李琦

摘 要：根據(jù)調(diào)壓器不同的類型，分析其結(jié)構(gòu)并對調(diào)壓器的工藝設計進行了研究，列舉了調(diào)壓器及切斷閥的多種配置方案并闡明各自的優(yōu)缺點，還對調(diào)壓器的主要配套設備進行了說明，對調(diào)壓器進行了深入的分析。

關鍵詞：燃氣輸配；調(diào)壓器；工藝設計

中圖分類號：TU996 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0125-03

Abstract： According to the different types of regulator， the structure of regulator is analyzed and the process design of regulator is studied. Various configuration schemes of regulator and shutoff valve are listed and their advantages and disadvantages are expounded. The main supporting equipment of regulator is also explained. The regulator is analyzed in depth.

Keywords： gas transmission and distribution； regulator； process design

調(diào)壓器是燃氣輸配系統(tǒng)中的關鍵設備，是安全供氣的重要保障。在長途輸管線[1]以及市區(qū)外環(huán)網(wǎng)，使用壓力級別類型較大的燃氣管道，市區(qū)內(nèi)部燃氣輸配管網(wǎng)運用壓力級別較小的燃氣管道。不管使用任何類型的燃氣系統(tǒng)，保證恒定供氣壓力是安全供應燃氣的重要保障之一，也是城市建設中十分重要的一個部分。

1 調(diào)壓器類型研究

一般情況下的調(diào)壓器有直接以及間接作用式兩類。直接作用式調(diào)壓器只通過敏感部件也就是薄膜部分來感知的出口位置壓力的改變情況，然后使用打開或關閉閥門的方法實施調(diào)整。敏感元件是傳動位置上接收壓力的部件。使得調(diào)節(jié)閥門轉(zhuǎn)動的力是被調(diào)介質(zhì)。在間接作用類型調(diào)壓器當中，燃氣出口位置壓力的改變讓操縱機構(gòu)動作，接通能源（外部能源，也能夠是被調(diào)介質(zhì)）讓調(diào)節(jié)閥門開啟或閉合。間接作用類型的調(diào)壓器的敏感元件以及傳動元件的受力部件是相分離的。

按照使用種類來進行劃分能夠分為區(qū)域調(diào)壓器、專用調(diào)壓器以及用戶調(diào)壓器。按照進出口壓力大小進行區(qū)分能夠分成高高壓級、高中壓級、高低壓級調(diào)壓器，中中壓級、中低壓級調(diào)壓器和低低壓調(diào)壓器。按整體結(jié)構(gòu)情況進行劃分能夠分為浮筒式及薄膜式調(diào)壓器，后者通過薄膜的類型又能夠分成重塊薄膜式以及彈簧薄膜式調(diào)壓器。

現(xiàn)在實際工程建設方面使用的調(diào)壓器類型很多，但都是從直接作用式和間接作用式兩種調(diào)壓器的原理和技術(shù)拓展出來的產(chǎn)品。大多數(shù)城鎮(zhèn)中低壓燃氣輸配管網(wǎng)主要使用自力式調(diào)壓器，下圖簡要列舉自力式調(diào)壓器的的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，自力式調(diào)壓器主要有主調(diào)壓器、指揮器、針型閥及連接管等部位[2]（見圖1）。

2 工藝設計研究

調(diào)壓裝置一般有一級或多級調(diào)壓形式。在調(diào)壓裝置工藝設計的過程中，首先要確定調(diào)壓器和切斷閥的配置方案，其次根據(jù)設計方案中的壓力和流量進行設備選型組裝。

基于新建管網(wǎng)和改擴建管網(wǎng)的調(diào)研資料和規(guī)劃方案，整理下游用氣負荷的工作壓力、流量、重要程度，調(diào)壓設施的調(diào)壓器及切斷閥可以采取以下多種配置方案：

（1）單臺調(diào)壓器；（2）單臺調(diào)壓器+切斷閥（或雙切斷閥）；（3）工作調(diào)壓器+監(jiān)控調(diào)壓器；（4）工作調(diào)壓器+監(jiān)控調(diào)壓器+切斷閥。

當中第（1）種方案可以用在新建或改擴建管網(wǎng)出口壓力較小、總量比較小、調(diào)壓器發(fā)生問題時所造成的影響較小、長時間有工作人員實施監(jiān)察或周期性監(jiān)察。此方案的突出特點是調(diào)壓操作起來較為簡單，節(jié)約占地面積和相關的成本投入，弊端是供氣穩(wěn)定性比較一般，調(diào)壓器產(chǎn)生問題時會干擾后續(xù)新建或者改擴建管網(wǎng)用戶的使用，造成不良的后果。

第（2）種方案能夠使用的范圍較廣，也能夠節(jié)約一定占地面積以及資金的投入，同時安全性能較高。雙切斷可以用在確保安全供氣的新建或改擴建管網(wǎng)方面。此方案不足之處是：如果電壓調(diào)整器不正常，它會迅速停止向下游管網(wǎng)用戶提供氣體。操作人員應實時檢查電壓調(diào)整器的工作狀態(tài)。如果產(chǎn)生切斷裝置工作的情況，就得在最快的時間里進行分析問題產(chǎn)生的原因，進行維修并復位。

第（3）種方案設有監(jiān)控調(diào)壓器，能夠使用的范圍相比起方案二而言更廣，只要監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定或運行工作人員定期巡檢，出現(xiàn)異?？焖偬幚恚湍軌虼_保下游管網(wǎng)的不間斷供氣。但是，需要注意的是，當調(diào)節(jié)器串聯(lián)時，工作電壓和監(jiān)測電壓調(diào)節(jié)器的容量約為單電壓調(diào)節(jié)器容量的75%。

第（4）種方案調(diào)壓操作比較復雜，資金的投入也比較多，然而同第（3）種方案相較而言，供氣穩(wěn)定性以及安全性能更好，適合用在壓力較高、流量較大、重要新建或改擴建管網(wǎng)。如果檢測系統(tǒng)正常，操作人員檢查到位，解決故障快速，那么這個方案相比起以上的三個方案而言，雖然是比較昂貴的方案但同時也是最為穩(wěn)定的一個方案[3]。

第（3）、（4）兩種方案均設有監(jiān)控調(diào)壓器，它大大的增強了供氣的可靠性，監(jiān)控調(diào)壓器實質(zhì)上是一個應急備用調(diào)壓器，當主調(diào)壓器異?；虺隹趬毫σ驗橄掠稳細鈹?shù)值的改變而干擾監(jiān)控調(diào)壓器設定的介入壓力數(shù)值的時候，監(jiān)控調(diào)壓器將取代主調(diào)壓器來實施運作，來達到連續(xù)、穩(wěn)定供氣的效果。監(jiān)控方式可區(qū)分為串聯(lián)式監(jiān)控調(diào)壓器（圖2）和并聯(lián)式監(jiān)控調(diào)壓器（圖3）。

串聯(lián)式監(jiān)控調(diào)壓器構(gòu)造簡單，投資小，并且能確保切斷壓力在工作范圍中，不同于并聯(lián)式監(jiān)測調(diào)壓器一般切斷壓力過高；但串聯(lián)式監(jiān)控調(diào)壓器供氣的可靠性、連續(xù)性不如并聯(lián)式的高，當設備需檢修時，必須停氣。另外，當工作調(diào)壓器出現(xiàn)異常導致出口壓力降低的情況時，此系統(tǒng)無法正常供氣。因此，串聯(lián)式監(jiān)控調(diào)壓系統(tǒng)一般用于供氣可靠性要求不高的邊緣管網(wǎng)用戶或者工業(yè)用戶，并聯(lián)式監(jiān)控調(diào)壓器一般用于居民管網(wǎng)用戶，和一些如玻璃窯爐及醫(yī)院鍋爐等重要工業(yè)、商業(yè)用戶。

3 配套設備研究

調(diào)壓裝置不僅只含調(diào)壓器，還涵蓋了圍繞燃氣壓力的變化及其效應而必須配置的預處理設備，預處理設備主要包括過濾及補償節(jié)流降溫預熱；也包含了為保證系統(tǒng)安全、安靜、可靠運行而設置的降噪、超壓切斷、放散及必要測量和控制儀表。

3.1 氣體的過濾及分離

在各級管網(wǎng)中，由于施工、檢修等各種原因造成燃氣介質(zhì)夾帶固體雜質(zhì)或者液體是不可避免的，而這些雜質(zhì)和液體一旦進入調(diào)壓、計量等精密設備時，必然會影響設備的正常運行及使用壽命。為此，調(diào)壓設備前均需設置固體或液體雜質(zhì)的捕捉和收集裝置。

在調(diào)壓器的上游，根據(jù)每個調(diào)壓器廠家的要求，一般選用精度為5～100μm 的過濾器，形式有兩類，即填料式和濾芯式，濾芯式過濾器如圖4所示。

過濾器通?？捎烧{(diào)壓器廠家配套供貨，在選擇過濾設備時必須分析最不良的使用情況，所謂的不良狀況的意思就是流量最大，進口壓力值最低的情況符合過濾、出口壓力的要求。對過濾器而言，必須安置差壓指示裝置，來分析過濾器材的污染情況來達到適時更換的目的。過濾分離設備開啟位置的安置應該要方便保證工作人員在開啟時無風險，對集液器而言，設備上面應當安置手動或者自動的排放部件，在某些時候可以再安裝一個廢液收集設備。

3.2 節(jié)流降溫預熱

天然氣節(jié)流降壓的過程會產(chǎn)生湯姆遜效應，有些高壓調(diào)壓站，天然氣壓降可能會超過4.0MPa，即溫降也會超過16℃。若當調(diào)壓器上下游，即舊管網(wǎng)和新建、改擴建管網(wǎng)之間壓降較大，應結(jié)合上游進氣溫度、下游管道、設備材料的選用決定在是否在調(diào)壓器前增設換熱裝置，將天然氣溫度一般補償至5℃左右，換熱裝置主要有電伴熱和熱水換熱，前者設置簡單，投資小，一般用于小流量的CNG減壓撬；后者投資大，但補償能力大，需設置專門的鍋爐房或水套爐。

3.3 超壓切斷、放散及必要測量和控制儀表

超壓切斷閥加超壓放散閥是目前調(diào)壓設施普遍采用的一種安全裝置組合方式。

超壓切斷閥是調(diào)壓設施的第一安全裝置，通常設于調(diào)壓器上游，由控制器、開關器伺服驅(qū)動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成，信號管與調(diào)壓器出口管路連接，在正常工況下常開。

超壓放散閥是調(diào)壓設施的第二安全裝置，通常設于調(diào)壓器下游，排放量一般為出口管段最大流量的1%～5%，其作用是在非故障引起的調(diào)壓器出口壓力升高的情況下，排出氣體泄壓，待壓力回穩(wěn)后關閉放散閥，以避免超壓切斷閥誤動作而切斷調(diào)壓線路；當調(diào)壓器真正故障發(fā)生時，由于超壓放散閥的開啟不足以泄壓，調(diào)壓器下游管網(wǎng)繼續(xù)升壓，當升壓至超壓切斷閥的設定壓力時，超壓切斷閥迅速動作并切斷氣流，待調(diào)壓器故障排除后手動復位。

同時，根據(jù)調(diào)壓裝置的規(guī)模、重要程度，調(diào)壓設施的上、下游管路分別設有相應的現(xiàn)場溫度、壓力儀表、閥位顯示及溫度、壓力、閥位遠傳，以方便現(xiàn)場操作及遠程控制。

3.4 旁通管

為了確保在調(diào)壓器維修的情況下保持持續(xù)供氣的效果，可以在調(diào)壓站內(nèi)安裝旁通管[4]。燃氣通過旁通管提供用戶時管網(wǎng)的壓力以及流量是依靠手動調(diào)控旁通管上的閥門來達到的。對高壓調(diào)壓裝置而言，為了方便調(diào)節(jié)，一般在旁通管上安裝兩個供工作人員操作的閥門。

挑選旁通管的管徑的時候，得依靠燃氣最小的進口壓力數(shù)值以及需要的出口壓力和新建、改擴建管網(wǎng)的最大負荷實施測算。旁通管的管徑一般是比調(diào)壓器出口管的管徑小2～3號。

4 結(jié)束語

燃氣輸配體系屬于綜合性的系統(tǒng)，其能夠保證向用戶輸送燃氣的過程中既經(jīng)濟方便又安全穩(wěn)定，達到給用戶帶來便利的同時也沒有相關的安全隱患。在穩(wěn)定方面，調(diào)壓器是燃氣輸配系統(tǒng)中的關鍵設備，可以將上游壓力減低到一個穩(wěn)定的下游壓力，是安全供氣的重要保障。因此，對調(diào)壓裝置運行工藝形式研究具有極其重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]于碧涌.燃氣調(diào)壓器數(shù)值模擬與試驗研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2007.

[2]楊蒙.燃氣調(diào)壓器故障診斷研究[D].北京：北京建筑工程學院，2012.

[3]李永威，楊永慧，楊炯，等.燃氣調(diào)壓站設計有關問題的探討[J].煤氣與熱力，2004（9）：25-26.

[4]楊富強.淺談城市燃氣管道安裝、實驗與管網(wǎng)調(diào)壓配套設施[J].建筑·建材·裝飾，2010（7）：69-71.