燃气输配工程第9章

燃气输配焦文玲市政环境工程学院第9章燃气的压力调节及计量•§9－1燃气压力调节过程•§9－2调压器的调压机构及传动装置•§9－3燃气调压器•§9－4燃气调压站§9－1燃气压力调节过程•调压器起两个作用：•①降压：•将较高压力降为较低压力•②稳压：•出口压力稳定，是个定值一、调压器的工作原理1.组成2.原理气体作用于薄膜上的力：CFPFaPN阀门的平衡条件式中：Wg——重块的质量WgN•当Q出↑orP入↓→P出↓，•N＜Wg，不平衡→薄膜↓→阀门↑→Q↑→P出↑（平衡）•当Q出↓orP入↑→P出↑，•N＞Wg，不平衡→薄膜↑→阀门↓→Q↓→P出↓（平衡）•所以不论用气量及入口压力如何变化，调压器经常自动地保持稳定的出口压力。•调压器和与其连接的管网是一个自调系统。•二、压力自动调节系统的过渡过程•静态：相对静止状态；•动态：参数处于变动；•过渡过程：被调参数随时间变化的过程称为自调系统的过渡过程。1.过渡过程曲线•非振荡的过渡过程（单调过程）变化较慢，也不采用衰减振荡过程，一段时间后，→给定值，平衡状态。等幅振荡，也是不稳定过程，除非振幅极小发散振荡过程，不稳定过程，被调参数偏离给定值↑被调参数时间•2.衰减振荡过程评价质量的标准•①衰减比：表示衰减程度的指标•一般4～10)(第二个波峰（第一个波峰）BB•②余差：过渡过程终了时的残余偏差，用C表示，出口压力范围，允许P±△P，±△P相当于C。•③最大偏差：过渡过程中，被调参数偏离给定值的最大差值，用A表示，A发生在第一个波峰出现的时刻，A越大，时间越长，越不好，•④过渡时间：从干扰发生起到系统又建立了新的平衡为止所用的时间，叫过渡时间，希望越短越好。实际上，被调参数达到P±△P就认为已达到稳定值。•⑤振荡周期与频率：过渡过程从一个波峰到第二个波峰之间的时间叫周期，其倒数叫振荡频率。三、影响过渡过程动特性的因素过渡过程的动特性主要取决于系统本身的动特性。1.调节对象的自行调节特性管道不借助调压器，当干扰发生时，能在新的参数下恢复平衡状态的能力。•2.调节对象的容积系数•等于管道中增加单位压力所需的燃气量。容积系数越大，较容易调节.•3.由于各种惯性产生的滞后•滞后对调节的稳定性影响很大，特别是测量滞后和传送滞后影响更大。这种滞后就是被调参数发生变化到阀芯开始移动之间的时间，这个时间越小越好.•4.干扰的特性•这是外因。当干扰均匀、平稳，有利于调节，反之就不易于调节，比如工业用户的干扰大，不易调节。§9－2调压器的调压机构及传动装置•一、调节机构及计算•（一）、调节机构•1.形状和特性•a.单座阀优点：•b.双座阀缺点：2.特性曲线•希望流量与调节阀的行程具有线性关系，但是具有线性关系的调节阀，在实际应用中，往往不能得到线性关系。•是由于阀门开大以后，阀前后压差发生变化，引起流量变化，导致实际曲线与理论曲线不一致。因此，需选用对数和抛物线曲线的阀门。最有效的区域（阀门开启程度变化很小，燃气量变化很大），对数、抛物线最有效的区域是最后的1/4部分。•（二）、调节机构的计算实际上是节流机构，压力损失②气流不断改变方向①摩擦阻力•当时，忽略压缩性•当时，考虑压缩性08.01PP08.01PP•1.对于不可压缩流体的计算•气体通过调压器的压力降22WP•计算流量：F——调节机构连接管的断面面积PFWFQ2•流通能力系数C：•ρ＝1000kg/m3，•△P＝0.0981MPa时，流经调节阀门的小时流量（m3/h）PFQ509FQC04.5•ξ0是对应于阀口面积F0的00FFPFQ005090004.5FCQ•2.可压缩流体的计算•在计算Q时，应考虑到ρ变化。•近似的物理模拟——气体从阀门流过看成孔口出流，流量计算：0200WFQ•在绝热情况下，出流速度•调节阀门的流量系数kkPPPkkW11211112011211121102001)(112PPPPPPkkPFQkkkPP11212)(RTzP12112212110100001)()(12PPPPPPkkzTPPPTFQkkk1101601046.1zTPPCQ•如采用常用单位：Q0(m3/h)，P1、△P（MPa）110105260zTPPCQ•ε一般用实验数据，因为气体流经阀门时的流动与绝热过程有区别，所以Q0中ε用实验数据更合理些。•ε的计算：•①根据P2/P1查图9－7→ε•②空气ε＝1－0.461PP•实验表明，空气的临界压力比•而理论•作为计算公式中的校正值。48.0)(12cPP528.0)(12cPP91.0528.048.0cPP)(12•当气体流经阀门处在临界状态时，即•此时，Q0变成cPPPP)(1212110110)(5260zTPPPCQcc112)12(91.0)(kkckPPcccvPPPP1)(1)(121•如果实验调压器时所用参数为•则换算成Q0为：•（1）亚临界状态（亚音速）：200PPQ、、、020200PPPPQQ•（2）临界状态：•最大流量Q0max。0201005.0PPPQQ•调压器的计算流量（额定流量）与Q0max间：•Q0max＝（1.15～1.2）QP•QP与管网的计算流量，QP=1.2Q二、传动装置•（一）、薄膜的有效系数•挠度：薄膜中心沿着薄膜移动力的方向移动的距离。•C：薄膜中心所承受的力占总力中的份数薄膜上没有硬质圆盘时当0＜f＜1/2有1/3＜C＜1薄膜有硬质圆盘时当0＜f＜1/2有2/3＜C＜1•0＜f＜1/2,2/3＜C＜1•这样改善了薄膜的传动特性，但大大减少了薄膜的自由行程（缺点）•圆盘直径d≤0.8DCFPFaPN•（二）、薄膜的特性•1.材料：•性能要求：灵敏度高，气密性好，耐腐蚀、耐热、耐高温•2.结构：分带骨架，不带骨架•3.膜片形状：平面形、碟形、波纹形§9－3燃气调压器一、调压器的分类1.按作用原理分类2.按用途和使用对象分类3.按进、出口压力分类4.按结构分类5.按被调参数位置分类•二、直接作用式调压器•只依靠敏感元件（薄膜）所感受燃气出口压力的变化来驱使调节阀门移动进行压力调节。薄膜，即是敏感元件又是调节装置。•（一）、液化石油气减压器结构：工作原理：•（二）、用户调压器•工作原理：•特点：用于居民用户和小型用户，进行楼栋调压。•三、间接作用式调压器•由敏感元件感受到燃气出口压力的变化，使一个操纵机构动作，接通能源，经传动，放大，使调节阀门移动，达到调节目的。其敏感元件和传动装置是分开的，操纵机构通常叫指挥器。•（一）轴流式调压器•组成：•工作原理：•特点：通过阀门的阻力损失小，在进出口压力差较小的情况下通过较大的流量。•（二）、曲流式调压器•组成：•工作原理：•特点：运转无声、关闭严密、结构紧凑，可用于门站、调压站。•①T——调压器，M——煤气调压器•②z——直接作用式;T——间接作用式•③进口压力级别•④第二节第二位数字代表调压器出口压力级别•⑤第二节第三位数字表示调压器出口连接管径的;•⑥采用螺纹连接时，在最后加“L”，采用法兰连接时，不予标示。§9－4燃气调压站一、调压站的组成及装置由调压器、阀门、过滤器、安全装置、旁通管及测量仪表等组成。•（一）阀门•在调压站的进、出口管道上设置阀门，便于站内检修和事故处理。•在调压站外也要设置阀门，一般安装在距调压站外10～15米的地下阀门井内。当调压站发生事故时，不必靠近调压站即可关阀门。•（二）过滤器•位置：安装在调压器的入口前；•作用：使燃气中悬浮的颗粒状杂质过滤出去，使阀芯和阀座不被破坏，保证调压器正常工作；•构造：中间有马鬃或玻璃丝填料；•使用：安装压差计，当测得的压力降大于10kPa(1000mmH2O)，清洗过滤器。•（三）安全装置•当调压器出口压力突然升高，必须有安全装置应对这种情况。•1.安全阀：有•安全放散阀，提前放散。•安全切断法，自动切断燃气。•安全放散阀：•水封式、•重块式、•弹簧式。•当放散压力较大时，可选用汞封。•2.监视器装置•两个调压器串连•3.调压器的并联装置•原理：正～3的给定出口压力略高于备用调～的给定出口压力，所以正常时，备～关闭状态。•（四）旁通管•（五）测量仪表：指示式压力计、自计式压力计；专用调压站：流量计消声装置、防冻的加热装置二、调压站的分类及选址•（一）按使用性质•1.区域调压站•2.箱式调压•3.专用调压站•（二）按建筑形式•1.地上调压站•2.地下调压站•（三）选址•1.地上调压站适用范围广•2.地下调压站不必采暖，不影响城市美观三、调压站的布置•总原则：管理、维修方便，设备布置紧凑，管线力求简单。•1.区域调压站：•通常有－、L、∏形。•2.专用调压站：•与区域调压站不同的地方：•1）压力过高、过低都要关断，选用安全切断阀和关闭严密的单座阀调压器。•2）安装流量计•3.用户调压§9－5燃气的计量•一、容积式流量计分膜式流量表、回转式流量表（罗茨流量计）和湿式流量计。基本原理是：直接地测定流过流量计的气体的体积。•二、速度式流量计分叶轮表和涡轮表。基本原理是：当流体以某种速度流过仪表时，叶轮旋转，在一定范围内叶轮的转速和流体的流速成正比，因此也和流量成正比。•三、差压式流量计是目前工业上用得最广泛的一种测量流量的仪表。作用原理是：流体通过突然缩小的管道断面时，流体的动能发生变化而产生一定的压力降，压力降的变化与流速有关，借助于差压计测出压力降以后即可转化成所通过的流量。节流件可以是：孔板、喷嘴和文丘里管。•四、涡街式流量计属于流体振荡型仪表，是旋涡流量计中的一种。膜式流量表原理如图