調壓裝置工藝形式研究

李琦

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

關鍵詞：燃氣輸配；調壓器；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

調壓器是燃氣輸配系統中的關鍵設備，是安全供氣的重要保障。在長途輸管線[1]以及市區外環網，使用壓力級別類型較大的燃氣管道，市區內部燃氣輸配管網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，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 調壓器類型研究

一般情況下的調壓器有直接以及間接作用式兩類。直接作用式調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整。敏感元件是傳動位置上接收壓力的部件。使得調節閥門轉動的力是被調介質。在間接作用類型調壓器當中，燃氣出口位置壓力的改變讓操縱機構動作，接通能源（外部能源，也能夠是被調介質）讓調節閥門開啟或閉合。間接作用類型的調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域調壓器、專用調壓器以及用戶調壓器。按照進出口壓力大小進行區分能夠分成高高壓級、高中壓級、高低壓級調壓器，中中壓級、中低壓級調壓器和低低壓調壓器。按整體結構情況進行劃分能夠分為浮筒式及薄膜式調壓器，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壓器。

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

2 工藝設計研究

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

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

（1）單臺調壓器；（2）單臺調壓器+切斷閥（或雙切斷閥）；（3）工作調壓器+監控調壓器；（4）工作調壓器+監控調壓器+切斷閥。

當中第（1）種方案可以用在新建或改擴建管網出口壓力較小、總量比較小、調壓器發生問題時所造成的影響較小、長時間有工作人員實施監察或周期性監察。此方案的突出特點是調壓操作起來較為簡單，節約占地面積和相關的成本投入，弊端是供氣穩定性比較一般，調壓器產生問題時會干擾后續新建或者改擴建管網用戶的使用，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方面。此方案不足之處是：如果電壓調整器不正常，它會迅速停止向下游管網用戶提供氣體。操作人員應實時檢查電壓調整器的工作狀態。如果產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生的原因，進行維修并復位。

第（3）種方案設有監控調壓器，能夠使用的范圍相比起方案二而言更廣，只要監控系統穩定或運行工作人員定期巡檢，出現異常快速處理，就能夠確保下游管網的不間斷供氣。但是，需要注意的是，當調節器串聯時，工作電壓和監測電壓調節器的容量約為單電壓調節器容量的75%。

第（4）種方案調壓操作比較復雜，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。如果檢測系統正常，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定的一個方案[3]。

第（3）、（4）兩種方案均設有監控調壓器，它大大的增強了供氣的可靠性，監控調壓器實質上是一個應急備用調壓器，當主調壓器異常或出口壓力因為下游燃氣數值的改變而干擾監控調壓器設定的介入壓力數值的時候，監控調壓器將取代主調壓器來實施運作，來達到連續、穩定供氣的效果。監控方式可區分為串聯式監控調壓器（圖2）和并聯式監控調壓器（圖3）。

串聯式監控調壓器構造簡單，投資小，并且能確保切斷壓力在工作范圍中，不同于并聯式監測調壓器一般切斷壓力過高；但串聯式監控調壓器供氣的可靠性、連續性不如并聯式的高，當設備需檢修時，必須停氣。另外，當工作調壓器出現異常導致出口壓力降低的情況時，此系統無法正常供氣。因此，串聯式監控調壓系統一般用于供氣可靠性要求不高的邊緣管網用戶或者工業用戶，并聯式監控調壓器一般用于居民管網用戶，和一些如玻璃窯爐及醫院鍋爐等重要工業、商業用戶。

3 配套設備研究

調壓裝置不僅只含調壓器，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流降溫預熱；也包含了為保證系統安全、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

在各級管網中，由于施工、檢修等各種原因造成燃氣介質夾帶固體雜質或者液體是不可避免的，而這些雜質和液體一旦進入調壓、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，調壓設備前均需設置固體或液體雜質的捕捉和收集裝置。

在調壓器的上游，根據每個調壓器廠家的要求，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。

過濾器通常可由調壓器廠家配套供貨，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 節流降溫預熱

天然氣節流降壓的過程會產生湯姆遜效應，有些高壓調壓站，天然氣壓降可能會超過4.0MPa，即溫降也會超過16℃。若當調壓器上下游，即舊管網和新建、改擴建管網之間壓降較大，應結合上游進氣溫度、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。

超壓切斷閥是調壓設施的第一安全裝置，通常設于調壓器上游，由控制器、開關器伺服驅動機構和執行機構構成，信號管與調壓器出口管路連接，在正常工況下常開。

超壓放散閥是調壓設施的第二安全裝置，通常設于調壓器下游，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壓器出口壓力升高的情況下，排出氣體泄壓，待壓力回穩后關閉放散閥，以避免超壓切斷閥誤動作而切斷調壓線路；當調壓器真正故障發生時，由于超壓放散閥的開啟不足以泄壓，調壓器下游管網繼續升壓，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，待調壓器故障排除后手動復位。

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

3.4 旁通管

為了確保在調壓器維修的情況下保持持續供氣的效果，可以在調壓站內安裝旁通管[4]。燃氣通過旁通管提供用戶時管網的壓力以及流量是依靠手動調控旁通管上的閥門來達到的。對高壓調壓裝置而言，為了方便調節，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值以及需要的出口壓力和新建、改擴建管網的最大負荷實施測算。旁通管的管徑一般是比調壓器出口管的管徑小2～3號。

4 結束語

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

參考文獻：

[1]于碧涌.燃氣調壓器數值模擬與試驗研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2007.

[2]楊蒙.燃氣調壓器故障診斷研究[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、實驗與管網調壓配套設施[J].建筑·建材·裝飾，2010（7）：69-71.