火炬調(diào)壓器及調(diào)壓器后緩沖管段的選擇

摘 要

摘要：燃?xì)庹{(diào)壓器在出口負(fù)荷突然增大時，調(diào)壓器出口壓力會在很短的時間內(nèi)大幅降低，可能會引起火炬燃燒狀況不良：通過調(diào)壓器選型及合理設(shè)置緩沖管段，可以有效控制調(diào)壓器出口壓力的大
摘要：燃?xì)庹{(diào)壓器在出口負(fù)荷突然增大時，調(diào)壓器出口壓力會在很短的時間內(nèi)大幅降低，可能會引起火炬燃燒狀況不良：通過調(diào)壓器選型及合理設(shè)置緩沖管段，可以有效控制調(diào)壓器出口壓力的大幅降低，增加火炬燃燒的穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：調(diào)壓器；響應(yīng)時間；緩沖管段
    第十一屆全國運(yùn)動會在山東舉行，濟(jì)南作為十一運(yùn)會的主會場。濟(jì)南港華承擔(dān)了全運(yùn)會火炬燃?xì)夤?yīng)、能源中心及運(yùn)動員村等全運(yùn)場所的所有燃?xì)獾墓?yīng)任務(wù)。其中火炬保供作為重中之重。
    濟(jì)南港華全運(yùn)會場所供氣區(qū)域的管網(wǎng)供氣壓力為0.1～0.4MPa，火炬制造商西安恒浦體育科技工程有限公司提供火炬，火炬的正常使用壓力為30～50KPa，所以，中壓管網(wǎng)必須經(jīng)過燃?xì)庹{(diào)壓設(shè)備調(diào)壓后方可供應(yīng)火炬使用。調(diào)壓器的選擇是關(guān)系到火炬能否正常燃燒的關(guān)鍵，同時，作為火炬瞬間點(diǎn)火時燃?xì)饬髁亢艽?，調(diào)壓器后適當(dāng)設(shè)置緩沖管段對火炬的正常燃燒起著十分重要的作用。
1 調(diào)壓器的選擇
   調(diào)壓器按照作用原理不同，通常分為直接作用式和間接作用式兩種。
1.1 直接作用式調(diào)壓器
    直接作用式調(diào)壓器是由敏感元件(即薄膜)、傳動部件(閥桿)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥門)等部件組成。當(dāng)調(diào)壓器出口壓力變化時，薄膜上下的壓力差推動閥桿移動，使閥口開度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致燃?xì)饬髁孔兓?，調(diào)壓器出口壓力回復(fù)到原來給定的數(shù)值。
    直接作用式調(diào)壓器主要為小型調(diào)壓器，其通過流量較小，一般只用于中低壓調(diào)壓，通過流量較大時，穩(wěn)壓效果較差。
1.2 間接作用式調(diào)壓器
間接作用式調(diào)壓器有主調(diào)壓器和指揮器組成，指揮器的出口與調(diào)壓器的膜下腔相連通。當(dāng)調(diào)壓器出口壓力變化時，指揮器閥門動作，指揮器出口發(fā)生變化，主調(diào)壓器膜下腔壓力隨之發(fā)生變化，致使主調(diào)壓器閥門動作，流量發(fā)生變化，調(diào)壓器出口壓力恢復(fù)到給定值。
    間接作用式調(diào)壓器流通能力較大，穩(wěn)壓效果較好，在門站、區(qū)域調(diào)壓站及大型用戶采用此種調(diào)壓器。
1.3 調(diào)壓器的響應(yīng)時間
    直接作用式調(diào)壓器出口壓力變化直接反映給敏感元件薄膜，指揮閥桿來調(diào)節(jié)閥口開度，響應(yīng)時間較短，可以在1s內(nèi)響應(yīng)：間接作用式調(diào)壓器出口的壓力變化需先通過指揮器，再由指揮器指揮主調(diào)壓器進(jìn)行閥口開度的調(diào)節(jié)，故間接作用式調(diào)壓器通常比直接作用式調(diào)壓器響應(yīng)時間要長，需要3s以上。由于不同廠家調(diào)壓器采用的定壓彈簧性能不同，相同形式調(diào)壓器間響應(yīng)時間也會相差較大。
1.4 火炬調(diào)壓器的選擇
    火炬調(diào)壓器在點(diǎn)火瞬間即能達(dá)到額定流量，所以應(yīng)該選擇響應(yīng)時間較短的直接作用式調(diào)壓器。
1.5 調(diào)壓器的其它配置
    火炬調(diào)壓器采用意大利飛奧進(jìn)口產(chǎn)品，設(shè)計(jì)兩路調(diào)壓裝置，單路供應(yīng)就能滿足火炬用氣
量。設(shè)置數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)，對調(diào)壓器進(jìn)出口壓力、溫度及泄漏監(jiān)測實(shí)時傳輸?shù)秸{(diào)度系統(tǒng)?？紤]到火炬在燃燒期間不能熄滅，未設(shè)超壓切斷裝置，只加設(shè)超壓放散裝置。
2 緩沖管段的作用
    當(dāng)火炬點(diǎn)火瞬間，調(diào)壓器后壓力發(fā)生變化，此時調(diào)壓器在定壓彈簧的作用下，逐漸開啟調(diào)壓器閥口。從定壓彈簧發(fā)揮作用到完全啟動調(diào)壓器閥口，需要一定的響應(yīng)時間(t)，而這段時間內(nèi)調(diào)壓器后管段內(nèi)的燃?xì)鈮毫l(fā)生較大變化，可能導(dǎo)致火炬不能正常燃燒。如果燃?xì)鈮毫ο陆档交鹁娴淖畹凸?yīng)壓力時，火炬可能會熄滅。在調(diào)壓器后設(shè)置緩沖管段，可以有效地緩解因調(diào)壓裝置在火炬瞬間點(diǎn)火時燃?xì)鈮毫Φ淖兓?，從而保證火炬的正常燃燒。
3 緩沖管段的選擇
    因調(diào)壓器的響應(yīng)時間是由調(diào)壓器的形式、彈簧特性等調(diào)壓器的固有特性等決定，當(dāng)我們選定調(diào)壓器后，其響應(yīng)時間是不能改變的，故在調(diào)壓器出口與火炬之間設(shè)置適當(dāng)?shù)木彌_管段，有利于緩解火炬瞬間點(diǎn)火時引起調(diào)壓器后燃?xì)鈮毫Φ淖兓瑥亩ＷC火炬的正常燃燒。
3.1 調(diào)壓器的主要參數(shù)
   (1) 進(jìn)口壓力P1
   中壓管網(wǎng)壓力，一般在0.1MPa～0.4MPa之間；
    (2) 出口壓力P2
    調(diào)壓器的出口壓力；
    (3) 出口的設(shè)定壓力P2S
    用氣設(shè)備所需壓力與管線阻力損失之和，通過調(diào)節(jié)定壓彈簧進(jìn)行設(shè)定；
    (4) 響應(yīng)時間
    從定壓彈簧開始動作到完全啟動調(diào)壓器閥口所需時間，有調(diào)壓器的形式、定壓彈簧的特性等決定；
    (5) 穩(wěn)壓精度
    一簇靜特性線上，工作范圍內(nèi)出口壓力實(shí)際值與設(shè)定壓力間偏差的最大正偏差和最大負(fù)偏差的絕對值的平均值對設(shè)定壓力的百分比值；
   (6) 穩(wěn)壓精度等級
   穩(wěn)壓精度的最大允許值乘以100；
   (7) 用氣設(shè)備標(biāo)況小時用氣量Q0(Nm3/h)；
   (8) 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓P0；
   (9) 絕對大氣壓Pj；
3.2 緩沖管段的計(jì)算分析
    因調(diào)壓器前后壓力較低，可應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT來分析。
    火炬點(diǎn)燃前調(diào)壓器后管道內(nèi)燃?xì)獬跏紨?shù)量為：
   n0=P2Sj×V0/RT   (1)
   火炬燃燒時單位時間流量為q，m3/s
    q=Q0/3600
    調(diào)壓器開始動作到完全開啟的響應(yīng)時間內(nèi)，管道內(nèi)燃?xì)鉁p少量為：
   Q=q×t    (2)
   減少的燃?xì)鈹?shù)量為：
   n=P0×Q/RT=P0×q×t/RT    (3)
   火炬點(diǎn)火瞬間到調(diào)壓器閥口完全打開前，調(diào)壓器后管段內(nèi)的壓力Ph為：
    Phj=(n0-n)×RT/V0    (4)
    將n0、n、Q分別代入得到：
    Phj=P2Sj-P0Q0t/3600V0    (5)
即：Ph=P2S-P0Q0t/3600V0    (6)
3.3 緩沖管段的計(jì)算
    根據(jù)火炬廠家提供的參數(shù)，火炬正常燃燒壓力范圍為30～50KP即：0.6Pg～Pg之間能夠正常燃燒。所以：
    Ph=P2S-P0Q0t/3600V0≥0.6Pg，
    即緩沖管段的容積為：
    V0≥P0Q0t/3600/(P2S-0.6Pg)    (7)
    火炬正常燃燒時的流量為2500m3/h，調(diào)壓器出口設(shè)定的壓力為40KPa，火炬的最大工作壓力為50KPa，選用直接作用式調(diào)壓器(響應(yīng)時間t=1s)，計(jì)算可得：
   V0≥101300×2500×1/3600/(40000-30000)即：V0≥7.035m3。
    如果選用DN300的管道，管線長度為99.5m。為慎重起見，預(yù)留20%的余量，火炬調(diào)壓器后DN300的管道選用120m。通過與飛奧廠家詳細(xì)的溝通，廠家建議調(diào)壓器后的緩沖管段容積為火炬流量的3‰到5‰，即7.5m3～12.5m3之間，與計(jì)算結(jié)果基本吻合。
    港華集團(tuán)DM11明確規(guī)定鍋爐、直燃機(jī)用調(diào)壓器必須滿足設(shè)備急開急停的使用需要，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)能達(dá)到快速開啟及快速關(guān)閉的要求；完全關(guān)閉時間應(yīng)在1s以內(nèi)。作為火炬點(diǎn)燃瞬間同鍋爐啟動狀態(tài)相似，在選擇火炬調(diào)壓器時，除滿足用氣量、用氣壓力及可靠供氣以外，也應(yīng)該考慮調(diào)壓器的響應(yīng)時間盡量短，合理設(shè)置緩沖管段，才能更好的保證火炬的正常燃燒。
 
(本文作者：郭廷進(jìn) 濟(jì)南港華燃?xì)庥邢薰?山東濟(jì)南 250014)