上海飛奧燃氣設備有限公司 施漢龍 石麗麗

鍋爐用調(diào)壓器穩(wěn)定性解決方案探討

上海飛奧燃氣設備有限公司 施漢龍 石麗麗

調(diào)壓器是燃氣輸配供應系統(tǒng)的主要設備，它的穩(wěn)定性關(guān)系到燃氣管網(wǎng)的安全，通過對調(diào)壓系統(tǒng)的模擬工況實驗，找到影響調(diào)壓器穩(wěn)定性的主要因素，得出初步解決方案，分析并得出增加管容、設置一定數(shù)量的放散閥、調(diào)節(jié)鍋爐的PLC系統(tǒng)是三種有效的方法。

調(diào)壓器 穩(wěn)定性 關(guān)閉時間 管容 放散閥 PLC系統(tǒng)

0 引言

燃氣調(diào)壓站是燃氣輸配供應系統(tǒng)的主要設備，調(diào)壓器的穩(wěn)壓精度、關(guān)閉壓力、響應時間以及緊急切斷閥的切斷壓力精度、響應時間是其安全運行的關(guān)鍵。對于燃氣鍋爐來說，在鍋爐本體達到溫度或燃氣泄漏報警后，鍋爐前置的電磁閥關(guān)閉瞬間，經(jīng)常會碰到緊急切斷閥先于調(diào)壓器動作并切斷的情況。此時，電磁閥再次開啟時，燃氣調(diào)壓站也無法恢復供氣，若要恢復供氣，需要通知燃氣公司，查明原因后才能開啟緊急切斷閥，恢復供氣。這樣勢必會影響燃氣的正常供應，在給燃氣公司和用戶都帶來不便的同時也會照成經(jīng)濟上的損失。

1 原因分析及試驗

在上述情況下，引起緊急切斷閥切斷的原因，有兩種觀點：

觀點一：引起管道內(nèi)壓力瞬間升高的原因是由于鍋爐燃燒器的電磁閥關(guān)閉速度極快，繼續(xù)有一定量的氣體涌入，然后形成氣體反沖——即“浪涌”造成。

觀點二：調(diào)壓器的響應時間相對電磁閥的關(guān)閉時間要長很多，使得上游的大量燃氣進入到調(diào)壓器和電磁閥之間管段內(nèi)，造成該管段內(nèi)的壓力瞬時升高造成。

為了對上述兩種觀點進行驗證，我們專門設計了一個專用單向閥(上蓋裝有透明視窗可以觀察內(nèi)件的動作情況)安裝在調(diào)壓器和電磁閥中間進行試驗，實驗流程圖見圖1。

由圖1可知，若第一種觀點成立，電磁閥關(guān)閉后，氣體處于倒流狀態(tài)，因為單向閥能起到防止氣體反沖的作用，所以單向閥會關(guān)閉并使切斷閥不會動作和切斷。

圖1 單向閥防氣體反沖流程

試驗過程：

(1)關(guān)閉緊急切斷閥及電磁閥，從A8的測試球閥處充氣7 kPa，并保壓10 min后，觀察單向閥前壓力表，顯示為無壓力；打開A5的測試球閥，無氣流。說明該單向閥在7 kPa時能反向密封。

(2)向調(diào)壓器前充氣至壓力p1=0.4 MPa，調(diào)整緊急切斷閥啟動壓力10 kPa，調(diào)壓器出口壓力7 kPa。

①將序號為A10的截止閥開至一定的開度，并打開電磁閥。

②通氣運行2 min后，迅速關(guān)閉電磁閥，單向閥的前后壓力表讀數(shù)均上升為 21.8 kPa(為原出口壓力的3～4倍，見圖2)，緊急切斷閥切斷，過程中單向閥始終保持在開啟狀態(tài)。

圖2 電磁閥緊急關(guān)閉時出口壓力曲線(不帶放散)

③再次打開電磁閥，通氣運行2 min后，將電磁閥設定為延遲關(guān)閉 3.75s，出口壓力保持于7.6kPa(見圖 3)。

圖3 電磁閥延遲關(guān)閉3.75 s時出口壓力曲線

試驗結(jié)論：

(1)電磁閥關(guān)閉后引起緊急切斷閥動作的原因是調(diào)壓器的響應時間相對電磁閥的關(guān)閉時間要長，而非氣體的反沖。

(2)延遲電磁閥的關(guān)閉時間，能起到預防緊急切斷閥誤動作的作用。

2 解決方法分析

2.1 改變電磁閥的控制方式

通過對多種鍋爐前置電磁閥的分析，發(fā)現(xiàn)一般鍋爐均采用慢升快關(guān)式電磁閥，即主電磁閥打開時緩慢升起，以防止氣流沖擊過大，吹滅火焰。當關(guān)閉時在電磁閥內(nèi)部的彈簧作用下，瞬時關(guān)閉。

因電磁閥的關(guān)閉時間一般均設定為不大于1 s，遠小于調(diào)壓器的響應時間，故緊急切斷閥才會關(guān)閉。所以我們覺得延遲電磁閥的關(guān)閉時間能起到預防緊急切斷閥誤動作的作用，可以采取兩種方式：

(1)對于由 PLC控制的電磁閥，則可以通過對PLC的設置，緩慢關(guān)閉電磁閥，把調(diào)壓器延遲關(guān)閉輸送的燃氣燒掉，管道內(nèi)壓力就不會升高。

(2)對于不是由 PLC控制的電磁閥，則需要在伺服馬達線路上作一些改動，使燃燒器轉(zhuǎn)入小火狀態(tài)下燃燒，然后再關(guān)閉電磁閥。

當然，上述兩種情況均需要聯(lián)合鍋爐廠家對燃燒器的接線圖紙進行改動。

2.2 增加管容

從上述試驗中，我們知道：由于調(diào)壓器的響應時間大于電磁閥的關(guān)閉時間，在電磁閥關(guān)閉到調(diào)壓器關(guān)閉這段時間內(nèi)，還會有大量的燃氣進入到調(diào)壓器后至電磁閥之間的管路內(nèi)。而進入該管段燃氣的體積是和調(diào)壓器前后的壓差、調(diào)壓器的響應時間、調(diào)壓器后管路的管容有關(guān)。

(1)在管容確定的情況下，進出口壓差越大、調(diào)壓器響應時間越長，則出口壓力上升幅度越大。

(2)在進、出口壓力和調(diào)壓器均已確定的情況下，管容越大，則出口壓力上升幅度越小。所以，增加管容能有效減少出口壓力升高的幅度。

意大利飛奧對于鍋爐用戶，有如下設計管容的經(jīng)驗方法。

當出口壓力小于0.5 MPa且不小于0.01 MPa時，所需管容：

當出口壓力小于0.01 MPa時，所需管容：

式中：V——調(diào)壓站至電磁閥間的管容，m3；

繼續(xù)實施中央財政小農(nóng)水重點縣、規(guī)?；?jié)水灌溉、重點中型灌區(qū)節(jié)水改造等重點項目建設。按照正在編制的 《天津市灌溉發(fā)展總體規(guī)劃（2011—2020 年）》，到 2020 年，天津市農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉全部實現(xiàn)，節(jié)水灌溉面積將達到512萬畝，灌溉水利用系數(shù)達到0.73以上。2014—2020年，規(guī)劃投資33.4億元，新增節(jié)水灌溉面積246萬畝，改善節(jié)水灌溉面積88萬畝。2021—2025年，需進一步加大噴微灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)推廣力度，再規(guī)劃建設噴微灌20萬畝，估算投資4億元，才能使灌溉水利用系數(shù)達到0.8以上的目標，達到目前發(fā)達國家水平。

Q——調(diào)壓站公稱流量，m3/h；

p——絕對壓力，MPa。

以5 kPa和20 kPa的出口壓力進行管容計算后得出的所需管道長度值見表1。

表1 不同流量、壓力、通徑下所需管道長度

通過以上理論分析及計算，得出一般的管容所需管道長度在30～80 m。

2.3 放散閥的研究及實驗

考慮到常規(guī)鍋爐用調(diào)壓站的放散閥是微量放散，所以在實驗設計時考慮預留了5個放散閥接口，供實驗調(diào)整用，并在飛奧公司調(diào)壓(閥門)檢測實驗室做了多次測試。測試系統(tǒng)見圖4。

圖4 放散閥測試系統(tǒng)

測試過程模擬工況條件：

p1=0.1～0.4 MPa，p2=7 kPa，Q=1 000 m3/h，手動切斷閥，切斷閥切斷過程小于1 s。

此過程中，沒有開啟放散閥時，p2的最大值為p2max=21.02 kPa，調(diào)壓器切斷。

此過程中，開啟1個放散閥時，p2的最大值為p2max=12.03kPa，調(diào)壓器切斷。

此過程中，開啟2個放散閥時，p2的最大值為p2max=9.96 kPa，調(diào)壓器不切斷。

此過程中，開啟3個放散閥時，p2的最大值為p2max=9.13 kPa，調(diào)壓器不切斷。

測試得出以下結(jié)論：在調(diào)壓器下游增加放散閥來抑制壓力突然上升，效果明顯。通過實驗數(shù)據(jù)，設置1個放散閥就可抑制壓力上升，考慮到實際應用可設置3～4個放散閥應對不同出口壓力的情況。

由此可知，在調(diào)壓器下游增加放散閥組可抑制調(diào)壓器出口壓力的突然上升。

放散出來的燃氣可以收集，引導至鍋爐燃燒，不直接排空，安全可靠，同時不影響計量。

在調(diào)壓器后管道上增加放散閥的結(jié)構(gòu)在香港海洋公園和上海岳陽醫(yī)院的調(diào)壓設備上進行了實際應用，效果非常明顯，調(diào)壓器的穩(wěn)定性得到了保障，下圖5和6分別是海洋公園實例的照片。

圖6 海洋公園噴火設備

香港海洋公園要求的是一個大型噴火項目，需要營造出絢爛的噴火效果，比如瞬間大勢噴火、火勢頻繁變換、短時反復噴火、熄火迅速等，這就要求噴火項目用燃氣調(diào)壓系統(tǒng)必須能滿足供氣迅速、頻繁供氣、流量變換和調(diào)壓穩(wěn)定等特殊要求。針對該項目的特點，我們調(diào)壓工藝系統(tǒng)在增加了一定管容的基礎上，同時設置4組放散閥，既滿足迅速供氣，又保證流量頻繁變化、突然停止供氣等工況要求。

3 結(jié)語

通過上面的理論研究和實驗，可以得出：

(1)調(diào)壓器切斷閥關(guān)閉的主要原因并不是下游的氣體反沖造成的壓力上升,而是調(diào)壓器啟閉件的反應時間(3～4 s)比用戶端閥門的切斷時間(1 s)長，以至于切斷后調(diào)壓器的上游還有大量氣體流向下游，在下游管容小時會有壓力突然上升的現(xiàn)象出現(xiàn)，因此造成了調(diào)壓器切斷閥的自動切斷。

(2)確保燃氣運營系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，滿足鍋爐設備的安全供氣，是燃氣調(diào)壓系統(tǒng)必須具備的性能要求。解決由于用戶端閥門關(guān)閉而造成的調(diào)壓器切斷閥自動切斷這個問題，主要有調(diào)節(jié)用戶端電磁閥控制系統(tǒng)、增加管容、設置放散閥三種方法。

①調(diào)節(jié)用戶端電磁閥控制系統(tǒng)，對整個燃氣工藝系統(tǒng)的改造最小，對原設備場地沒要求，而且最簡便。因此，如果電磁閥是由PLC控制的，優(yōu)先采用此方法。

②設置放散閥，對整個燃氣工藝系統(tǒng)的改造較小，對原設備場地沒要求，而且也比較簡便。因此，在鍋爐電磁閥不是PLC控制的情況下，像北京、上海等大城市優(yōu)先采用此方法。

③增加管容，對整個燃氣工藝系統(tǒng)的改造最大，對原設備場地有一定空間要求，而且比較復雜，工作量大，對三、四線城市或者工業(yè)用戶，場地問題不是很敏感的場所可考慮采用此方法。

Discussion on the Solution of Boiler Regulator Stability

Shanghai Fiorentini Gas Equipment Co., Ltd Shi Hanlong Shi Lili

Regulator is the main equipment in gas transmission and distribution system, whose stability is highly related to the security of gas pipelines. Through the simulation experiment of regulating system under working conditions, this paper finds out main factors affecting the stability of regulator, arrives at a preliminary solution,analyzes and draws a conclusion that increasing pipe capacity, setting a certain amount of relief valves, adjusting the boiler PLC system are three effective ways.

regulator, stability, close time, tube capacity, relief valve, PLC system