燃气调压器培训 课件.ppt
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1、燃气调压设备工作原理及操作使用培训,一、调压设备相关标准、常用术语,1.1 GB50028-2006城镇燃气设计规范术语1.1.1 调压装置:将较高燃气压力降低至所需的较低压力单元总称,包括调压器及其附属设备。1.1.2调压箱(柜):将调压装置放置于专用箱体,设于用气建筑物附 近,承担用气压力的调节,包括调压装置和箱体。悬挂式和地下式箱称为调压箱,落地式箱称为调压柜。,1.1.3调压站:将调压装置放置于专用的调压建筑物或构筑物中,承担用气压力的调节。包括调压装置及调压室的建筑物或构筑物等。1.1.4加臭剂:一种具有强烈气味的有机化合物或混合物,当以很低的浓度加入燃气中,使燃气有一种特殊的,令人
2、不愉快的警示性臭味,以便泄漏的燃气在达到其爆炸下限20%或达到对人体许的有害浓度时,即被察觉。,1.2 GB27790-2011城镇燃气调压器术语1.2.1调压器公称尺寸:调压器进口的公称尺寸,表示调压器的结构尺寸。1.2.2公称压力:一个用数字表示的与压力有关的标示代号,为圆整数。指进出口法兰的公称压力。1.2.3额定出口压力:调压器出口压力在规定范围内的某一选定值。,1.1.3调压站:将调压装置放置于专用的调压建筑物或构筑物中,承担用气压力的调节。包括调压装置及调压室的建筑物或构筑物等。1.1.4加臭剂:一种具有强烈气味的有机化合物或混合物,当以很低的浓度加入燃气中,使燃气有一种特殊的,令
3、人不愉快的警示性臭味,以便泄漏的燃气在达到其爆炸下限20%或达到对人体许的有害浓度时,即被察觉。,1.2 GB27790-2011城镇燃气调压器术语1.2.1调压器公称尺寸:调压器进口的公称尺寸,表示调压器的结构尺寸。1.2.2公称压力:一个用数字表示的与压力有关的标示代号,为圆整数。指进出口法兰的公称压力。1.2.3额定出口压力:调压器出口压力在规定范围内的某一选定值。,1.2.4静特性:出口压力随进口压力和流量变化的关系。1.2.5稳压精度:一族静特性线上,工作范围内出口压力实际值与设定压间的最大正偏差和最大负偏差绝对值的平均值对设定压力的百分比。1.2.6稳压精度等级:稳压精度的最大允许
4、值乘以100。,1.2.7关闭压力:调压器调节元件处于关闭位置时, 静特性线上零流量处的出口压力,此时,从开始关闭点流量减少至零流量所用的时间应大于调压器关闭的响应时间。1.2.8关闭压力等级: 实际关闭压力与设定压力之比的最大允许值乘100。1.2.9关闭压力区:每一相应进口压力和设定压力的静特性线上,在零流量与最小流量间的区域。,1.3 GB27791-2011城镇燃气调压箱术语3.1 公称流量:在基准状态下,调压箱在最低进口压力,设定出口压力情况下可通过城镇燃气的最大流量,单位为m3/h。1.3.2 旁通:由于特殊需要而设置的并联于供气管道的辅助气体通道。1.3.3安全装置:确保调压箱的
5、出口压力不超过安全限度的装置,包括切断装置,放散装置,监控调压器等。,二、调压器简介,2.1调压器是专指用于气体输送管道上的减压器,自动调节气体出口压力,使其稳定在某一压力范围内的装置,它具有阀门的特点,可以控制气体的的通断和节流;也具有自动控制元件的特点.它自身构成一个闭环控制系统.而且不需要其它的辅助能源,只取自气体本身的压力差(压力势能)作为操作能源.,调压器的基本功能是:在将系统压力维持于某个可接受范围内的同时,还必须满足下游的流量要求。当流速较低时,调压器阀瓣靠近阀座,缩小通道以限制流量。当需求流量增加时,阀瓣远离阀座,增大其开度,增大流量。在理想情况下,调压器应能够在输送所需流量的
6、同时,提供恒定的下游压力。,从流体力学的观点看,调压器是一个局部阻力可以变化的节流元件,即通过改变节流面积,使流速及流体的动能改变,造成不同的压力损失,从而达到减压的目的。然后依靠控制与调节系统的调节,使阀后压力的波动与弹簧力相平衡,并在一定的误差范围内保持恒定。,图1,图1中每个方块表示组成系统的一个环节,两个环节之间用一条带有箭头的线条表示其相互关系,线条上的文字表示相互间的作用信号,箭头表示信号的方向。调压器出口压力在此自调系统中称为被调参数,被调参数就是调节对象的输出信号。引起被调参数变化的因素就是用气量及进口压力的改变,统称为干扰作用,这就是作用于调节对象的输入信号。通过调节机构的流
7、量就是作用于调节对象并实现调节作用的参数,常称为调节参数。,当外界给一个干扰信号时,则被调参数发生变化,传给测量元件,测量元件发出一个信号与给定值进行比较,得到偏差信号,并被送给传动装置,传动装置根据偏差信号发出位移信号送至调节机构,使阀门动作起来,并向调节对象输出一个调节作用信号克服干扰作用的影响。 从图1中可以看出,自调系统中的任何一个信号沿着箭头方向前进,最后又回到原来的起点,从信号的角度,这是一个闭环系统。,系统的输出参数被调参数经过测量元件又返回到系统的输入端,这种将输出信号又引回到输入端的做法叫反馈。而且这个反馈信号总是作为负值和给定值比较,因此又被称为负反馈。所以,压力的自调系统
8、总是带有反馈的闭环系统。,2.2调压器结构图及外形图示例 直杆直接作用式调压器结构图,杠杆直接作用式调压器结构图,平衡阀芯直接作用式调压器结构图,间接作用式调压器结构图,间接作用式调压器外形图,图2,自力式调压器:不需要辅助能源而依靠调节介质本身所提供能源进行调节和稳压的调压器。 自力式调压器的被调节量是出口压力(P2),干扰量是进口压力(P1)和流量(Q)。2.3调压器的结构 常分为两种型式:直接作用式和间接作用式。,直接作用式调压器和间接作用式调压器主要的区别在于,直接作用式调压器的传感单元同时又是调节单元的执行元件,其变化是以出口压力P2的变化直接驱动的;而间接作用式调压器的传感单元和执
9、行元件是各自单独的,调节单元的变化是以负载压力P3来驱动,三、直接作用式调压器,3.1直接作用式调压器是通过内信号管路或外信号管路来感应下游压力的变化。下游压力通过在传感元件(皮膜)上产生的力与加载元件(弹簧装置)产生的力来进行对比,移动皮膜和阀芯,从而改变调压器流通通道的大小。 直接作用式调压器具有三个关键结构: 调节单元阀座、阀瓣、阀芯(阀座与阀瓣组合),传感单元通常为皮膜加载单元通常为一弹簧装置(或重物)图3,3.2作用关系:被控制量P2 (增加)传感元件向上作用力(增加)阀座和阀瓣之间的距离(减小);被控制量P2 (减小)传感元件向上作用力(减小)阀座和阀瓣之间的距离(增加)。3.3调
10、节单元:一般由阀座和阀瓣构成,它的作用是改变阀座和阀瓣之间的距离, 从而改变了介质的流通面积。,3.4负载单元:一般是由弹簧或重块构成。其弹力或重力作用在传感单元上,并且有使调节单元的阀座和阀瓣之间的距离加大的趋势。3.5传感单元:一般由膜片托盘构成,在出口压力P2的作用下产生与负载单元作用力相反的力,并且有使调节单元的阀座和阀瓣之间的距离减小的趋势。 因此,改变加载载荷的大小可以调整通过调压器的流量,或者调整所期望的设定值。,杠杆式直接作用式调压器平衡方程(式): P1Ad(P2AmFJ)K Ad-阀座(阀口)面积mm2 P1-进口压力MPa FJ -弹簧负载力N FJ = P x P 弹簧
11、刚度N/mm 弹簧的变形量mm Am-膜片有效面积mm2 P2-出口压力MPa K-杠杆比L2/L,3.6静特性: P1和流量的变化将引起P2的变化,我们常把这种关系称之为调压器的静特性。静特性好的调压器其抗P1干扰能力强。 P2=(FJAm )(AdP1KAm ) - 从式中我们看到为了要减小P1变化对P2的干扰, 可以减小阀口面积, 增大皮膜有效面积, 增大杠杆比,这也是我们常常建议用户在流量能够满足的前提下尽可能选用较小的阀座的原因之一。,改善调压器的静特性的方法: 减小阀座直径、增大皮膜面积、增大杠杆比,虽然有助于改善调压器的静特性,但是其作用是有限的,应用也是有限制的。所以通常采用的
12、办法是用平衡阀芯或双阀座来解决。,阀杆在平衡阀芯处受力的平衡方程:P1S1P2S2= P1S2P2S1S1=S2时,阀杆不受前后压变化的影响。平衡阀芯直接作用式调压器的平衡方程: FjFD P2Fj / AD消除了进口压力P1对出口压力P2的影响,3.7流量特性: 流量Q 变化将引起P2的变化,我们常把这种关系称之为调压器的流量特性,流量特性好的调压器其抗Q流量干扰能力强。当进口压力P1不变的情况下。流量Q发生变化的原因是阀瓣与阀座的距离(即:阀口的开度)变化的结果,因此皮膜的工作位置要发生变化;弹簧的工作高度也发生了变化。,如图5所示, 在调压器的阀口开度L不同时,皮膜的有效面积Am和弹簧的
13、弹力Fj是不同的 弹簧的负荷力为:FJP-弹簧压缩变形量mm;P -弹簧刚度N/mm;簿膜受力: FDP2 Am平衡时:P2P/ Am,图5,随阀口开度增大,皮膜的有效直径增大,负载弹簧伸长,弹簧力减小.其结果是出口压力P2减小.如前面的流量曲线所示。随着流量Q的增加出口压力P2在减小。,3.7.1改善调压器的流量特性的方法: 为了改善流量特性,首先是,减小弹簧刚度或减小皮膜的有效面积的变化。 在设计调压器时必须控制弹簧的刚度,所以经常用户要求我们提供一种调节范围大的弹簧时, 常常无法办到的原因。所以对于不同的出口压力我们通常采用不同的弹簧去解决。 对于皮膜常让它工作在较低的位置,因为皮膜处于
14、低位时其有效,面积较大,而且在这一工作区时有效面积变化较小;必要时还要采用滚动皮膜,滚动皮膜的特点是在一定的行程内其有效面积基本保持一致。,3.8调节精度 调压器的精度综合的反映了调压器的流量特性和压力特性的优劣。 调压器的调节精度一般以相对于设定压力偏差的百分比来表示 (也有以相对于设定压力降落值来表示的) ,它等于出口压力偏离设定压力的偏差与设定压力的比值。 图7是比较典型的流量特性曲线,根据允许的上,下偏差画出与X轴的平行线a和b在两平行线 之间即为公差范围。,平行线b与该曲线的交点M的X轴的坐标就是该调压器的最大流量值。流量特性曲线斜率当然越小表明出口压力P2受流量变化的影响较小。 图
15、7,未加平衡阀芯的调压器在同样的设定压力下,进口压力P1变化将对出口压力P2产生影响 表现在流量特性曲线上将会向上或向下平移,平移越少压力特性越好。3.9影响调节精度的主要因素: 1.弹簧刚度 处于平衡状态时:FjFD K XP2 AD 设P21MPa P10N/mm 弹簧压缩量X110mm,设P20.9MPaP10N/mm 弹簧压缩量X19mmP5N/mm 弹簧压缩量X218mm即:当P=0.1MPa时X1=1mm X2=2mm 也就是说:出口压力变化0.1MPa(调压精度为10),要保持调压器的平衡状态,刚度为10N/mm的弹簧需位移1mm,刚度,为5N/mm的弹簧需位移2mm;刚度为10
16、N/mm的弹簧位移2mm,出口压力P2将变化0.2MPa(调压精度为20)。对于弹簧刚度为5N/mm的弹簧,使P2下降0.1MPa,调压器的打开程度将是弹簧刚度为10N/mm的弹簧的两倍,此时的调压器具有更大的流量,也就是它具有更小的压力偏差或更高精确度。,图8,3.10 皮膜面积 在实际情况下,皮膜面积随皮膜的游动将发生变化,它对精确度和压降幅度有着重要的影响。皮膜可以变形,这样就可以在弹簧额定的范围内能足够灵活地移动。随着它们位置的改变,它们的形状也会由于作用其上的压力而随之改变。考虑如图所示的例子,随着下游压力P2 的下降,皮膜,向下移动。在它下降的过程中,皮膜面积增加。增大的皮膜面积会
17、将P2的影响放大,因此更小的P2就可以使皮膜保持在原位。 这种现象被称为皮膜效应。皮膜效应将会使调压器的稳压精度提高,这是因为,P2所增加的变化不会引起弹簧压缩量或阀瓣位置相应变化。 增加皮膜面积会增加调压器的敏感性。在给定P2变化量的情况下,一个较大的皮膜,面积会产生更大的力。因此,在低压应用场合下,测量细小变化时,常使用到较大的皮膜面积。 但当皮膜大小确定后,我们希望在调压器工作时,皮膜面积的变化越小,这样调压器的调节精度越高, P2从1MPa降至0.9MPa时: FD1100100 N保持面积不变:FD10.910090 N面积增加:FD20.911099 N皮膜面积增加后,弹簧只对1
18、N 的变化作,出反应,因此,阀瓣的行程就很小。图11中的三条曲线总结了弹簧刚度、皮膜面积和阀口尺寸对压力流量曲线形状的影响。曲线A是典型调压器的参考曲线。曲线B表示增加皮膜面积或减小弹簧刚度所提高的调压器性能。曲线C表示增加阀口尺寸产生的影响。需要注意的是,阀口尺寸的增加同样也提供了更大的流量。但是,过大的阀口使调压器对于入口压力的波动更加敏感,性能不稳定,关闭压力升高。,图11,所以虽然直接作用式的调压器简单,但是却给我们两个难题: 1).随传感元件有效面积增大,与之相配的负载也将增大,当下游压力P2超过一定范围时将无法提供足够有负载力了。 2).由于需要在较大的行程范围工作,而在不同的行程
19、位置其有效面积也不同;同时负载弹簧力也随压缩量变化而变化.由于这两项误差叠加的结果使不利于提高直接作用式调压器精度。,3.11调压器性能 对于任何一个调压设备,通过检测其特征性能,就可以检验整个调压系统的工作情况。一般,图12所示的压力-流量曲线可较好地体现其性能。 图12,假设在保证任何进口压力、流量变化的情况下,调压器都能不改变下游压力P2而满足该新的流量(在其极限范围内)需求,从而就可以作出理想调压器的性能曲线。这样的曲线便可以作为衡量真实调压器工作性能的一般标准。 3.11.1压力设置点:设置点表示理想的恒定压力值。然而,没有一台调压器是完全理想的。图12中向下倾斜的线条表示一台真实的
20、直接作,用式调压器,压力P2是流量的函数。设置点可由调压器弹簧的初始压缩量来决定,通过调整弹簧的初始压缩量就可以改变弹簧释放的弹力,为了平衡该弹力,下游压力便会变为一个新的值,就可以确定一个新的设置点。 3.11.2压力偏差:压力偏差(比例带以及精确度)是用来描述下游压力随流量增加而下降到设置点以下的情况。压力偏差是在给定流量值的情况下,压力偏离设置点的量,它表示成设置点的百分数。对于使,用者来说,这一压降曲线是很重要的,因为它代表了调压器的调压(使用)性能。 3.11.3稳压精度:调压器的稳压精度由流量来决定。在相同的进出口压力、流量下,调压器的压力偏差越小,其稳压精度越高。调压器的性能曲线
21、(设置点)越接近理想曲线,该调压器就越精确。 3.11.4关闭压力:高于设置点的压力值,此时,调压器需要完全关闭,流量为零。在许多调压器中,阀口具有刀刃式的边缘,而阀瓣的密封,垫为柔软材质。软密封垫与阀口刀刃边缘接触以形成密封严实,就需要一额外的压力值Pb,该压力值就是关闭压力。 由于制造误差,阀座与阀瓣不可能完全吻合,阀瓣的密封垫是用柔软材质制造的,当进一步加力时相关的零件产生弹性变形,阀座与阀瓣就能完全吻合,所以要使调压器完全关闭就必须再增加一定的力使之完全关闭(完全无泄漏),关闭压力是以增加出口压力P2为代价产生的。,关闭压力是相对于出口压力P2的整定值而言的,一般以出口压力P2的百分比
22、表示。 如何降低空载关闭压力: 对于调压器制造厂商,无论在设计或制造各个环节都力图降低空载关闭压力.常用的措施是:提高零件的制造精度,提高装配的精度,阀瓣设计成可调结构。,3.12典型直接作用式调压器工作原理举例 图13中调压器的出口压力通过调节弹簧1设定。当调压器下游用气量增大时,出口压力P2有下降的趋势,此时,调节器下腔内的压力下降,使得主皮膜在调节弹簧1的作用下向下移动;在杠杆作用下,阀杆带动阀瓣1向右移动,使阀瓣1与阀口的开度加大,从而通过阀口的气体流量增加,维持下游压力的恒定。,当调压器下游用气量减小时,其作用与上述过程相反,直到调压器关闭为止。 切断阀启动压力通过调节弹簧2设定。当
23、调压器出口压力P2超过切断阀的设定压力值时,切断阀皮膜在P2的作用下向左移动,推动托盘组件克服调节弹簧2的作用力,使切断阀杆在复位弹簧的作用力下,带动阀瓣2向右快速移动,关闭阀口。切断阀需排除故障后,拉动外拉环使阀杆复位。,图13,3.13使用方法:3.13.1调压器出口压力设定 若需调节调压器出口压力,选择调节范围适当的调节弹簧。开启调压器后管线上检测口阀门,缓慢打开调压器前端进口阀门,用搬手慢慢旋动调节螺杆,使出口压力达到设定值(顺时针旋转调节,出口压力升高;反时针旋转调节,出口压力降低)。缓慢关闭检测口阀门,2分钟后检查此时压力表读数应为调压器的关闭压力。缓慢地稍微,打开调压器后端出口阀
24、门,停留片刻直到 出口压力设定气流稳定,再将调压器前、后阀门全部打开。 2.13.2切断阀启动压力设定: 当调整了调压器出口压力后,应相应调整切断阀的启动压力,启动压力为调压器出口压力的1.451.5倍。缓慢旋动调节旋钮,使启动压力达到设定值(顺时针旋转调节,启动压力增大;反时针旋转调节,启动压力减小)。按切断阀启动压力设定值检查方法重复检查三遍。,3.13.3切断阀的复位操作: 当切断阀切断后,应检查超压原因,经处理解决后,方能进行复位操作,方法如下:1)先关闭调压器的进、出口阀门;2)用手将切断阀杆拉出;3)确认切断阀杆已被锁上后,将手松开;4)缓慢开启进、出口阀门,如开启得太快切断器可能
25、再次启动 。3.13.4调压器关闭压力的检查:,缓慢关闭调压器出口端阀门,在调压器出口端检测口接压力表,并打开针形阀开关。三分钟后记录关闭压力值,检查是否在正常范围内。调压器关闭压力正常的情况下无须对调压器进行拆修。,3.13.5常见故障及处理方法:,四、间接作用式调压器,4.1间接作用式是由指挥器内出口压力和调压弹簧的相互作用调定一个负载压力来控制调压器主阀阀口的开度,从而改变调压器流通能力的大小。 指挥器的主要功能是为了增加调压器的敏感性。如果可以感应到下游压力P2的变化,再将它转化成P3 的更大变化值,这样调压器对于流量需求改变的相应程度(敏感性)将会增加。此外,压力,偏差也可以大大地减
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