火炬調壓器及調壓器后緩沖管段的選擇

摘 要

摘要：燃氣調壓器在出口負荷突然增大時，調壓器出口壓力會在很短的時間內大幅降低，可能會引起火炬燃燒狀況不良：通過調壓器選型及合理設置緩沖管段，可以有效控制調壓器出口壓力的大
摘要：燃氣調壓器在出口負荷突然增大時，調壓器出口壓力會在很短的時間內大幅降低，可能會引起火炬燃燒狀況不良：通過調壓器選型及合理設置緩沖管段，可以有效控制調壓器出口壓力的大幅降低，增加火炬燃燒的穩定性。
關鍵詞：調壓器；響應時間；緩沖管段
    第十一屆全國運動會在山東舉行，濟南作為十一運會的主會場。濟南港華承擔了全運會火炬燃氣供應、能源中心及運動員村等全運場所的所有燃氣的供應任務。其中火炬保供作為重中之重。
    濟南港華全運會場所供氣區域的管網供氣壓力為0.1～0.4MPa，火炬制造商西安恒浦體育科技工程有限公司提供火炬，火炬的正常使用壓力為30～50KPa，所以，中壓管網必須經過燃氣調壓設備調壓后方可供應火炬使用。調壓器的選擇是關系到火炬能否正常燃燒的關鍵，同時，作為火炬瞬間點火時燃氣流量很大，調壓器后適當設置緩沖管段對火炬的正常燃燒起著十分重要的作用。
1 調壓器的選擇
   調壓器按照作用原理不同，通常分為直接作用式和間接作用式兩種。
1.1 直接作用式調壓器
    直接作用式調壓器是由敏感元件(即薄膜)、傳動部件(閥桿)和調節機構(閥門)等部件組成。當調壓器出口壓力變化時，薄膜上下的壓力差推動閥桿移動，使閥口開度發生變化，從而導致燃氣流量變化，調壓器出口壓力回復到原來給定的數值。
    直接作用式調壓器主要為小型調壓器，其通過流量較小，一般只用于中低壓調壓，通過流量較大時，穩壓效果較差。
1.2 間接作用式調壓器
間接作用式調壓器有主調壓器和指揮器組成，指揮器的出口與調壓器的膜下腔相連通。當調壓器出口壓力變化時，指揮器閥門動作，指揮器出口發生變化，主調壓器膜下腔壓力隨之發生變化，致使主調壓器閥門動作，流量發生變化，調壓器出口壓力恢復到給定值。
    間接作用式調壓器流通能力較大，穩壓效果較好，在門站、區域調壓站及大型用戶采用此種調壓器。
1.3 調壓器的響應時間
    直接作用式調壓器出口壓力變化直接反映給敏感元件薄膜，指揮閥桿來調節閥口開度，響應時間較短，可以在1s內響應：間接作用式調壓器出口的壓力變化需先通過指揮器，再由指揮器指揮主調壓器進行閥口開度的調節，故間接作用式調壓器通常比直接作用式調壓器響應時間要長，需要3s以上。由于不同廠家調壓器采用的定壓彈簧性能不同，相同形式調壓器間響應時間也會相差較大。
1.4 火炬調壓器的選擇
    火炬調壓器在點火瞬間即能達到額定流量，所以應該選擇響應時間較短的直接作用式調壓器。
1.5 調壓器的其它配置
    火炬調壓器采用意大利飛奧進口產品，設計兩路調壓裝置，單路供應就能滿足火炬用氣
量。設置數據采集與監測系統，對調壓器進出口壓力、溫度及泄漏監測實時傳輸到調度系統。考慮到火炬在燃燒期間不能熄滅，未設超壓切斷裝置，只加設超壓放散裝置。
2 緩沖管段的作用
    當火炬點火瞬間，調壓器后壓力發生變化，此時調壓器在定壓彈簧的作用下，逐漸開啟調壓器閥口。從定壓彈簧發揮作用到完全啟動調壓器閥口，需要一定的響應時間(t)，而這段時間內調壓器后管段內的燃氣壓力將發生較大變化，可能導致火炬不能正常燃燒。如果燃氣壓力下降到火炬的最低供應壓力時，火炬可能會熄滅。在調壓器后設置緩沖管段，可以有效地緩解因調壓裝置在火炬瞬間點火時燃氣壓力的變化，從而保證火炬的正常燃燒。
3 緩沖管段的選擇
    因調壓器的響應時間是由調壓器的形式、彈簧特性等調壓器的固有特性等決定，當我們選定調壓器后，其響應時間是不能改變的，故在調壓器出口與火炬之間設置適當的緩沖管段，有利于緩解火炬瞬間點火時引起調壓器后燃氣壓力的變化，從而保證火炬的正常燃燒。
3.1 調壓器的主要參數
   (1) 進口壓力P1
   中壓管網壓力，一般在0.1MPa～0.4MPa之間；
    (2) 出口壓力P2
    調壓器的出口壓力；
    (3) 出口的設定壓力P2S
    用氣設備所需壓力與管線阻力損失之和，通過調節定壓彈簧進行設定；
    (4) 響應時間
    從定壓彈簧開始動作到完全啟動調壓器閥口所需時間，有調壓器的形式、定壓彈簧的特性等決定；
    (5) 穩壓精度
    一簇靜特性線上，工作范圍內出口壓力實際值與設定壓力間偏差的最大正偏差和最大負偏差的絕對值的平均值對設定壓力的百分比值；
   (6) 穩壓精度等級
   穩壓精度的最大允許值乘以100；
   (7) 用氣設備標況小時用氣量Q0(Nm3/h)；
   (8) 標準大氣壓P0；
   (9) 絕對大氣壓Pj；
3.2 緩沖管段的計算分析
    因調壓器前后壓力較低，可應用理想氣體狀態方程PV=nRT來分析。
    火炬點燃前調壓器后管道內燃氣初始數量為：
   n0=P2Sj×V0/RT   (1)
   火炬燃燒時單位時間流量為q，m3/s
    q=Q0/3600
    調壓器開始動作到完全開啟的響應時間內，管道內燃氣減少量為：
   Q=q×t    (2)
   減少的燃氣數量為：
   n=P0×Q/RT=P0×q×t/RT    (3)
   火炬點火瞬間到調壓器閥口完全打開前，調壓器后管段內的壓力Ph為：
    Phj=(n0-n)×RT/V0    (4)
    將n0、n、Q分別代入得到：
    Phj=P2Sj-P0Q0t/3600V0    (5)
即：Ph=P2S-P0Q0t/3600V0    (6)
3.3 緩沖管段的計算
    根據火炬廠家提供的參數，火炬正常燃燒壓力范圍為30～50KP即：0.6Pg～Pg之間能夠正常燃燒。所以：
    Ph=P2S-P0Q0t/3600V0≥0.6Pg，
    即緩沖管段的容積為：
    V0≥P0Q0t/3600/(P2S-0.6Pg)    (7)
    火炬正常燃燒時的流量為2500m3/h，調壓器出口設定的壓力為40KPa，火炬的最大工作壓力為50KPa，選用直接作用式調壓器(響應時間t=1s)，計算可得：
   V0≥101300×2500×1/3600/(40000-30000)即：V0≥7.035m3。
    如果選用DN300的管道，管線長度為99.5m。為慎重起見，預留20%的余量，火炬調壓器后DN300的管道選用120m。通過與飛奧廠家詳細的溝通，廠家建議調壓器后的緩沖管段容積為火炬流量的3‰到5‰，即7.5m3～12.5m3之間，與計算結果基本吻合。
    港華集團DM11明確規定鍋爐、直燃機用調壓器必須滿足設備急開急停的使用需要，其結構設計應能達到快速開啟及快速關閉的要求；完全關閉時間應在1s以內。作為火炬點燃瞬間同鍋爐啟動狀態相似，在選擇火炬調壓器時，除滿足用氣量、用氣壓力及可靠供氣以外，也應該考慮調壓器的響應時間盡量短，合理設置緩沖管段，才能更好的保證火炬的正常燃燒。
 
(本文作者：郭廷進 濟南港華燃氣有限公司 山東濟南 250014)