火炬調(diào)壓器及調(diào)壓器后緩沖管段的選擇

摘 要

摘要：燃氣調(diào)壓器在出口負荷突然增大時，調(diào)壓器出口壓力會在很短的時間內(nèi)大幅降低，可能會引起火炬燃燒狀況不良：通過調(diào)壓器選型及合理設置緩沖管段，可以有效控制調(diào)壓器出口壓力的大
摘要：燃氣調(diào)壓器在出口負荷突然增大時，調(diào)壓器出口壓力會在很短的時間內(nèi)大幅降低，可能會引起火炬燃燒狀況不良：通過調(diào)壓器選型及合理設置緩沖管段，可以有效控制調(diào)壓器出口壓力的大幅降低，增加火炬燃燒的穩(wěn)定性。
關鍵詞：調(diào)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(qū)域的管網(wǎng)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(wǎng)必須經(jīng)過燃氣調(diào)壓設備調(diào)壓后方可供應火炬使用。調(diào)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(diào)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(diào)壓器的選擇
   調(diào)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(diào)壓器
    直接作用式調(diào)壓器是由敏感元件(即薄膜)、傳動部件(閥桿)和調(diào)節(jié)機構(閥門)等部件組成。當調(diào)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(fā)生變化，從而導致燃氣流量變化，調(diào)壓器出口壓力回復到原來給定的數(shù)值。
    直接作用式調(diào)壓器主要為小型調(diào)壓器，其通過流量較小，一般只用于中低壓調(diào)壓，通過流量較大時，穩(wěn)壓效果較差。
1.2 間接作用式調(diào)壓器
間接作用式調(diào)壓器有主調(diào)壓器和指揮器組成，指揮器的出口與調(diào)壓器的膜下腔相連通。當調(diào)壓器出口壓力變化時，指揮器閥門動作，指揮器出口發(fā)生變化，主調(diào)壓器膜下腔壓力隨之發(fā)生變化，致使主調(diào)壓器閥門動作，流量發(fā)生變化，調(diào)壓器出口壓力恢復到給定值。
    間接作用式調(diào)壓器流通能力較大，穩(wěn)壓效果較好，在門站、區(qū)域調(diào)壓站及大型用戶采用此種調(diào)壓器。
1.3 調(diào)壓器的響應時間
    直接作用式調(diào)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(diào)節(jié)閥口開度，響應時間較短，可以在1s內(nèi)響應：間接作用式調(diào)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(diào)壓器進行閥口開度的調(diào)節(jié)，故間接作用式調(diào)壓器通常比直接作用式調(diào)壓器響應時間要長，需要3s以上。由于不同廠家調(diào)壓器采用的定壓彈簧性能不同，相同形式調(diào)壓器間響應時間也會相差較大。
1.4 火炬調(diào)壓器的選擇
    火炬調(diào)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(diào)壓器。
1.5 調(diào)壓器的其它配置
    火炬調(diào)壓器采用意大利飛奧進口產(chǎn)品，設計兩路調(diào)壓裝置，單路供應就能滿足火炬用氣
量。設置數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)，對調(diào)壓器進出口壓力、溫度及泄漏監(jiān)測實時傳輸?shù)秸{(diào)度系統(tǒng)?？紤]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(diào)壓器后壓力發(fā)生變化，此時調(diào)壓器在定壓彈簧的作用下，逐漸開啟調(diào)壓器閥口。從定壓彈簧發(fā)揮作用到完全啟動調(diào)壓器閥口，需要一定的響應時間(t)，而這段時間內(nèi)調(diào)壓器后管段內(nèi)的燃氣壓力將發(fā)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(diào)壓器后設置緩沖管段，可以有效地緩解因調(diào)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(diào)壓器的響應時間是由調(diào)壓器的形式、彈簧特性等調(diào)壓器的固有特性等決定，當我們選定調(diào)壓器后，其響應時間是不能改變的，故在調(diào)壓器出口與火炬之間設置適當?shù)木彌_管段，有利于緩解火炬瞬間點火時引起調(diào)壓器后燃氣壓力的變化，從而保證火炬的正常燃燒。
3.1 調(diào)壓器的主要參數(shù)
   (1) 進口壓力P1
   中壓管網(wǎng)壓力，一般在0.1MPa～0.4MPa之間；
    (2) 出口壓力P2
    調(diào)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(diào)節(jié)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(diào)壓器閥口所需時間，有調(diào)壓器的形式、定壓彈簧的特性等決定；
    (5) 穩(wěn)壓精度
    一簇靜特性線上，工作范圍內(nèi)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(wěn)壓精度等級
   穩(wěn)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(diào)壓器前后壓力較低，可應用理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT來分析。
    火炬點燃前調(diào)壓器后管道內(nèi)燃氣初始數(shù)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(diào)壓器開始動作到完全開啟的響應時間內(nèi)，管道內(nèi)燃氣減少量為：
   Q=q×t    (2)
   減少的燃氣數(shù)量為：
   n=P0×Q/RT=P0×q×t/RT    (3)
   火炬點火瞬間到調(diào)壓器閥口完全打開前，調(diào)壓器后管段內(nèi)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(jù)火炬廠家提供的參數(shù)，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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(guī)定鍋爐、直燃機用調(diào)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(nèi)。作為火炬點燃瞬間同鍋爐啟動狀態(tài)相似，在選擇火炬調(diào)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(diào)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)