稳压器的工作原理 稳压器的简介
孟祥军+许宏良+刘宏亮
摘 要：燃气调压器是各种场站的主要调压设备，调压器的正常运行工作对天然气管网向用户供气的能力与安全稳定性有着直接关系，分析调压器工作性能的影响因素有其独特性。以自力式调压器为研究对象，主要从节流效应、噪音、上下游压力差等方面分析影响其正常运行的原因，产生的影响，并根据实际工程运行管理提出相应改善措施，提高调压器安全运行可靠度，为天然气场站工作提供现实保障。
关键词：天然气；调压器；影响因素；可靠度
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.037
0 前言
燃气调压器是燃气门站、各种场站的主要核心部件，也是燃气管网输配运行过程中的核心调压设备，调压器的安全可靠运行对天然气管网向用户供气的能力与安全稳定性有着直接关系[1-2]。但是，流体介质的改变、工况参数多样化及调压器自身结构缺陷，都会影响调压器正常运行，严重可致调压器故障切断，对正常生产、生活造成巨大影响。因此，本文通过对常用自力式调压器力学工作原理分析，研究影响调压器正常工作的因素，试探分析解决措施，确保其安全稳定运行。
1 自力式调压器工作原理
自力式的调压器，是依靠介质本身出口压力变化自动完成出口压力调节的调压器，也是应用较广的一种调压器，根据有无指挥器分为直接作用式和间接作用式。出口压力P2的变化通过信号管直接或经过指挥器间接反馈到主调压器皮膜上方弹簧上，然后通过改变弹簧受力自动控制主阀的阀口开闭扩张，以适应下游出口压力P2的变化，来保证下游工作压力的稳定输出，为燃气输配安全运行提供有利保障。
2 调压器工作影响因素
2.1 节流效应
天然气经过节流降压后产生的降温现象即节流效应，也称焦耳—汤姆逊效应，气体在绝热过程中发生的温度变化用焦耳—汤姆逊系数来表示，其物理意义为单位压力下降的温度变化值[4]。一般情况下，压力每降0.1 MPa，温度大约降低1℃，即每公斤压力降对应1℃的温度降，经调压器调节后的天然气温度变化程度可用公式1大约估算，出口温度（T2）与气体进口温度（T1）、出入口压力比值有关[5]。
其中：α为修正系数一般取0.8-0.9；K为绝热指数，天然气为1.2-1.4；
调压节流效应给调压器正常运行带来的负面影响主要为“冰堵”或结露。如果温度T2低于天然气露点温度时，就会使管路、调压器等外表面产生结露甚至结霜。由于天然气中的含有水分会在管路中会形成水化物，导致结冰现象，常发生在阀口或指挥器导压管处，严重时造成调压器故障，难以正常运行，特别是北方寒冷地区，更要防止“冰堵”的发生。李伟、李锐[5]等在冰堵这方面有所研究报道。另外，节流效应带来的长期温降也会对调压器内部的橡胶部件寿命使用也有一定影响，影响其工作可靠性；在输配运行中，调压器后管路系统中，由于管道介质的温度降低，埋地管道局部产生应力集中，导致管道产生变形，带来巨大安全隐患。针对上述影响因素，目前实际操作中，常用电加热泵与电伴热带等保温加热措施来保证调压器的正常运行。
2.2 振动与噪声影响
调压器设备在压力调节与流量控制运行过程中，引发振动，产生噪声，一般情况下根据原理的不同，噪声可以分为机械振动噪声、空气动力学噪声、流体力学噪声，这些噪声都会对调压器的正常运行造成影响。机械振动噪声是机械类振动、固有频率振动和阀芯震荡性位移引起的压力波动而产生的噪声，上述的“喘动”就属于这种噪声，产生的原因常与调压器的结构设计、零件材料的选择、设备的加工装配工艺有关。实际操作过程中，要防止天然气流动过程中与设备和管道产生的噪声频率和调压器固有频率相同而发生共振，关键途径就是合理选择调压范围工作，防止上下游压力频繁波动。
天然气流经调压器阀口或管径变化段时，由于节流效应，气体压力与流速发生变化，尤其是流速突然变大冲刷阀芯在阀口扩径部位形成湍流旋涡，使得部分机械能转化为空气动力学噪声，加剧噪声的产生，一般空气动力学噪声不可以消除，但可以采取措施减弱。高压天然气通过调压器时的规律符合高压阻塞喷注的湍流噪声，根据马大猷研究喷注噪声的规律和小孔消音器作用的关系[6]，可以采用小孔消声的原理对调压器内产生空气动力学噪声进行降噪。特瑞斯能源装备有限公司的PL SIL II型消音设备如图[1]所示，利用多级节流降噪和小孔降噪相结合的原理进行降噪消音。
流体力学噪声是流体在流经调压器、阀门阀口及管道内壁产生的摩擦而引发的噪声，是伴随气体流动产生，一般不大，但是若气流形成漩涡与势流和管道内壁相互作用形成漩涡振动，并产生剧烈噪声，所以也称之为管道噪声。管道噪声的控制也是维护调压器与管路正常运行的重要途径，一般在管道外部安装吸声、消声装备以降低噪声。
2.3 工况参数影响
调压器出口压力P2设定、进口压力的大小、上下游压差是影响调压器运行的重要工况参数。出口压力P2设定过低，天然气在阀芯与阀座闭合处的压差增大，如果气体中含有杂质过多时，气流会加速冲刷阀芯和阀座，严重影响阀芯和阀座的密封性，降低其关闭性能影响调压器正常运行。出口压力设定过高时，对于单一调压器而言，根据工作原理可知，指挥器与主调压器皮膜做出相应动作，阀芯与阀座闭合，上游产生憋压，下游压力下降又促使皮膜移动以致达到平衡位置，在整个平衡过程中，阀芯的频繁动作，增加了气流对阀芯与阀座的冲刷频率，降低其密封精度与可靠性。对于多路调压系统而言，P2设定过高时，会對安全切断阀设定压力有一定影响，在调节压力精度不高或流量波动较大情况下，切断阀会造成非正常切断故障。
另外，控制上下游压差的合理范围也是保证调压器正常运行工作的要求之一，压差不大情况下（3 Mpa以内），气流平稳，气体流动声音平缓，在天然气分输站调压器正常调压范围内可以保证气流平缓供应；压差较大时（5 Mpa左右）气流扰动比较大，下游管道阀门发生抖动噪声严重，这是由于气体高速流过障碍物（阀芯）时产生气体分界层[7]，在阀芯产生漩涡，撞击阀芯与管壁所致。长期上下游压差较大或间断供气，会导致阀芯与阀门关闭不紧，指挥器无法进行压力调节，降低调压精度，甚至出现安全事故。因此，保证上下游压差在
合理范围内、优化阀芯与阀座结构设计是维护调压器正常工作的基本要求之一。
3 结论
（1）节流降温严重时导致调压器“冰堵”和输配管路应变变形，并对内部橡胶零件使用寿命造成影响，实际工程中，常用电加热泵与电伴热带等保温加热措施手段减少节流效应影响。
（2）调压器噪声产生根据原理不同可以分为：机械噪声、空气动力学噪声、流体力学噪声。产生噪声的主要原因是气体波动流经阀体或管道与之碰撞而产生，因此防止上下游压差频繁波动、加装吸音消音设备是有效控制噪声的主要途径。
（3）调压器出口压力P2设定、上下游压差是影响调压器运行的重要工况参数，控制上下游压差在合理的范围内，是保证调压器长期安全可靠运行的关键保障。
参考文献：
[1]尹凌霄，郑平平，董伟.天然气调压站调压器失效实例分析[J]. 管道技术与设备，2016（01）：58-60.
[2]陈功剑，宋峰彬，王丽丽等.天然气调压器设计原理及影响因素分析[J].仪表与自动化，2011，29（03）：67-71.
[3]许璐.调压站内设备设施维护管理[J].科技创新与应用，2014（01） ：283
[4]史德化.天然气调压器工作性能影响因素及对策分析[J].上海燃气，2015（01）.
[5]李伟.天然气调压器的稳定及均匀性分析[D].北京建筑大学，2014.
[6]马大猷，李沛滋，戴根华等.高压阻塞喷注的湍流噪声[J].声学学报，1979（03）：176-181.
[7]陈敏恒.化工原理[M].北京：化学工业出版社，2008：23-24.
作者简介：孟祥军（1987-），男，硕士，从事城市燃气工程技术教育。endprint
