燃气调压器工作原理及性能要求课件

宁夏凯添天然气有限公燃气燃气调压器工作原理及性能要求器工作原理及性能要求Fundamental Principles&Functional Requirements of Gas Pressure RegulatorsBY NI WEIPING5/22/20241A宁夏凯添天然气有限公8/3/20231A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 在此我在此我们将将讨论5/22/20242A目录 概述 在此我们将讨论8/3/20232A概述 调压器的定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。为什么需要什么需要调压器器-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。调压器的功用器的功用调压器最大的功用是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。5/22/20243A概述 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5/22/20244A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调压器基本原理 直接作用式直接作用式调压器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5/22/20245A调压器基本原理 直接作用式调压器调压器的设计取决于对其技术 调压器的五个基本元件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5/22/20246A 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 （阀瓣瓣/阀口）口）作用元件（阀瓣/阀口）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。5/22/20247A调压器基本原理 作用元件（阀瓣/阀口）作用元件（阀瓣调压器基本原理 直接作用式调压器 感感应元件元件 （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。5/22/20248A调压器基本原理 感应元件（皮膜）感应元件（皮膜）用以测量 负载元件元件 （弹簧或指簧或指挥器）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Weight5/22/20249A 负载元件（弹簧或指挥器）负载元件决定要求的下游压力。感调压器基本原理 直接作用式调压器 围护元件元件 （阀体）体）围护元件形成调压器的封闭的空间。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。5/22/202410A调压器基本原理 围护元件（阀体）围护元件形成调压器的封闭 调压器的受力平衡（直接作用式器的受力平衡（直接作用式调压器）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+=调压器基本原理5/22/202411A 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调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器力平衡分析器力平衡分析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5/22/202412A调压器基本原理 调压器力平衡分析Pe=100 PsigPe=100 PsigPa=9 Psig皮膜面积=10 In2FD=(P2)(AD)=(9 Psig)(10 In2)=90 Lb100 LbFw=100LbFD=90Lb 调压器力平衡分析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5/22/202413APe=100 PsigPa=9 Psig皮膜面积=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 调压器力平衡分析器力平衡分析5/22/202414A调压器基本原理Pe=100 PsigPa=10 Ps调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器力平衡分析器力平衡分析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5/22/202415A调压器基本原理 调压器力平衡分析FD=(10 Psig调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器力平衡分析器力平衡分析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(若皮膜不移动)FSFD皮膜皮膜5/22/202416A调压器基本原理 调压器力平衡分析FD=(10 PsigPe=100 PsigQ=50 SCFHPa=10 Psig1 InchesFS=100 LbFD=100 Lb 调压器力平衡分析器力平衡分析调压器基本原理 直接作用式调压器5/22/202417APe=100 PsigQ=50 SCFHPa=1 调压器力平衡分析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=FDFSFD5/22/202418A 调压器力平衡分析调压器基本原理FD=(9 Psig)调压器力平衡分析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.15/22/202419A 调压器力平衡分析调压器基本原理Pe=100 Psig 调压器器压力特性力特性调压器基本原理 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5/22/202420A 调压器压力特性调压器基本原理P2流量 scfh0 501调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器器压力特性力特性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5/22/202421A调压器基本原理 调压器压力特性FD=(10 Psig)调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器器压力特性力特性使用轻型弹簧Pe=100 PsigQ=50 SCFHPa=10 Psig2 InchesFS=100 LbFD=100 Lb5/22/202422A调压器基本原理 调压器压力特性使用轻型弹簧Pe=100调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器器压力特性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)(X)FD=(P2)(AD)FS=FDFSFD5/22/202423A调压器基本原理 调压器压力特性使用轻型弹簧FD=(9 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 调压器器压力特性力特性使用轻型弹簧5/22/202424A调压器基本原理Pe=100 PsigQ=300 SC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 调压器器压力特性力特性使用轻型弹簧任何情况下，尽可能使用轻型弹簧。5/22/202425A调压器基本原理P2流量 scfh0-501120030050调压器基本原理 直接作用式调压器 皮膜皮膜对压降的影响降的影响当 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5/22/202426A调压器基本原理 皮膜对压降的影响当 P2 降至 9 时弹簧调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器关器关闭压力力 -达成完全关闭的压力；-零流量时的压力。调压器器临界流量界流量 -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。5/22/202427A调压器基本原理 调压器关闭压力 -达成完全关闭的压调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器盲区及器盲区及临界流量界流量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。5/22/202428A调压器基本原理 调压器盲区及临界流量P2流量 scfh50调压器基本原理 直接作用式调压器 压力信号取力信号取样点点Pe=100 Psig取压点P1=100 Psig流速流速In流速OutVena Contracta（静脉曲静脉曲张）P2=10 PsigPa=10 Psig5/22/202429A调压器基本原理 压力信号取样点Pe=100 Psig取调压器基本原理 直接作用式调压器 取取压点点对压力控制精度的影响力控制精度的影响P2PsigFlow scfh0-50111098200300500P1=100 psig400BoostNo boost理想的压力曲线5/22/202430A调压器基本原理 取压点对压力控制精度的影响P2Flow s 出口出口压力范力范围受限制受限制 10%-20%的的压力偏移力偏移+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5/22/202431A 出口压力范围受限制+最大出口压力 最大的向上的作用调压器基本原理 直接作用式调压器 正作用式正作用式5/22/202432A调压器基本原理 正作用式8/3/202332A调压器基本原理 直接作用式调压器 反作用式反作用式5/22/202433A调压器基本原理 反作用式8/3/202333A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5/22/202434A调压器基本原理 优点 缺点 应用8/3/202334A调压器基本原理 指指挥器作用式器作用式调压器器调压器的设计取决于对其技术特性的定义，通常要考虑到以下特性：-调压精度-流通能力-盲区-响应速度-成本5/22/202435A调压器基本原理 指挥器作用式调压器调压器的设计取决于对其技 调压器的受力平衡（指器的受力平衡（指挥器作用式器作用式调压器）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5/22/202436A 调压器的受力平衡（指挥器作用式调压器）+=连接到下调压器基本原理 指挥器作用式调压器PePa 大气排气型大气排气型5/22/202437A调压器基本原理PePa 大气排气型8/3/202337A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5/22/202438A调压器基本原理 大气排气型 优点 缺点8/3/2023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P15/22/202439A调压器基本原理 下游排气型P18/3/202339A调压器基本原理 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5/22/202440A调压器基本原理 下游排气 双作用式8/3/202340A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5/22/202441A调压器基本原理 下游排气型 优点 缺点8/3/2023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（流式（IGA）5/22/202442A调压器基本原理 下游排气 轴流式（IGA）8/3/2023 优点 -很高的调压精度 -很宽的压力控制范围 -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5/22/202443A 优点 缺点 应用调压器基本原理8/3/202343A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5/22/202444A调压器基本特性与相关标准 标准8/3/202344A调压器基本特性与相关标准 基基础标准准欧洲欧洲 EN 334法国 Gaz de France approval 德国 DVGW approval (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 168025/22/202445A调压器基本特性与相关标准 基础标准欧洲 调压器基本特性与相关标准 主要定主要定义及符号及符号Pe=入口压力(1 bar=105 Pascal=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5/22/202446A调压器基本特性与相关标准 主要定义及符号Pe=入口压力调压器基本特性与相关标准 压力范力范围与等与等级 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)5/22/202447A调压器基本特性与相关标准 压力范围与等级 Class 调压器基本特性与相关标准 调压精度精度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。5/22/202448A调压器基本特性与相关标准 调压精度0Pas流量范围出口压力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 调压精度精度5/22/202449A调压器基本特性与相关标准285 315 Pas=300Pf 调压器基本特性与相关标准 调压精度等精度等级 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%RG 20 20%RG 30 30%(#)也可用AC表示(*)但不低于 1 mbar5/22/202450A调压器基本特性与相关标准 调压精度等级 RG(#)cl调压器基本特性与相关标准 关关闭压力精度等力精度等级 SG class允许的压力偏移设定压力的%SG 2,5+2,5%(*)SG 5+5%(*)SG 10+10%SG 20+20%SG 30+30%SG 50+50%(*)但不低于 1 mbar5/22/202451A调压器基本特性与相关标准 关闭压力精度等级 SG cla调压器基本特性与相关标准 关关闭压力等力等级范范围 SZ class 限制限制值%Qmax/QminSZ 2,5 2,5%SZ 5 5%SZ 10 10%SZ 20 20%5/22/202452A调压器基本特性与相关标准 关闭压力等级范围 SZ cla调压器基本特性与相关标准 调压器流量特性系数器流量特性系数 Cg调压器的流量特性系数Cg 或 Kg主要用于调压器的选型计算。Cg值 调压器阀口全开时，压力为1个标准大气压、温度为15 C、相对密度为0.6的天然气的通过量（Sm3/h)。对于英制单位，则为调压器阀口全开时，压力为psia、温度为60 F、相对密度为0.6的天然气的通过量（SCFH)。5/22/202453A调压器基本特性与相关标准 调压器流量特性系数 Cg调压器的调压器基本特性与相关标准 调压器流量器流量计算算按照EN334 6.2的规定，调压器流量计算可按以下方式（误差10%）：低于临界点 Pe/Pa2Q=Cg13.15d(te+273)Pa(Pe-Pa)大于临界点 Pe/Pa2Q=Cg Pe 213.15d(te+273)式中：Q 流量范围(Sm3/h)Pe 入口压力(bar abs)Pa 出口压力(bar abs)Cg流量特性系数te 入口侧气体温度(C)d气体相对密度(天然气为 0.6)5/22/202454A调压器基本特性与相关标准 调压器流量计算按照EN334 6TRUBILITY常州信力常州信力谢谢参与！5/22/202455A谢谢参与！8/3/202355A