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调压供气系统不间断设计分析
2019-06-11

介绍


燃气调压站是城市燃气输配系统的重要设施之一。随着各用户对燃气质量要求的不断提高,燃气调压站的安全、经济、可靠运行将成为燃气安全工程的重要课题之一。如何保证工期的连续性,不仅是燃气企业利益连续性的保证,也是燃气供应商在签订工期合同后履行合同的义务和责任。对于一些工期要求较高的用户(尤其是工业企业),短时间停工会带来巨大的损失,给供气和勇气带来诸多矛盾,甚至会使之成为法律。大多数时候,我们只能依靠气压调节设备本身的可靠性,而缺乏主动式气压调节系统的针对性设计。


2.不间断压力调节和供气方案


一个完整的气体压力调节系统至少应包括一个入口截断阀、一个紧急切断阀、一个压力调节器和一个出口截断阀。当调压器出现故障时,紧急切断阀感应过压或压力损失并切断,该回路的调压系统停止工作。对于生产中不允许停止供气的用户,这种供气方式形式单一,风险高,难以实现无人值守。


不间断调压供气应符合以下要求:


(1)当作业道路出现故障或下游用气量突然增加,导致出口压力过低时,备用道路可在自动不停站的情况下补充作业气体供应;


(2)当作业道路出现故障时,如果出口压力升高,作业道路上的超压切断阀动作,作业道路关闭时备用道路可以自动投入运行(注意:当出口压力升高时,备用道路上的超压切断阀不能动作。)


(3)上述(1)和(2)中的过程不能通过电子或电气设备或通过持久的调节和控制来实现,并且必须在来自调压站的电源中断时仍然运行。


目前,国内外主要通过工作监控调压和一次运行一次备用两个调压过程来保证气体调压系统的安全。首先对以下两种方案进行了比较和讨论。


2.1工作监控、压力调节和供气系统


工作监控和压力调节系统的设计已被普遍接受和接受,并已广泛应用于一些关键的气体输配系统中。顾名思义,工作监控压力调节器由工作压力调节器和监控压力调节器组成。监控压力调节器位于工作压力调节器的上游和经济截止阀的下游。其出口压力设定点高于工作压力调节器,低于紧急切断阀过压切断阀。当压力调节系统正常工作时,监控压力调节器处于全开状态,因为设定点高于工作出口压力,这不会妨碍工作压力调节器的正常工作。当工作压力调节器出现故障时,下游压力上升并达到监控压力调节器的设定值,监控压力调节器开始工作以将下游压力保持在监控压力调节器的控制范围内。


工作监控和电压调节的设计需要几个有效的先决条件。首先,调压器的设计是失效开放(Fail Open)结构,即调压器在失效后完全开放。只有当工作电压调节器在故障后完全打开时,监控电压调节器才能起作用。其次,监控调压器必须处于监控状态,这意味着其出口压力的设计值必须高于工作调压器的设定值。具体设定值根据不同调压器的性能而变化,并取决于调压器的调压精度和工作范围。同时,下游用户可以接受一定压力范围内的波动。另一方面,调压器不是全直径装置,即使是轴流式调压器也会阻碍流动,并在一定程度上带来一定的压力损失。因此,在设计监测电压调节的工作时,必须考虑由电压调节器串联引起的流量损失和压力损失增加的问题。这使得作业监控压力调节的设计不适用于低压差调节系统和下游用户要求压力波动范围*小的压力调节系统。


目前,天然气短缺时有发生。在气体供应的初始阶段,入口压力通常较低。压力调节系统在一定程度上起到稳定压力的作用。如果此时使用监测工作来调节压力,由于压力调节器的串联结构,流量和出口压力必然会在一定程度上被牺牲。


2.2一用一备供气系统


为了防止单通道供气因故障或维护而停机,双通道供气结构越来越多地被用来代替单通道供气和单通道供气结构。备用回路采用与工作回路相同的设计,包括过滤器、截断阀(球阀或蝶阀)、紧急切断阀和压力调节器。备用回路的安装位置与工作回路平行,共用相同的入口和出口。并联可通过弯头三通或歧管插管实现。虽然备用回路用于备用,但这并不意味着备用回路的前、后切断阀关闭。相反,备用回路与工作回路相同,前后切断阀始终处于全开状态。这样做的目的是当工作电路被切断时,使备用电路能够在没有任何外力的情况下自动进入工作状态。正如当监控电压调节器的设定点高于工作电压调节器的设定点时,监控电压调节器处于完全打开状态,相反,通过设置备用电路电压调节器的设定值来抵抗工作电路电压调节器,备用电路电压调节器可以在正常工作时处于关闭状态。即使备用回路的前切断阀和后切断阀完全打开,压力调节器也会起到切断阀的作用,并且备用回路中不会有气体循环。


这种压力调节系统的主要功能如下:(1)当其中一个定期维护或修理时,另一个可以完全承担向下游供气的任务,而不影响下游用户对连续供气的需求;(2)当下游用户用气量突然增加,工作通道的单通道供气不能满足下游用气量的需求时,下游压力会相应降低。当备用通道电压调节器检测到下游压力抵抗其自身设定值时,它将自动启动。两个通道同时向下游供气,实现自动增加通道的功能。(3)当工作回路压力调节器因故障完全打开时,上游高压气体迅速流向下游,造成下游瞬时超高。当压力超过工作回路截止阀的设定点时,工作回路的紧急截止阀切断气源,工作回路停止向下游供气。当下游继续使用气体时,当下游压力抵抗备用电路电压调节器的设定值时,备用电路电压调节器将被自动激活,并且使用气体的整个过程是连续和不间断的。


看来一用一备供气模式具有完全独立的供气、扩径和供气功能,为维修提供了充足的时间。然而,对该系统备用回路自动启动过程的仔细分析仍然揭示出一个重大缺陷:由于并联安装,共用出口,无论是工作回路还是备用回路的经济截止阀传感端口和压力调节器传感端口的位置,都是压力调节器享有的校友;由于工作回路和备用回路的下游截止阀都处于全开状态,当下游压力超过经济截止阀的值时,工作回路和备用回路的紧急截止阀设定过压截止阀动作。如果是这样,即使下游压力下降到备用回路调节器的设定值,备用炉也不能承担自动供气的功能,因为紧急切断阀切断了气源。一用一备的结构实际上是无用的,不能减弱以确保自动供气的连续性。


为了解决这种情况,我们通常选择设置备用道路的紧急切断阀切断压力高于工作道路的紧急切断阀切断压力。由于工作道路的故障,由于气体瞬间通过工作道路流向下游,压力会突然升高。备用道路紧急切断阀的切断压力不仅略高于工作道路的设定点,还高于下游安全泄压阀的泄压,以确保备用道路在任何情况下都不会被误切断。因此,备用道路的紧急切断阀不能发挥其自身的安全紧急切断阀作用。


3.自动选线调压系统的设计


在分析再运行监控调压系统和一用一备调压系统一般问题的基础上,可以在上述不间断调压供气的基础上,设计一种自动调压路由系统。自动选路系统是一种一用一备调压结构的升级系统。主要用于实现当作业道路发生故障时,作业道路上的超压切断阀将发挥作用。当运行道路关闭时,备用道路可以自动投入运行。当出口压力升高时,备用道路上的超压切断阀无法补充和完善左永世上诉一用一备调压系统的缺陷。


自动选路系统的设计基于一用一备的调压结构,也可以应用于多通道调压器的结构中。主要适用于对工期要求较高的地方,以保证工期连续不间断。对于单回路调压或单向旁路调压结构,不存在备用回路截止阀误关的问题。如上所述,一用一备机构由两个完全相同设计的压力调节回路并联组成。工作回路和备用回路由截断阀、过滤器、紧急切断阀和调压器组成。自动路线选择系统的设计不会改变这种结构。所谓的自动选路系统是通过在一用一备调压结构的接点上增加自动选路设备来实现的。


压力调节自动路径选择的设计灵感来自于这样一个事实,即当调节器关闭时,轴向流量调节器的入口压力和控制压力相等,并且当调节器工作时存在压力差。自动布线设计主要应用于间接作用电压调节器。间接作用电压调节器是利用出口压力变化的电压调节器,然后控制驱动器驱动调节元件在被指令器放大后移动。轴流式调压器是间接作用调压器的一种。为了简单说明自动布线的工作原理,我们还以轴流式调压器为例,探讨了调压系统自动布线的应用与实践。


轴流式压力调节器的主要压力调节元件是套环。当压力调节器处于关闭状态时,套环背面的控制压力等于入口压力,迫使套环紧贴入口围栏,关闭气流通道;当使用下游气体时,由命令器控制的控制压力降低,并且入口压力大于控制压力,从而打开套环以形成向下游供应气体的流动路径。控制器检测下游气体消耗情况,自动唤醒并控制控制压力的大小,以确保下游压力稳定在我们的设定值要求内,但无论控制压力如何变化,当压力调节器运行时,它都小于入口压力。


使用该功能,我们可以在切断阀的进气管上安装自动路径选择控制器。该控制器的特征在于双层膜。感测下游压力的气流流过膜中间20%的流动孔。上下膜室相互独立,分别与调压阀的高压侧(入口压力)和低压侧(控制压力,即套环背面的压力)相连。它们之间的压差控制自动路径选择控制器的流孔的打开和关闭。选路器的出口连接到截止进气口,入口连接到调压阀下游主管道的进气点。


对于备用回路的压力调节器,由于没有气体流动,轴环两侧的压力相等,即入口压力等于控制压力,并且路径命令器的两个隔膜室中的压力相等,从而施加在路径命令器中的阀盘和阀座上的力相互抵消。通过行程指令器弹簧的设置,阀盘和阀座处于关闭状态,流孔不流通,使得主管的压力信号无法到达提升截止阀的传感部分。因此,即使下游主管处于过压状态,备用炉的紧急切断阀也不会关闭。当工作压力调节器工作时,路由导向器的流孔打开,紧急切断阀可以感应下游压力的变化,当下游压力过高时,会进行紧急切断。


调压器的所谓自动选路系统实际上由选路控制器和调压器组成。结构简单,成本低。由于自动选路系统的存在,工作路线和备用路线的安全切断阀的切断点不仅可以设置为相同的值。即使工作路径的压力调节器出现故障,导致下游压力突然升高,在任何情况下,备用路径的紧急切断阀都不会进行紧急切断阀动作,因为它无法感知下游压力的变化。仅当目前继续使用气体时,下游压力下降至备用路径以开始供气,备用路径可感测下游压力的变化。


自动选线的存在对实现调压站无人值守具有重要意义。完善和补充一用一备供气结构,充分发挥一用一备供气结构的优势,同时弥补这种供气结构的不足。紧急情况下切断阀切断后,报警信号可以远程传输,自动选线设计奖保证了我们能够获得备用道路的支持,为我们赶到县城维修工作道路提供了足够的时间。


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