燃气调压器的应用现状与研究进展

2020-01-09罗立君蒋明旺

科海故事博览 2020年5期

吴珣罗立君蒋明旺唐毅

（1.广安职业技术学院，四川广安 638000；2.四川广安爱众股份有限公司，四川广安 638000）

燃气调压器在燃气供应系统中能确保压力处于平衡状态，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），使燃气得到安全、经济和高效利用。但是我国对燃气调压器的研究还具有一定的局限性，缺乏对燃气调压器本身的研究。为了充分发挥燃气调压器的功能，相关人员应该通过不断优化调压器性能，研发燃气调压器故障诊断技术，合理设置燃气调压器压力设备的技术参数，从而提升供气质量，造福大众。

1 燃气调压器的工作原理及在燃气输配中的作用

在燃气供应系统中，燃气调压器发挥了至关重要的作用。例如，由于燃气调压器能够实现阀门的自动调节，在燃气调压器的作用下，管道出口处的压力可以维持在平衡状态，且供热系统中管道的压力也可以通过燃气调压器来降低其数值。燃气调压器俗称减压阀，是通过自动改变经调节阀的燃气流量而使出口燃气保持规定压力的设备，合理控制管道出口处的压力，确保压力处于平衡状态。燃气调压器根据作用原理通常分为直接作用式和间接作用式两种。首先，根据直接作用式调压器的工作原理，传感元件向上作用力会随着被控制量P2（出口压力）的增加而增加，从而使得重物上移，调压器开度、阀瓣和阀座的距离等缩短，进而导致被控制量P2（出口压力）降低，气压大小达到一种相对平衡的状态，反之亦然。

其次，对于间接作用式调压器，其组成结构主要包含了主调压器和指挥器两部分。当间接作用式调压器开启时，人们可以通过调节控制器来打开指挥器阀门，P1 在此处经过时会出现节流降压的状态，形成了负载压力P3，当大皮膜上有负载压力作用时，该作用力会经顶杆传递使得主弹簧压缩，进而打开了主阀口，输出的气流P2 会再次作用于指挥器皮膜以及大皮膜上，逐渐关闭了指挥器阀口以及主阀口。弹簧被调节指挥器所控制，因此人们通过调整调节指挥器能够将P2 调节为设定值，使得P3 作用在大皮膜上的作用力可以与主弹簧及P2 作用在大皮膜上的力平衡，与此同时，指挥器皮膜上来自P2 的作用力与指挥器控制弹簧的作用力也能在这种条件下达到平衡。输出P2 的稳定性与经过指挥器节流开关流出的气流量、P1 流进指挥器的气流量以及主阀口和控制器阀口的开度密切相关，当上述因素一定时，输出P2 稳定。如果下游负载增加且P2 降低时，平衡难以维持，导致主阀口和指挥器阀口的开度增加，流量提升，P2 又重新升高到设定数值，调压器恢复平衡状态，而当P2 升高时，调压过程与上述过程相反。

2 作用压力调节过程中常见问题及带来的影响

压力调节是燃气设备检修以及运行过程中的重要环节，并且供气质量也会受到压力参数的操作的干扰。一般而言，调节运行压力会受到各种因素的影响。首先，某些客观因素，例如供气范围、地理位置以及用气特点等会干扰调节运行压力。当燃气在管道内流动时，压力损失与供气范围成正比，工作人员需要重视供气范围，避免发生供气压力末端灶前压力无法满足燃烧工况需求。其次，地理位置高度也会影响压力调节，例如，末端压力会因为调节过低或过高而出现不足的情况。与此同时，由于燃烧器的类型以及城市燃气供应对象的用气规律存在差异，不同的用气特点会影响压力调节过程。

需要注意的是，除了客观因素以外，调节运行压力时间选择、放散压力与切断压力的选择也是影响压力调节过程的重要因素。首先，调节器的出口压力受流量影响较大，而城市燃气供应出现用气不均匀性较为明显，因此出口压力会随着流量的减小而增加。其次，针对不同的超压情况，需要按照不同的顺序操作。例如，当出现故障性超压时，可以依据“先切断后放散”的原则，而对于非故障性超压，则应按照“先放散后切断”的原则，从而提升其安全性。

3 提高燃气调压器使用效能的方法

为了在不同的用气情况中满足人们的需求，燃气供应系统需要在输配环节中充分发挥其功能，确保调压器性能的安全性，并通过科学使用调压器来提升供气质量，造福大众。

3.1 提高压力调节性能

一般而言，燃气调压器性能的提升需要从设计的正确性、操作的合理性以及管理的严格性等方面着手，对其进行细致且深刻的研究。首先，在相关人员进行燃气调压器设计时，需要提升对燃气调压器流通能力的设计水平，并且仔细检查燃气调压器管径以及用气负荷等参数，如果经核查发现燃具需要差异性较高的供气压力，那么工作人员在设计时则需要重视调压阀的配置，尽可能降低部分流量较大的燃气设备出现管网燃气切断或放散问题发生的概率。其次，为了燃气调压器的压力调节性能，需要工作人员综合考虑用户终端的用气性质，合理操作燃气调压器，既要确保出口压力的合理性，又要控制调压的时间，严格按照“先切断后放散”的选择来设置保护压力。与此同时，相关工作人员也需要认识到燃气调压器的严格管理的重要性。由于调压器的性能会因为某些杂质或材料的磨损而受到一定程度的干扰，例如，燃气调压器切断压力的作用会因为放散阀口垫粘连而失效。针对这一问题，有关人员需要严格管理燃气调压器部件的更换工作，确保每一部件的完整性，提升调压设备运行的稳定性和高效性，与此同时，还可以通过维修制度的建立、工作人员日常培训任务的加强、设备管理程度的加强以及燃气调压器维修和保养周期计划的制定等手段来提升压力调节的性能[1]。

3.2 优化调压设备的压力技术参数

运行压力、切断压力、放散压力、关闭压力是燃气调压设备对供气工况进行控制的几个重要参数。首先，燃气调压器的出口压力在其正常运作的情况下需要保持在预先设定的压力范围之内，并确保其精度在±15%，科学调节阀口的开度，避免出现因为开度过小而造成运行压力的改变。其次，当以用气情况为依据设置一个压力保护值时，该值便被称为放散压力。放散阀在放散压力控制中发挥了关键性作用，其能够自动打开进行泄压，降低了调压阀压力不断提升的出现问题概率。与此同时，关闭压力也是燃气调压器的重要参数，人们一般将关闭压力控制在不超过1.25P2的范围内，而调压器的关闭性能则受到了调压器自身老化或精度不准等因素的干扰。最后，切断压力是指调压器的出口压力大于调压器的设定值，为了防止“直通”而通过切断阀迅速切断进口压力[2]。

4 燃气调压器的研究进展

4.1 国内外燃气调压器的研发状况

目前，国内外研究专家和学者对燃气调压器进行了众多的研究和创新。在我国，调节阀领域是研究的核心问题，设备的使用维护、安装、安全装置的优化以及设备选型是主要的研究方向，但人们缺乏对调压器本身的深入和透彻的研究。例如，我国的学者为了达到更佳的燃气调压器的自动选型，尝试使用ADO 数据库操纵技术，分析了直接作用式调压器的应用价值，并阐述了其新研发的调压器的特点和功能等。然而，燃气调压器的研究主要是实验研究，燃气调压器的设计需要以设计者的经验为依据，严重缺乏燃气调压器相关机理的研究和创新。相比较我国，国外科学家对燃气调压器的研究更加深入。例如，塔塔里尼、斯伦贝谢、费希尔等燃气调压器产品具备自身独特的技术特点，拥有成熟的CFD 技术，并且十分重视燃气调压器的可选择性和针对性[3]。

4.2 燃气调压器常见故障诊断方法

对于燃气调压器故障诊断研究，国内外学者进行了深入的研究，总结了现代故障诊断技术，研发了例如系统输入输出信号处理诊断、人工智能诊断以及数学模型诊断结果等。首先，调压器关于系统输入输出信号处理的诊断是利用系统信号完成故障诊断任务的。该方法可以省略准确的研究对象模型，适用性较强。其次，人工智能诊断方法对调压器的故障诊断。该方法是以人脑的工作机理以及生理结构为基础的，该方式也将成为燃气调压器故障诊断发展的重要方向，例如基于神经网络的智能诊断技术以及基于专家系统的智能诊断技术，例如，在燃气调压器监测运维的过程中人们也应用了基于压缩感知理论故障诊断方法以及RBF 神经网络故障诊断方法等[4]。

通过不断的研究,燃气调压器故障诊断的方法也越来越多,在监测运维的过程中也会用到一些其他方法,包括RBF神经网络的故障诊断方法和基于压缩感知理论故障诊断方法等。