燃气调压器工作原理及性能要求

1、3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON1宁夏凯添天然气有限公燃气调压器工作原理及性能要求燃气调压器工作原理及性能要求Fundamental Principles & Functional Requirements of Gas Pressure RegulatorsBY NI WEIPING3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON2目录 概述 调压器基本原理 调压器主要元件 调压器受力分析 调压器技术特性及其影响因素 调压器型式与分类 调压器标准与技术特性指标 调压器流量计算 在此我们将讨论在此我们将讨论

2、3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON3概述 调压器的定义调压器的定义调压器是一种无论气体的流量和上游压力如何变化，都能保持下游压力稳定的装置。调压器应能够： 1、将上游压力减低到一个稳定的下游压力； 2、当调压器发生故障时应能够限制下游压力在安全范围内。 为什么需要调压器为什么需要调压器- 理想的燃气供应系统将气体从井口输送到最终用户不需要调压器；- 这样的理想供应系统得以维持的条件是用户需求恒定，矿井的供给能力恒定，同时两者之间是一致的；- 这样的系统实际上不可能存在，为此，相应的装置-调压器-应运而生。 调压器的功用调压器的功用调压器最大的功用是

3、保持燃气在使用时有稳定的压力，从而保证燃气用具得到稳定的燃空比（燃气与空气的配合比例）；燃气供应系统中使用调压器将气体压力降低并稳定在一个能够使气体得到安全、经济和高效利用的适当水平上。3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON4调压器基本原理调压器的功用是当入口气体压力和流过的气体流量发生变化时，保持出口压力的稳定。调压器调压器入口压力出口压力不断变化的气体消耗量不断变化的管网压力3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON5调压器基本原理 直接作用式调压器直接作用式调压器调压器的设计取决于对其技术特性的定义，通常要考

4、虑到以下特性：- 压降及导致压降的原因- 盲区或调压器如何关闭- 临界流量及其与调压气供气能力的关系- 动作方式及其与调压精度的关系3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON6 调压器的五个基本元件调压器的五个基本元件负载元件（弹簧或指挥器）感应元件（皮膜）作用元件（阀瓣/阀口）围护元件（阀体）信号元件（连接下游管道的信号管）阀塞橡胶软阀座调压器基本原理 直接作用式调压器3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON7调压器基本原理 直接作用式调压器 作用元件作用元件 （阀瓣（阀瓣 / / 阀口）阀口）作用元件（阀瓣/阀口

5、）在感应元件的驱动下，对气体给出可变的约束。阀口的开度基于调压器下游燃气的需求量，当下游有用气需求时，阀口打开；当下游用气需求为零时，阀口关闭。主阀杆的动作频率取决于阀口的开/关频率。作用元件要求具有长期的稳定性能、密封性能和可靠的质量。3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON8调压器基本原理 直接作用式调压器 感应元件感应元件 （皮膜）（皮膜）感应元件（皮膜）用以测量下游工况压力与要求的压力之间的差异，感应元件的任何变动度将导致作用元件产生相应的动作。感应元件是动态元件，要求具有长期的稳定性能、密封性能和一定的机械强度。3/7/2022RB2000 R

6、EGULATOR COST COMPARISON9 负载元件负载元件 （弹簧或指挥器）（弹簧或指挥器）负载元件决定要求的下游压力。感应元件（皮膜）持续比较负载元件给出的调节力和经信号管传递来的下游压力，从而将得出的动作指令（打开或关闭）传递给作用元件阀瓣，经一定周期的动态过程，两者趋向协调，阀瓣趋向稳定。负载元件是动态元件，要求具有长期的稳定性能、抗腐蚀性能和可靠的质量。调压器基本原理 直接作用式调压器Weight3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON10调压器基本原理 直接作用式调压器 围护元件围护元件 （阀体）（阀体）围护元件形成调压器的封闭的空间

7、。围护结构的主要作用是： - 与管道的物理连接物； - 对作用元件的机械保护； - 对其它功能元件和附件的机械支撑。围护元件是静态元件，要求具有长期的稳定性能和抗腐蚀性能。3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON11 调压器的受力平衡（直接作用式调压器）调压器的受力平衡（直接作用式调压器）向下的力和向上的力的处于平衡状态的要求 - 燃气需求量的变化决定下游管网压力的变化 - 向上的力的增大或减小 - 阀口开度的变化 +向下的作用力：弹簧力 + + 入口压力X阀口截面积连接到下游管道的信号管向上的作用力：出口压力X皮膜截面积 + + 出口压力X阀口截面积+

8、=调压器基本原理3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON12调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器力平衡分析调压器力平衡分析Pe = 100 PsigPa = 10 Psig皮膜面积 = 10 In2FD = (P2)(AD) = (10 Psig)(10 In2) = 100 Lb100 LbFw=100LbFD=100Lb调压器皮膜的受力处于平衡状态皮膜3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON13Pe = 100 PsigPa = 9 Psig皮膜面积 = 10 In2FD = (P2)(AD) = (9 P

9、sig)(10 In2) = 90 Lb100 LbFw=100LbFD=90Lb 调压器力平衡分析调压器力平衡分析调压器基本原理 直接作用式调压器调压器皮膜的受力平衡被打破，下游需求增大，压力下降。固定的重量会导致钟摆皮膜3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON14调压器基本原理 直接作用式调压器Pe = 100 PsigPa = 10 Psig皮膜面积 = 10 In2调节弹簧有利于消除钟摆，尽快达成新的平衡与大气连通 调压器力平衡分析调压器力平衡分析3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON15调压器基本原理

10、直接作用式调压器 调压器力平衡分析调压器力平衡分析FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 LbK = 弹性系数 = 使弹簧的高度压缩或拉升1inch所需要的力FS = (K)(X)FD = (P2)(AD)FSFD皮膜皮膜3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON16调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器力平衡分析调压器力平衡分析FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 LbFs = (100 Lb/In)(X) = 100 LbX = 1 Inch 压缩量FS = (K)(X)FD = (P2)(AD)FS = FD(

11、若皮膜不移动)FSFD皮膜皮膜3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON17Pe = 100 PsigQ = 50 SCFHPa = 10 Psig1 InchesFS = 100 LbFD = 100 Lb 调压器力平衡分析调压器力平衡分析调压器基本原理 直接作用式调压器3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON18 调压器力平衡分析调压器力平衡分析调压器基本原理 直接作用式调压器FD = (9 Psig)(102) = 90 LbFs = (100 Lb/In)(X) = 90 LbK = .9 Inch 压缩量弹

12、簧高度回复量 = 1-.9 = .1 Inch因此皮膜向下移动 .1 InchFS = (K)(X)FD = (P2)(AD)FS = FDFSFD3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON19 调压器力平衡分析调压器力平衡分析调压器基本原理 直接作用式调压器Pe = 100 PsigQ = 200 SCFHPa = 9 Psig1 InchesFS = 90 LbFD = 90 Lb.13/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON20 调压器压力特性调压器压力特性调压器基本原理 直接作用式调压器P2Psig流量 scf

13、h0 50111098200300500理想的压力曲线实际的压力曲线P1 = 100 psig理想的调压器：出口压力不随流量的变化而改变3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON21调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器压力特性调压器压力特性FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 LbFs = (50 Lb/in)(X) = 100 LbX = 2 Inches 压缩量FS = (K)(X)FD = (P2)(AD)FS = FDFSFD使用轻型弹簧3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON22调压

14、器基本原理 直接作用式调压器 调压器压力特性调压器压力特性使用轻型弹簧Pe = 100 PsigQ = 50 SCFHPa = 10 Psig2 InchesFS = 100 LbFD = 100 Lb3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON23调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器压力特性调压器压力特性使用轻型弹簧FD = (9 psig)(10in2) = 90 LbFS = (50 Lb/in)(X) = 90 LbX = 1.8 Inches 压缩量弹簧高度回复量 2-1.8 = .2 Inch因此皮膜向下移动 .2 InchFS = (K)(

15、X)FD = (P2)(AD)FS = FDFSFD3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON24调压器基本原理 直接作用式调压器Pe = 100 PsigQ = 300 SCFHPa = 9 Psig2 InchesFS = 90 LbFD = 90 Lb.2 调压器压力特性调压器压力特性使用轻型弹簧3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON25调压器基本原理 直接作用式调压器P2Psig流量 scfh0-50111098200300500理想的压力曲线P1 = 100 psig400使用轻型弹簧适用重型弹簧 调压器

16、压力特性调压器压力特性使用轻型弹簧任何情况下，尽可能使用轻型弹簧。3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON26调压器基本原理 直接作用式调压器 皮膜对压降的影响皮膜对压降的影响当 P2 降至 9 时FD = P2 x AFD = 10 x 10 - 100 LbFD2=9 x 11 = 99 Lb弹簧的作用力仅改变 1 Lb因此阀口的移动量很小FD2FD1A = 11 In.2A = 10 In.2皮膜对压降的影响3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON27调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器关闭压力调压器关闭

17、压力 - 达成完全关闭的压力； - 零流量时的压力。 调压器临界流量调压器临界流量 - 给定作用元件（阀瓣/阀口）的最大流量； - 取决于前端压力Pe和阀口尺寸。3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON28调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器盲区及临界流量调压器盲区及临界流量P2psig流量 scfh50111098500理想的压力曲线实际的压力曲线P1 = 100 psig0盲区临界流量经验：在满足流量的前提下，尽可能使用小口径阀口。3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON29调压器基本原理 直接作用式调压器

18、 压力信号取样点压力信号取样点Pe = 100 Psig取压点P1 = 100 Psig流速流速In流速OutVena Contracta（静脉曲张）静脉曲张）P2 = 10 PsigPa = 10 Psig3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON30调压器基本原理 直接作用式调压器 取压点对压力控制精度的影响取压点对压力控制精度的影响P2PsigFlow scfh0-50111098200300500P1 = 100 psig400BoostNo boost理想的压力曲线3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON3

19、1 出口压力范围受限制出口压力范围受限制 10% - 20% 的压力偏移的压力偏移+最大出口压力 最大的向上的作用力能够平衡掉由弹簧和入口压力X阀口截面积产生的向下的作用力 弹簧的作用力受限于弹簧规格 . 同时，皮膜的直径是不可变得 .因此，直接作用是调压器的出口设定压力范围是受限制的向上的作用力：出口压力X皮膜截面积 + + 出口压力X阀口截面积调压器基本原理 直接作用式调压器3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON32调压器基本原理 直接作用式调压器 正作用式正作用式3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON33

20、调压器基本原理 直接作用式调压器 反作用式反作用式3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON34调压器基本原理 直接作用式调压器 优点 - 结构简单 - 响应速度快 - 成本低 缺点 - 调压精度较低 - 压力控制范围窄 - 流通能力较小 - 由于受皮膜尺寸的限制，难以做到大规格的阀体 应用 - 小型区域压力调节 - 工商业及公福用户压力调节 - 直燃设备 - 工矿企业3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON35调压器基本原理 指挥器作用式调压器指挥器作用式调压器调压器的设计取决于对其技术特性的定义，通常要考虑到以下

21、特性：- 调压精度- 流通能力- 盲区- 响应速度- 成本3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON36 调压器的受力平衡（指挥器作用式调压器）调压器的受力平衡（指挥器作用式调压器）+=连接到下游管道的信号管调节压力来自於指挥器向下的作用力：调节压力X皮膜截面积 + + 入口压力X阀口截面积向上的作用力：出口压力X皮膜截面积 + + 出口压力X阀口截面积向下的力和向上的力的处于平衡状态的要求 - 燃气需求量的变化决定下游管网压力的变化 - 向上的力的增大或减小 - 阀口开度的变化 调压器基本原理 指挥器作用式调压器3/7/2022RB2000 REGULA

22、TOR COST COMPARISON37调压器基本原理 指挥器作用式调压器PePa 大气排气型大气排气型3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON38调压器基本原理 指挥器作用式调压器 大气排气型大气排气型 优点 - 压力控制精度高 - 出口压力范围大 - 流通能力大 缺点 - 对外排气比较危险 - 对外排气有浪费 - 成本高3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON39调压器基本原理 指挥器作用式调压器 下游排气型下游排气型P13/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON40调压

23、器基本原理 指挥器作用式调压器 下游排气下游排气 双作用式双作用式3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON41调压器基本原理 指挥器作用式调压器 下游排气型下游排气型 优点 - 压力控制精度高 - 出口压力范围大 - 流通能力大 缺点 - 响应速度慢 - 成本高3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON42调压器基本原理 指挥器作用式调压器 下游排气下游排气 轴流式（轴流式（IGA）3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON43 优点 - 很高的调压精度 - 很宽的压力控制范围

24、- 流通能力大 - 能够做到较大的阀体尺寸 - 比压力调节阀便宜 缺点 - 响应速度慢 - 成本高 应用 - 地区型分输压力调节 - 城市门站 - 燃气透平 - 大型直燃设备 - 大型工矿企业调压器基本原理 指挥器作用式调压器3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON44调压器基本特性与相关标准- 标准- 精度- 压力控制与流通特性3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON45调压器基本特性与相关标准 基础标准基础标准欧洲欧洲 EN 334法国 Gaz de France approval 德国 DVGW approv

25、al (DIN 3380/3381)荷兰 Gasunie approval意大利 Snam/Italgas (UNI-CIG)英国 British Gas approval BS西班牙 Gas Natural approval (UNE 60402/60403) 调压器没有通用的国际标准 本地客户的要求、相竞争的产品、本地标准以及本地的法规要求均可以作为调压器的设计条件。中国中国 GB 168023/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON46调压器基本特性与相关标准 主要定义及符号主要定义及符号Pe = 入口压力 (1 bar = 105 Pascal =

26、 14,5 psig )Pa = 出口压力标准状况 = 绝对压力为 1,01325 bar 且 t = 15C （欧洲或北美） 或 t = 20C （中国）Q = 流量范围 (1 m/h = 35,1 SCFH)Pas = 出口压力设定值Pf = 关闭压力。流量Q=0时的压力Wh = 弹簧的可设定压力范围 Wa = 调压器的可设定压力范围 RG(AC) = 精度等级，最大的出口压力波动许可范围SG = 关闭压力精度等级， Pf 与 Pas之间许可的最大压差SZ = 关闭压力等级范围，Qmin/Qmax 时的SG的% KG/CG = 流量特性3/7/2022RB2000 REGULATOR CO

27、ST COMPARISON47调压器基本特性与相关标准 压力范围与等级压力范围与等级 Class Pzul (bar)ClassPzul (bar)PN 1616 ANSI 15019,2PN 2525 ANSI 30051PN 4040 ANSI 600 102PN 6464PN 100 100Pzul = 最大允许工作压力 (入口压力)3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON48调压器基本特性与相关标准 调压精度调压精度0Pas流量范围出口压力 理想的调压器能够满足不管入口压力如何变化，当流量从 0 增加到 时，均能保持出口压力的稳定。3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON49调压器基本特性与相关标准285 315 Pas=300Pf =330 Pa in mbarQmin = 10% of QmaxAC5 AC5SG10Qmax Q in m/h临界点SZ 调压精度调压精度3/7/2022RB2000 REGULATOR COST COMPARISON50调压器基本特性与相关标准 调压精度等级调压精度等级 RG(#) class允许的压力偏移设定压力的%RG 1 1 % (*)RG 2,5 2,5 % (*)RG 5 5 % (*)RG 10 10 %