上海飞奥燃气设备有限公司 施汉龙 石丽丽

锅炉用调压器稳定性解决方案探讨

上海飞奥燃气设备有限公司 施汉龙 石丽丽

调压器是燃气输配供应系统的主要设备，它的稳定性关系到燃气管网的安全，通过对调压系统的模拟工况实验，找到影响调压器稳定性的主要因素，得出初步解决方案，分析并得出增加管容、设置一定数量的放散阀、调节锅炉的PLC系统是三种有效的方法。

调压器 稳定性 关闭时间 管容 放散阀 PLC系统

0 引言

燃气调压站是燃气输配供应系统的主要设备，调压器的稳压精度、关闭压力、响应时间以及紧急切断阀的切断压力精度、响应时间是其安全运行的关键。对于燃气锅炉来说，在锅炉本体达到温度或燃气泄漏报警后，锅炉前置的电磁阀关闭瞬间，经常会碰到紧急切断阀先于调压器动作并切断的情况。此时，电磁阀再次开启时，燃气调压站也无法恢复供气，若要恢复供气，需要通知燃气公司，查明原因后才能开启紧急切断阀，恢复供气。这样势必会影响燃气的正常供应，在给燃气公司和用户都带来不便的同时也会照成经济上的损失。

1 原因分析及试验

在上述情况下，引起紧急切断阀切断的原因，有两种观点：

观点一：引起管道内压力瞬间升高的原因是由于锅炉燃烧器的电磁阀关闭速度极快，继续有一定量的气体涌入，然后形成气体反冲——即“浪涌”造成。

观点二：调压器的响应时间相对电磁阀的关闭时间要长很多，使得上游的大量燃气进入到调压器和电磁阀之间管段内，造成该管段内的压力瞬时升高造成。

为了对上述两种观点进行验证，我们专门设计了一个专用单向阀(上盖装有透明视窗可以观察内件的动作情况)安装在调压器和电磁阀中间进行试验，实验流程图见图1。

由图1可知，若第一种观点成立，电磁阀关闭后，气体处于倒流状态，因为单向阀能起到防止气体反冲的作用，所以单向阀会关闭并使切断阀不会动作和切断。

图1 单向阀防气体反冲流程

试验过程：

(1)关闭紧急切断阀及电磁阀，从A8的测试球阀处充气7 kPa，并保压10 min后，观察单向阀前压力表，显示为无压力；打开A5的测试球阀，无气流。说明该单向阀在7 kPa时能反向密封。

(2)向调压器前充气至压力p1=0.4 MPa，调整紧急切断阀启动压力10 kPa，调压器出口压力7 kPa。

①将序号为A10的截止阀开至一定的开度，并打开电磁阀。

②通气运行2 min后，迅速关闭电磁阀，单向阀的前后压力表读数均上升为 21.8 kPa(为原出口压力的3～4倍，见图2)，紧急切断阀切断，过程中单向阀始终保持在开启状态。

图2 电磁阀紧急关闭时出口压力曲线(不带放散)

③再次打开电磁阀，通气运行2 min后，将电磁阀设定为延迟关闭 3.75s，出口压力保持于7.6kPa(见图 3)。

图3 电磁阀延迟关闭3.75 s时出口压力曲线

试验结论：

(1)电磁阀关闭后引起紧急切断阀动作的原因是调压器的响应时间相对电磁阀的关闭时间要长，而非气体的反冲。

(2)延迟电磁阀的关闭时间，能起到预防紧急切断阀误动作的作用。

2 解决方法分析

2.1 改变电磁阀的控制方式

通过对多种锅炉前置电磁阀的分析，发现一般锅炉均采用慢升快关式电磁阀，即主电磁阀打开时缓慢升起，以防止气流冲击过大，吹灭火焰。当关闭时在电磁阀内部的弹簧作用下，瞬时关闭。

因电磁阀的关闭时间一般均设定为不大于1 s，远小于调压器的响应时间，故紧急切断阀才会关闭。所以我们觉得延迟电磁阀的关闭时间能起到预防紧急切断阀误动作的作用，可以采取两种方式：

(1)对于由 PLC控制的电磁阀，则可以通过对PLC的设置，缓慢关闭电磁阀，把调压器延迟关闭输送的燃气烧掉，管道内压力就不会升高。

(2)对于不是由 PLC控制的电磁阀，则需要在伺服马达线路上作一些改动，使燃烧器转入小火状态下燃烧，然后再关闭电磁阀。

当然，上述两种情况均需要联合锅炉厂家对燃烧器的接线图纸进行改动。

2.2 增加管容

从上述试验中，我们知道：由于调压器的响应时间大于电磁阀的关闭时间，在电磁阀关闭到调压器关闭这段时间内，还会有大量的燃气进入到调压器后至电磁阀之间的管路内。而进入该管段燃气的体积是和调压器前后的压差、调压器的响应时间、调压器后管路的管容有关。

(1)在管容确定的情况下，进出口压差越大、调压器响应时间越长，则出口压力上升幅度越大。

(2)在进、出口压力和调压器均已确定的情况下，管容越大，则出口压力上升幅度越小。所以，增加管容能有效减少出口压力升高的幅度。

意大利飞奥对于锅炉用户，有如下设计管容的经验方法。

当出口压力小于0.5 MPa且不小于0.01 MPa时，所需管容：

当出口压力小于0.01 MPa时，所需管容：

式中：V——调压站至电磁阀间的管容，m3；

继续实施中央财政小农水重点县、规模化节水灌溉、重点中型灌区节水改造等重点项目建设。按照正在编制的 《天津市灌溉发展总体规划（2011—2020 年）》，到 2020 年，天津市农业节水灌溉全部实现，节水灌溉面积将达到512万亩，灌溉水利用系数达到0.73以上。2014—2020年，规划投资33.4亿元，新增节水灌溉面积246万亩，改善节水灌溉面积88万亩。2021—2025年，需进一步加大喷微灌等高效节水灌溉技术推广力度，再规划建设喷微灌20万亩，估算投资4亿元，才能使灌溉水利用系数达到0.8以上的目标，达到目前发达国家水平。

Q——调压站公称流量，m3/h；

p——绝对压力，MPa。

以5 kPa和20 kPa的出口压力进行管容计算后得出的所需管道长度值见表1。

表1 不同流量、压力、通径下所需管道长度

通过以上理论分析及计算，得出一般的管容所需管道长度在30～80 m。

2.3 放散阀的研究及实验

考虑到常规锅炉用调压站的放散阀是微量放散，所以在实验设计时考虑预留了5个放散阀接口，供实验调整用，并在飞奥公司调压(阀门)检测实验室做了多次测试。测试系统见图4。

图4 放散阀测试系统

测试过程模拟工况条件：

p1=0.1～0.4 MPa，p2=7 kPa，Q=1 000 m3/h，手动切断阀，切断阀切断过程小于1 s。

此过程中，没有开启放散阀时，p2的最大值为p2max=21.02 kPa，调压器切断。

此过程中，开启1个放散阀时，p2的最大值为p2max=12.03kPa，调压器切断。

此过程中，开启2个放散阀时，p2的最大值为p2max=9.96 kPa，调压器不切断。

此过程中，开启3个放散阀时，p2的最大值为p2max=9.13 kPa，调压器不切断。

测试得出以下结论：在调压器下游增加放散阀来抑制压力突然上升，效果明显。通过实验数据，设置1个放散阀就可抑制压力上升，考虑到实际应用可设置3～4个放散阀应对不同出口压力的情况。

由此可知，在调压器下游增加放散阀组可抑制调压器出口压力的突然上升。

放散出来的燃气可以收集，引导至锅炉燃烧，不直接排空，安全可靠，同时不影响计量。

在调压器后管道上增加放散阀的结构在香港海洋公园和上海岳阳医院的调压设备上进行了实际应用，效果非常明显，调压器的稳定性得到了保障，下图5和6分别是海洋公园实例的照片。

图6 海洋公园喷火设备

香港海洋公园要求的是一个大型喷火项目，需要营造出绚烂的喷火效果，比如瞬间大势喷火、火势频繁变换、短时反复喷火、熄火迅速等，这就要求喷火项目用燃气调压系统必须能满足供气迅速、频繁供气、流量变换和调压稳定等特殊要求。针对该项目的特点，我们调压工艺系统在增加了一定管容的基础上，同时设置4组放散阀，既满足迅速供气，又保证流量频繁变化、突然停止供气等工况要求。

3 结语

通过上面的理论研究和实验，可以得出：

(1)调压器切断阀关闭的主要原因并不是下游的气体反冲造成的压力上升,而是调压器启闭件的反应时间(3～4 s)比用户端阀门的切断时间(1 s)长，以至于切断后调压器的上游还有大量气体流向下游，在下游管容小时会有压力突然上升的现象出现，因此造成了调压器切断阀的自动切断。

(2)确保燃气运营系统的稳定和安全，满足锅炉设备的安全供气，是燃气调压系统必须具备的性能要求。解决由于用户端阀门关闭而造成的调压器切断阀自动切断这个问题，主要有调节用户端电磁阀控制系统、增加管容、设置放散阀三种方法。

①调节用户端电磁阀控制系统，对整个燃气工艺系统的改造最小，对原设备场地没要求，而且最简便。因此，如果电磁阀是由PLC控制的，优先采用此方法。

②设置放散阀，对整个燃气工艺系统的改造较小，对原设备场地没要求，而且也比较简便。因此，在锅炉电磁阀不是PLC控制的情况下，像北京、上海等大城市优先采用此方法。

③增加管容，对整个燃气工艺系统的改造最大，对原设备场地有一定空间要求，而且比较复杂，工作量大，对三、四线城市或者工业用户，场地问题不是很敏感的场所可考虑采用此方法。

Discussion on the Solution of Boiler Regulator Stability

Shanghai Fiorentini Gas Equipment Co., Ltd Shi Hanlong Shi Lili

Regulator is the main equipment in gas transmission and distribution system, whose stability is highly related to the security of gas pipelines. Through the simulation experiment of regulating system under working conditions, this paper finds out main factors affecting the stability of regulator, arrives at a preliminary solution,analyzes and draws a conclusion that increasing pipe capacity, setting a certain amount of relief valves, adjusting the boiler PLC system are three effective ways.

regulator, stability, close time, tube capacity, relief valve, PLC system