燃氣調壓器的應用現狀與研究進展

吳 珣 羅立君 蔣明旺 唐 毅

（1.廣安職業技術學院，四川 廣安 638000；2.四川廣安愛眾股份有限公司，四川 廣安 638000）

燃氣調壓器在燃氣供應系統中能確保壓力處于平衡狀態，從而保證燃氣用具得到穩定的燃空比（燃氣與空氣的配合比例），使燃氣得到安全、經濟和高效利用。但是我國對燃氣調壓器的研究還具有一定的局限性，缺乏對燃氣調壓器本身的研究。為了充分發揮燃氣調壓器的功能，相關人員應該通過不斷優化調壓器性能，研發燃氣調壓器故障診斷技術，合理設置燃氣調壓器壓力設備的技術參數，從而提升供氣質量，造福大眾。

1 燃氣調壓器的工作原理及在燃氣輸配中的作用

在燃氣供應系統中，燃氣調壓器發揮了至關重要的作用。例如，由于燃氣調壓器能夠實現閥門的自動調節，在燃氣調壓器的作用下，管道出口處的壓力可以維持在平衡狀態，且供熱系統中管道的壓力也可以通過燃氣調壓器來降低其數值。燃氣調壓器俗稱減壓閥，是通過自動改變經調節閥的燃氣流量而使出口燃氣保持規定壓力的設備，合理控制管道出口處的壓力，確保壓力處于平衡狀態。燃氣調壓器根據作用原理通常分為直接作用式和間接作用式兩種。首先，根據直接作用式調壓器的工作原理，傳感元件向上作用力會隨著被控制量P2（出口壓力）的增加而增加，從而使得重物上移，調壓器開度、閥瓣和閥座的距離等縮短，進而導致被控制量P2（出口壓力）降低，氣壓大小達到一種相對平衡的狀態，反之亦然。

其次，對于間接作用式調壓器，其組成結構主要包含了主調壓器和指揮器兩部分。當間接作用式調壓器開啟時，人們可以通過調節控制器來打開指揮器閥門，P1 在此處經過時會出現節流降壓的狀態，形成了負載壓力P3，當大皮膜上有負載壓力作用時，該作用力會經頂桿傳遞使得主彈簧壓縮，進而打開了主閥口，輸出的氣流P2 會再次作用于指揮器皮膜以及大皮膜上，逐漸關閉了指揮器閥口以及主閥口。彈簧被調節指揮器所控制，因此人們通過調整調節指揮器能夠將P2 調節為設定值，使得P3 作用在大皮膜上的作用力可以與主彈簧及P2 作用在大皮膜上的力平衡，與此同時，指揮器皮膜上來自P2 的作用力與指揮器控制彈簧的作用力也能在這種條件下達到平衡。輸出P2 的穩定性與經過指揮器節流開關流出的氣流量、P1 流進指揮器的氣流量以及主閥口和控制器閥口的開度密切相關，當上述因素一定時，輸出P2 穩定。如果下游負載增加且P2 降低時，平衡難以維持，導致主閥口和指揮器閥口的開度增加，流量提升，P2 又重新升高到設定數值，調壓器恢復平衡狀態，而當P2 升高時，調壓過程與上述過程相反。

2 作用壓力調節過程中常見問題及帶來的影響

壓力調節是燃氣設備檢修以及運行過程中的重要環節，并且供氣質量也會受到壓力參數的操作的干擾。一般而言，調節運行壓力會受到各種因素的影響。首先，某些客觀因素，例如供氣范圍、地理位置以及用氣特點等會干擾調節運行壓力。當燃氣在管道內流動時，壓力損失與供氣范圍成正比，工作人員需要重視供氣范圍，避免發生供氣壓力末端灶前壓力無法滿足燃燒工況需求。其次，地理位置高度也會影響壓力調節，例如，末端壓力會因為調節過低或過高而出現不足的情況。與此同時，由于燃燒器的類型以及城市燃氣供應對象的用氣規律存在差異，不同的用氣特點會影響壓力調節過程。

需要注意的是，除了客觀因素以外，調節運行壓力時間選擇、放散壓力與切斷壓力的選擇也是影響壓力調節過程的重要因素。首先，調節器的出口壓力受流量影響較大，而城市燃氣供應出現用氣不均勻性較為明顯，因此出口壓力會隨著流量的減小而增加。其次，針對不同的超壓情況，需要按照不同的順序操作。例如，當出現故障性超壓時，可以依據“先切斷后放散”的原則，而對于非故障性超壓，則應按照“先放散后切斷”的原則，從而提升其安全性。

3 提高燃氣調壓器使用效能的方法

為了在不同的用氣情況中滿足人們的需求，燃氣供應系統需要在輸配環節中充分發揮其功能，確保調壓器性能的安全性，并通過科學使用調壓器來提升供氣質量，造福大眾。

3.1 提高壓力調節性能

一般而言，燃氣調壓器性能的提升需要從設計的正確性、操作的合理性以及管理的嚴格性等方面著手，對其進行細致且深刻的研究。首先，在相關人員進行燃氣調壓器設計時，需要提升對燃氣調壓器流通能力的設計水平，并且仔細檢查燃氣調壓器管徑以及用氣負荷等參數，如果經核查發現燃具需要差異性較高的供氣壓力，那么工作人員在設計時則需要重視調壓閥的配置，盡可能降低部分流量較大的燃氣設備出現管網燃氣切斷或放散問題發生的概率。其次，為了燃氣調壓器的壓力調節性能，需要工作人員綜合考慮用戶終端的用氣性質，合理操作燃氣調壓器，既要確保出口壓力的合理性，又要控制調壓的時間，嚴格按照“先切斷后放散”的選擇來設置保護壓力。與此同時，相關工作人員也需要認識到燃氣調壓器的嚴格管理的重要性。由于調壓器的性能會因為某些雜質或材料的磨損而受到一定程度的干擾，例如，燃氣調壓器切斷壓力的作用會因為放散閥口墊粘連而失效。針對這一問題，有關人員需要嚴格管理燃氣調壓器部件的更換工作，確保每一部件的完整性，提升調壓設備運行的穩定性和高效性，與此同時，還可以通過維修制度的建立、工作人員日常培訓任務的加強、設備管理程度的加強以及燃氣調壓器維修和保養周期計劃的制定等手段來提升壓力調節的性能[1]。

3.2 優化調壓設備的壓力技術參數

運行壓力、切斷壓力、放散壓力、關閉壓力是燃氣調壓設備對供氣工況進行控制的幾個重要參數。首先，燃氣調壓器的出口壓力在其正常運作的情況下需要保持在預先設定的壓力范圍之內，并確保其精度在±15%，科學調節閥口的開度，避免出現因為開度過小而造成運行壓力的改變。其次，當以用氣情況為依據設置一個壓力保護值時，該值便被稱為放散壓力。放散閥在放散壓力控制中發揮了關鍵性作用，其能夠自動打開進行泄壓，降低了調壓閥壓力不斷提升的出現問題概率。與此同時，關閉壓力也是燃氣調壓器的重要參數，人們一般將關閉壓力控制在不超過1.25P2的范圍內，而調壓器的關閉性能則受到了調壓器自身老化或精度不準等因素的干擾。最后，切斷壓力是指調壓器的出口壓力大于調壓器的設定值，為了防止“直通”而通過切斷閥迅速切斷進口壓力[2]。

4 燃氣調壓器的研究進展

4.1 國內外燃氣調壓器的研發狀況

目前，國內外研究專家和學者對燃氣調壓器進行了眾多的研究和創新。在我國，調節閥領域是研究的核心問題，設備的使用維護、安裝、安全裝置的優化以及設備選型是主要的研究方向，但人們缺乏對調壓器本身的深入和透徹的研究。例如，我國的學者為了達到更佳的燃氣調壓器的自動選型，嘗試使用ADO 數據庫操縱技術，分析了直接作用式調壓器的應用價值，并闡述了其新研發的調壓器的特點和功能等。然而，燃氣調壓器的研究主要是實驗研究，燃氣調壓器的設計需要以設計者的經驗為依據，嚴重缺乏燃氣調壓器相關機理的研究和創新。相比較我國，國外科學家對燃氣調壓器的研究更加深入。例如，塔塔里尼、斯倫貝謝、費希爾等燃氣調壓器產品具備自身獨特的技術特點，擁有成熟的CFD 技術，并且十分重視燃氣調壓器的可選擇性和針對性[3]。

4.2 燃氣調壓器常見故障診斷方法

對于燃氣調壓器故障診斷研究，國內外學者進行了深入的研究，總結了現代故障診斷技術，研發了例如系統輸入輸出信號處理診斷、人工智能診斷以及數學模型診斷結果等。首先，調壓器關于系統輸入輸出信號處理的診斷是利用系統信號完成故障診斷任務的。該方法可以省略準確的研究對象模型，適用性較強。其次，人工智能診斷方法對調壓器的故障診斷。該方法是以人腦的工作機理以及生理結構為基礎的，該方式也將成為燃氣調壓器故障診斷發展的重要方向，例如基于神經網絡的智能診斷技術以及基于專家系統的智能診斷技術，例如，在燃氣調壓器監測運維的過程中人們也應用了基于壓縮感知理論故障診斷方法以及RBF 神經網絡故障診斷方法等[4]。

通過不斷的研究,燃氣調壓器故障診斷的方法也越來越多,在監測運維的過程中也會用到一些其他方法,包括RBF神經網絡的故障診斷方法和基于壓縮感知理論故障診斷方法等。

5 結語

綜上所述，為了充分發揮燃氣調壓器的應用優勢，需要努力創新壓力性能提升的方法，重視調壓器流通能力的設計、用氣性質的差異、并對調壓器進行嚴格管理；重視調壓器各種性能參數的調節；掌握常見的燃氣調壓器故障診斷技術，妥善處理壓力調節過程中的問題，努力提升我國的燃氣調壓器研發水平。