天然氣調壓器工作性能影響分析

孟祥軍+許宏良+劉宏亮

摘 要：燃氣調壓器是各種場站的主要調壓設備，調壓器的正常運行工作對天然氣管網向用戶供氣的能力與安全穩定性有著直接關系，分析調壓器工作性能的影響因素有其獨特性。以自力式調壓器為研究對象，主要從節流效應、噪音、上下游壓力差等方面分析影響其正常運行的原因，產生的影響，并根據實際工程運行管理提出相應改善措施，提高調壓器安全運行可靠度，為天然氣場站工作提供現實保障。

關鍵詞：天然氣；調壓器；影響因素；可靠度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.037

0 前言

燃氣調壓器是燃氣門站、各種場站的主要核心部件，也是燃氣管網輸配運行過程中的核心調壓設備，調壓器的安全可靠運行對天然氣管網向用戶供氣的能力與安全穩定性有著直接關系[1-2]。但是，流體介質的改變、工況參數多樣化及調壓器自身結構缺陷，都會影響調壓器正常運行，嚴重可致調壓器故障切斷，對正常生產、生活造成巨大影響。因此，本文通過對常用自力式調壓器力學工作原理分析，研究影響調壓器正常工作的因素，試探分析解決措施，確保其安全穩定運行。

1 自力式調壓器工作原理

自力式的調壓器，是依靠介質本身出口壓力變化自動完成出口壓力調節的調壓器，也是應用較廣的一種調壓器，根據有無指揮器分為直接作用式和間接作用式。出口壓力P2的變化通過信號管直接或經過指揮器間接反饋到主調壓器皮膜上方彈簧上，然后通過改變彈簧受力自動控制主閥的閥口開閉擴張，以適應下游出口壓力P2的變化，來保證下游工作壓力的穩定輸出，為燃氣輸配安全運行提供有利保障。

2 調壓器工作影響因素

2.1 節流效應

天然氣經過節流降壓后產生的降溫現象即節流效應，也稱焦耳—湯姆遜效應，氣體在絕熱過程中發生的溫度變化用焦耳—湯姆遜系數來表示，其物理意義為單位壓力下降的溫度變化值[4]。一般情況下，壓力每降0.1 MPa，溫度大約降低1℃，即每公斤壓力降對應1℃的溫度降，經調壓器調節后的天然氣溫度變化程度可用公式1大約估算，出口溫度（T2）與氣體進口溫度（T1）、出入口壓力比值有關[5]。

其中：α為修正系數一般取0.8-0.9；K為絕熱指數，天然氣為1.2-1.4；

調壓節流效應給調壓器正常運行帶來的負面影響主要為“冰堵”或結露。如果溫度T2低于天然氣露點溫度時，就會使管路、調壓器等外表面產生結露甚至結霜。由于天然氣中的含有水分會在管路中會形成水化物，導致結冰現象，常發生在閥口或指揮器導壓管處，嚴重時造成調壓器故障，難以正常運行，特別是北方寒冷地區，更要防止“冰堵”的發生。李偉、李銳[5]等在冰堵這方面有所研究報道。另外，節流效應帶來的長期溫降也會對調壓器內部的橡膠部件壽命使用也有一定影響，影響其工作可靠性；在輸配運行中，調壓器后管路系統中，由于管道介質的溫度降低，埋地管道局部產生應力集中，導致管道產生變形，帶來巨大安全隱患。針對上述影響因素，目前實際操作中，常用電加熱泵與電伴熱帶等保溫加熱措施來保證調壓器的正常運行。

2.2 振動與噪聲影響

調壓器設備在壓力調節與流量控制運行過程中，引發振動，產生噪聲，一般情況下根據原理的不同，噪聲可以分為機械振動噪聲、空氣動力學噪聲、流體力學噪聲，這些噪聲都會對調壓器的正常運行造成影響。機械振動噪聲是機械類振動、固有頻率振動和閥芯震蕩性位移引起的壓力波動而產生的噪聲，上述的“喘動”就屬于這種噪聲，產生的原因常與調壓器的結構設計、零件材料的選擇、設備的加工裝配工藝有關。實際操作過程中，要防止天然氣流動過程中與設備和管道產生的噪聲頻率和調壓器固有頻率相同而發生共振，關鍵途徑就是合理選擇調壓范圍工作，防止上下游壓力頻繁波動。

天然氣流經調壓器閥口或管徑變化段時，由于節流效應，氣體壓力與流速發生變化，尤其是流速突然變大沖刷閥芯在閥口擴徑部位形成湍流旋渦，使得部分機械能轉化為空氣動力學噪聲，加劇噪聲的產生，一般空氣動力學噪聲不可以消除，但可以采取措施減弱。高壓天然氣通過調壓器時的規律符合高壓阻塞噴注的湍流噪聲，根據馬大猷研究噴注噪聲的規律和小孔消音器作用的關系[6]，可以采用小孔消聲的原理對調壓器內產生空氣動力學噪聲進行降噪。特瑞斯能源裝備有限公司的PL SIL II型消音設備如圖[1]所示，利用多級節流降噪和小孔降噪相結合的原理進行降噪消音。

流體力學噪聲是流體在流經調壓器、閥門閥口及管道內壁產生的摩擦而引發的噪聲，是伴隨氣體流動產生，一般不大，但是若氣流形成漩渦與勢流和管道內壁相互作用形成漩渦振動，并產生劇烈噪聲，所以也稱之為管道噪聲。管道噪聲的控制也是維護調壓器與管路正常運行的重要途徑，一般在管道外部安裝吸聲、消聲裝備以降低噪聲。

2.3 工況參數影響

調壓器出口壓力P2設定、進口壓力的大小、上下游壓差是影響調壓器運行的重要工況參數。出口壓力P2設定過低，天然氣在閥芯與閥座閉合處的壓差增大，如果氣體中含有雜質過多時，氣流會加速沖刷閥芯和閥座，嚴重影響閥芯和閥座的密封性，降低其關閉性能影響調壓器正常運行。出口壓力設定過高時，對于單一調壓器而言，根據工作原理可知，指揮器與主調壓器皮膜做出相應動作，閥芯與閥座閉合，上游產生憋壓，下游壓力下降又促使皮膜移動以致達到平衡位置，在整個平衡過程中，閥芯的頻繁動作，增加了氣流對閥芯與閥座的沖刷頻率，降低其密封精度與可靠性。對于多路調壓系統而言，P2設定過高時，會對安全切斷閥設定壓力有一定影響，在調節壓力精度不高或流量波動較大情況下，切斷閥會造成非正常切斷故障。

另外，控制上下游壓差的合理范圍也是保證調壓器正常運行工作的要求之一，壓差不大情況下（3 Mpa以內），氣流平穩，氣體流動聲音平緩，在天然氣分輸站調壓器正常調壓范圍內可以保證氣流平緩供應；壓差較大時（5 Mpa左右）氣流擾動比較大，下游管道閥門發生抖動噪聲嚴重，這是由于氣體高速流過障礙物（閥芯）時產生氣體分界層[7]，在閥芯產生漩渦，撞擊閥芯與管壁所致。長期上下游壓差較大或間斷供氣，會導致閥芯與閥門關閉不緊，指揮器無法進行壓力調節，降低調壓精度，甚至出現安全事故。因此，保證上下游壓差在

合理范圍內、優化閥芯與閥座結構設計是維護調壓器正常工作的基本要求之一。

3 結論

（1）節流降溫嚴重時導致調壓器“冰堵”和輸配管路應變變形，并對內部橡膠零件使用壽命造成影響，實際工程中，常用電加熱泵與電伴熱帶等保溫加熱措施手段減少節流效應影響。

（2）調壓器噪聲產生根據原理不同可以分為：機械噪聲、空氣動力學噪聲、流體力學噪聲。產生噪聲的主要原因是氣體波動流經閥體或管道與之碰撞而產生，因此防止上下游壓差頻繁波動、加裝吸音消音設備是有效控制噪聲的主要途徑。

（3）調壓器出口壓力P2設定、上下游壓差是影響調壓器運行的重要工況參數，控制上下游壓差在合理的范圍內，是保證調壓器長期安全可靠運行的關鍵保障。

參考文獻：

[1]尹凌霄，鄭平平，董偉.天然氣調壓站調壓器失效實例分析[J]. 管道技術與設備，2016（01）：58-60.

[2]陳功劍，宋峰彬，王麗麗等.天然氣調壓器設計原理及影響因素分析[J].儀表與自動化，2011，29（03）：67-71.

[3]許璐.調壓站內設備設施維護管理[J].科技創新與應用，2014（01） ：283

[4]史德化.天然氣調壓器工作性能影響因素及對策分析[J].上海燃氣，2015（01）.

[5]李偉.天然氣調壓器的穩定及均勻性分析[D].北京建筑大學，2014.

[6]馬大猷，李沛滋，戴根華等.高壓阻塞噴注的湍流噪聲[J].聲學學報，1979（03）：176-181.

[7]陳敏恒.化工原理[M].北京：化學工業出版社，2008：23-24.

作者簡介：孟祥軍（1987-），男，碩士，從事城市燃氣工程技術教育。endprint