的下游壓力。感應元件（皮膜）持續(xù)比較負載元件給出的調節(jié)力和經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，經一定周期的動態(tài)過程，兩者趨向協(xié)調，閥瓣趨向穩(wěn)定。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。調壓器基本原理

–直接作用式調壓器Weight9/11/20239A負載元件（彈簧或指揮器）負載元件決定要求的下游壓力。感調壓器基本原理

–直接作用式調壓器圍護元件（閥體）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：-與管道的物理連接物；-對作用元件的機械保護；-對其它功能元件和附件的機械支撐。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。9/11/202310A調壓器基本原理圍護元件（閥體）圍護元件形成調壓器的封閉調壓器的受力平衡（直接作用式調壓器）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+=調壓器基本原理9/11/202311A調壓器的受力平衡（直接作用式調壓器）向下的力和向上的力的調壓器基本原理

–直接作用式調壓器調壓器力平衡分析Pe=100PsigPa=10Psig皮膜面積=10In2FD=(P2)(AD)=(10Psig)(10In2)=100Lb100LbFw=100LbFD=100Lb調壓器皮膜的受力處于平衡狀態(tài)皮膜9/11/202312A調壓器基本原理調壓器力平衡分析Pe=100PsigPe=100PsigPa=9Psig皮膜面積=10In2FD=(P2)(AD)=(9Psig)(10In2)=90Lb100LbFw=100LbFD=90Lb調壓器力平衡分析調壓器基本原理

–直接作用式調壓器調壓器皮膜的受力平衡被打破，下游需求增大，壓力下降。固定的重量會導致鐘擺皮膜9/11/202313APe=100PsigPa=9Psig皮膜面積=調壓器基本原理

–直接作用式調壓器Pe=100PsigPa=10Psig皮膜面積=10In2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9/11/202314A調壓器基本原理Pe=100PsigPa=10Ps調壓器基本原理

–直接作用式調壓器調壓器力平衡分析FD=(10Psig)(10in2)=100LbK=彈性系數=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9/11/202315A調壓器基本原理調壓器力平衡分析FD=(10Psig調壓器基本原理

–直接作用式調壓器調壓器力平衡分析FD=(10Psig)(10in2)=100LbFs=(100Lb/In)(X)=100LbX=1Inch壓縮量FS=(K)(X)FD=(P2)(AD)FS=FD(若皮膜不移動)FSFD皮膜皮膜9/11/202316A調壓器基本原理調壓器力平衡分析FD=(10PsigPe=100PsigQ=50SCFHPa=10Psig1InchesFS=100LbFD=100Lb調壓器力平衡分析調壓器基本原理

–直接作用式調壓器9/11/202317APe=100PsigQ=50SCFHPa=1調壓器力平衡分析調壓器基本原理

–直接作用式調壓器FD=(9Psig)(102)=90LbFs=(100Lb/In)(X)=90LbK=.9Inch壓縮量彈簧高度回復量=1-.9=.1Inch因此皮膜向下移動.1InchFS=(K)(X)FD=(P2)(AD)FS=FDFSFD9/11/202318A調壓器力平衡分析調壓器基本原理FD=(9Psig)調壓器力平衡分析調壓器基本原理

–直接作用式調壓器Pe=100PsigQ=200SCFHPa=9Psig1InchesFS=90LbFD=90Lb.1’’9/11/202319A調壓器力平衡分析調壓器基本原理Pe=100Psig調壓器壓力特性調壓器基本原理

–直接作用式調壓器P2Psig流量

scfh050111098200300500理想的壓力曲線實際的壓力曲線P1=100psig理想的調壓器：出口壓力不隨流量的變化而改變9/11/202320A調壓器壓力特性調壓器基本原理P2流量scfh0501調壓器基本原理

–直接作用式調壓器調壓器壓力特性FD=(10Psig)(10in2)=100LbFs=(50Lb/in)(X)=100LbX=2Inches壓縮量FS=(K)(X)FD=(P2)(AD)FS=FDFSFD使用輕型彈簧9/11/202321A調壓器基本原理調壓器壓力特性FD=(10Psig)調壓器基本原理

–直接作用式調壓器調壓器壓力特性使用輕型彈簧Pe=100PsigQ=50SCFHPa=10Psig2InchesFS=100LbFD=100Lb9/11/202322A調壓器基本原理調壓器壓力特性使用輕型彈簧Pe=100調壓器基本原理

–直接作用式調壓器調壓器壓力特性使用輕型彈簧FD=(9psig)(10in2)=90LbFS=(50Lb/in)(X)=90LbX=1.8Inches壓縮量彈簧高度回復量2-1.8=.2Inch因此皮膜向下移動.2InchFS=(K)(X)FD=(P2)(AD)FS=FDFSFD9/11/202323A調壓器基本原理調壓器壓力特性使用輕型彈簧FD=(9調壓器基本原理

–直接作用式調壓器Pe=100PsigQ=300SCFHPa=9Psig2InchesFS=90LbFD=90Lb.2’’調壓器壓力特性使用輕型彈簧9/11/202324A調壓器基本原理Pe=100PsigQ=300SC調壓器基本原理

–直接作用式調壓器P2Psig流量

scfh0-50111098200300500理想的壓力曲線P1=100psig400使用輕型彈簧適用重型彈簧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。9/11/202325A調壓器基本原理P2流量scfh0-501120030050調壓器基本原理

–直接作用式調壓器皮膜對壓降的影響當

P2

降至9時FD = P2xAFD = 10x10-100LbFD2 = 9x11=99Lb彈簧的作用力僅改變1Lb因此閥口的移動量很小FD2FD1A=11In.2A=10In.2皮膜對壓降的影響9/11/202326A調壓器基本原理皮膜對壓降的影響當P2降至9時彈簧調壓器基本原理

–直接作用式調壓器調壓器關閉壓力-達成完全關閉的壓力；-零流量時的壓力。調壓器臨界流量-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。9/11/202327A調壓器基本原理調壓器關閉壓力-達成完全關閉的壓調壓器基本原理

–直接作用式調壓器調壓器盲區(qū)及臨界流量P2psig流量

scfh50111098500理想的壓力曲線實際的壓力曲線P1=100psig0盲區(qū)臨界流量經驗：在滿足流量的前提下，盡可能使用小口徑閥口。9/11/202328A調壓器基本原理調壓器盲區(qū)及臨界流量P2流量scfh50調壓器基本原理

–直接作用式調壓器壓力信號取樣點Pe=100Psig取壓點P1=100Psig流速In流速OutVenaContracta（靜脈曲張）P2=10PsigPa=10Psig9/11/202329A調壓器基本原理壓力信號取樣點Pe=100Psig取調壓器基本原理

–直接作用式調壓器取壓點對壓力控制精度的影響P2PsigFlowscfh0-50111098200300500P1=100psig400BoostNoboost理想的壓力曲線9/11/202330A調壓器基本原理取壓點對壓力控制精度的影響P2Flows出口壓力范圍受限制10%-20%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閥口截面積調壓器基本原理

–直接作用式調壓器9/11/202331A出口壓力范圍受限制+最大出口壓力……最大的向上的作用調壓器基本原理

–直接作用式調壓器正作用式9/11/202332A調壓器基本原理正作用式8/3/202332A調壓器基本原理

–直接作用式調壓器反作用式9/11/202333A調壓器基本原理反作用式8/3/202333A調壓器基本原理

–直接作用式調壓器■優(yōu)點-結構簡單-響應速度快-成本低■缺點-調壓精度較低-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■應用-小型區(qū)域壓力調節(jié)-工商業(yè)及公福用戶壓力調節(jié)-直燃設備-工礦企業(yè)9/11/202334A調壓器基本原理■優(yōu)點■缺點■應用8/3/202334A調壓器基本原理指揮器作用式調壓器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：調壓精度流通能力盲區(qū)響應速度成本9/11/202335A調壓器基本原理指揮器作用式調壓器調壓器的設計取決于對其技調壓器的受力平衡（指揮器作用式調壓器）++++=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壓力的變化--->向上的力的增大或減小--->閥口開度的變化

調壓器基本原理

–指揮器作用式調壓器9/11/202336A調壓器的受力平衡（指揮器作用式調壓器）++++=連接到下調壓器基本原理

–指揮器作用式調壓器PePa大氣排氣型9/11/202337A調壓器基本原理PePa大氣排氣型8/3/202337A調壓器基本原理

–指揮器作用式調壓器大氣排氣型■優(yōu)點-壓力控制精度高-出口壓力范圍大-流通能力大■缺點-對外排氣比較危險-對外排氣有浪費-成本高9/11/202338A調壓器基本原理大氣排氣型■優(yōu)點■缺點8/3/2023調壓器基本原理

–指揮器作用式調壓器下游排氣型P19/11/202339A調壓器基本原理下游排氣型P18/3/202339A調壓器基本原理

–指揮器作用式調壓器下游排氣雙作用式9/11/202340A調壓器基本原理下游排氣雙作用式8/3/202340A調壓器基本原理

–指揮器作用式調壓器下游排氣型■優(yōu)點-壓力控制精度高-出口壓力范圍大-流通能力大■缺點-響應速度慢-成本高9/11/202341A調壓器基本原理下游排氣型■優(yōu)點■缺點8/3/2023調壓器基本原理

–指揮器作用式調壓器下游排氣軸流式（IGA）9/11/202342A調壓器基本原理下游排氣軸流式（IGA）8/3/2023■優(yōu)點-很高的調壓精度-很寬的壓力控制范圍-流通能力大-能夠做到較大的閥體尺寸-比壓力調節(jié)閥便宜■缺點-響應速度慢-成本高■應用-地區(qū)型分輸壓力調節(jié)-城市門站-燃氣透平-大型直燃設備-大型工礦企業(yè)調壓器基本原理

–指揮器作用式調壓器9/11/202343A■優(yōu)點■缺點■應用調壓器基本原理8/3/202343A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9/11/202344A調壓器基本特性與相關標準標準8/3/202344A調壓器基本特性與相關標準基礎標準歐洲

EN334法國 GazdeFranceapproval

德國 DVGWapproval

(DIN3380/3381)荷蘭

Gasunieapproval意大利 Snam/Italgas (UNI-CIG)英國

BritishGasapproval

BS西班牙

GasNaturalapproval

(UNE60402/60403)

調壓器沒有通用的國際標準

本地客戶的要求、相競爭的產品、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

GB168029/11/202345A調壓器基本特性與相關標準基礎標準歐洲 調壓器基本特性與相關標準主要定義及符號Pe=入口壓力(1bar=105Pascal=14,5psig)

Pa=出口壓力 標準狀況=絕對壓力為1,01325bar且t=15°C（歐洲或北美）或t=20°C（中國）Q=流量范圍(1m3/h=35,1SCFH)Pas=出口壓力設定值Pf=關閉壓力。流量Q=0時的壓力Wh=彈簧的可設定壓力范圍Wa=調壓器的可設定壓力范圍RG(AC)=精度等級，最大的出口壓力波動許可范圍SG=關閉壓力精度等級，Pf與Pas之間許可的最大壓差SZ=關閉壓力等級范圍，Qmin/Qmax時的SG的%KG/CG=流量特性9/11/202346A調壓器基本特性與相關標準主要定義及符號Pe=入口壓力調壓器基本特性與相關標準壓力范圍與等級

Class Pzul(bar) Class Pzul(bar)

PN16 16 ANSI150 19,2 PN25 25 ANSI300 51 PN40 40 ANSI600102 PN64 64 PN100100 Pzul=最大允許工作壓力(入口壓力)9/11/202347A調壓器基本特性與相關標準壓力范圍與等級 Class 調壓器基本特性與相關標準調壓精度0Pas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，當流量從0增加到時，均能保持出口壓力的穩(wěn)定。9/11/202348A調壓器基本特性與相關標準調壓精度0Pas流量范圍出口壓力調壓器基本特性與相關標準285315Pas=300Pf=330PainmbarQmin=10%ofQmaxAC5AC5SG10QmaxQinm3/h臨界點SZ調壓精度9/11/202349A調壓器基本特性與相關標準285315Pas=300Pf調壓器基本特性與相關標準調壓精度等級RG(#)

class 允許的壓力偏移

設定壓力的%RG1 1%(*)RG2,5 2,5%(*)RG5 5%(*)RG10 10%RG20 20%RG30 30%(#)也可用AC表示(*)