淺析燃氣調壓設備供氣系統不間斷性設計
燃氣調壓設備是城市燃氣輸配系統的重要設施之一。隨著各類用戶對用氣質量的要求不斷提高，燃氣調壓器更加安全、經濟、可靠地運行將成為燃氣安全工程中重要課題之一。如何保證供氣的連續性，既是燃氣企業效益連續性的保證，也是燃氣供應方在簽署了供氣合同后履行合同的義務和職責，對一些供氣要求較高的用戶（尤其是工業企業）來說，短時間的停氣將會給用戶帶來巨大的損失，會給供氣和用氣雙方帶來諸多矛盾甚至付諸法律。多數時候，我們只能依靠燃氣調壓設備自身的可靠性，缺乏主動的對燃氣調壓系統的針對性設計。
2 不間斷調壓供氣方案
一路完整的燃氣調壓器系統至少應該由進口截斷閥、緊急切斷閥、調壓器和出口截斷閥構成。當調壓器發生故障時，緊急切斷閥感應到超壓或者失壓并做出切斷動作，該路調壓系統停止工作。對于在生產中不允許停氣的用戶而言，這種供氣方式形式單一、風險高，很難實現無人值守。
不間斷調壓供氣應具備以下要求：
（1）當運行路發生故障或下游用氣量突然增大，造成出口壓力過低時，備用路能在自動不停氣的情況下補上運作供氣；
（2）當運行路發生故障，若導致出口壓力上升，并令運行路上的超壓切斷閥發生作用，將運行路關上時，備用路能自動投人(注：當出口壓力上升時，備用路上的超壓切斷閥不可發生作用。)
（3）以上（1）及（2）的工序不可用電子或電力裝置或人手調控來實現，并必須在調壓站電力供應中斷時仍能運作。
目前，國內外主要采用工作監視調壓和一用一備兩種調壓流程來保證燃氣調壓系統的安全性，下面先就兩種方案展開比較和討論。
2.1 工作監視調壓供氣系統
工作監視調壓系統設計已經被普遍接受和認同，并且被大量使用在一些關鍵的燃氣輸配系統中。工作監視調壓顧名思義即是由工作調壓器和監視調壓器共同組成，監視調壓器的位置位于工作調壓器上游、緊急切斷閥下游，它的出口壓力設定點高于工作調壓器的設定點，低于緊急切斷閥超壓切斷的設定點，當調壓系統正常工作時，監視調壓器因為設定值高于工作出口壓力，處于全開狀態，不妨礙工作調壓器正常工作；當工作調壓器失效，下游壓力升高，并達到監視調壓器的設定值時，監視調壓器開始工作，保持下游壓力處于監視調壓器的控制范圍當中。工作監視調壓系統如圖 1 。
工作監視調壓的設計需要幾個有效的前提，一是調壓器的設計為 Fail Open結構，即失效全開，只有工作調壓器失效全開，監視調壓器才能夠發揮作用；其次，監視調壓器必須處于監視狀態，意味著它的出口壓力設計值必須高于工作調壓器的設定值，具體的設定值依據不同的調壓器性能有所不同，取決于調壓器的調壓精度和工作范圍；同時，下游用戶可以接受一定壓力范圍的波動。另一方面，調壓器并非全通徑設備，即使是軸流式調壓器，也會在一定程度上阻礙流通的流量并帶來一定的壓損，所以在設計工作監視調壓時，必須要考慮調壓器串聯所造成的流量損失和壓損增大問題。這就使得工作監視調壓的設計并不適合于低壓差的調壓系統和下游用戶需要壓力波動范圍極小的調壓系統。
目前，天然氣緊缺的情況時有發生，燃氣供應初期入口壓力往往較低，調壓系統在某種程度上起到的是穩壓的作用，這個時候如果采用監視工作調壓，由于調壓器的串聯結構，勢必在一定程度上犧牲流量和出口壓力。
2.2 一用一備供氣系統
為了防止單路供氣因為故障或者維護所造成的停氣，雙路供氣的結構也越來越多的用來代替單路供氣和一用一旁通供氣結構，備用路采用與工作路完全相同的設計，包括了過濾器、截斷閥（球閥或者蝶閥）、緊急切斷閥以及調壓器。備用路的安裝位置與工作路并聯，共用同一個人口和同一個出口，其并聯既可以通過彎頭三通來實現，也可以通過匯氣管插管來實現。備用路雖然用以備用，但并不意味著備用路的前后截斷閥處于關閉狀態，相反，備用路同工作路一樣，前后截斷閥均一直處于全開狀態，這樣做的目的是使備用路在工作路故障切斷時可以自動的不借助任何外力進人工作狀態。正如監視調壓器的設定點高于工作調壓器設定點時，監視調壓器處于全開狀態，相反，通過將備用路調壓器的設定值設定為低于工作路調壓器，備用路調壓器在正常工作即可處于關閉狀態。即使備用路的前后截斷閥處于全開狀態，但是調壓器起到了截斷作用，備用路不會有氣體流通。
此類調壓系統主要作用有以下幾點：
（1）當其中一路進行定期維護或維修時，可以由另一路完全擔負向下游供氣的任務，不會影響下游用戶連續用氣的需求；
（2）當下游用戶用氣量突然增大，工作路單路供氣不能滿足下游用氣量要求時，下游壓力會隨之降低，備用路調壓器感應到下游壓力低于自身設定值時，會自動啟動，雙路同時為下游供氣，實現自動增路的功能。
（3）當工作路調壓器故障全開時，上游高壓氣體快速流往下游，造成下游瞬間超高，當壓力超過工作路切斷閥設定點時，工作路緊急切斷閥即切斷氣源，工作路停止向下游供氣；由于下游繼續用氣，當下游壓力低于備用路調壓器設定值時，備用路調壓器會自動啟用，整個用氣過程連續、不間斷。
似乎一用一備結構的供氣方式已經具備了完全自主的供氣、增路、補氣的功能，為維護提供充裕的時間。但是，仔細分析此系統備用路自動啟動的過程，我們仍然能發現一個顯著的缺陷：由于并聯安裝，共用相同的出口，無論是工作路還是備用路的緊急切斷閥感應口和調壓器感應口位置，均處于調壓器相同的下游，由于工作路和備用路的下游截斷閥均處于全開狀態，當下游壓力超過緊急切斷閥設定值時，工作路和備用路的緊急切斷閥都有可能做出超壓切斷的動作，如果是這樣，即使是下游壓力下降到備用路調壓器的設定值，備用路因為緊急切斷閥切斷了氣源，也無法擔負起自動補氣的作用，一用一備結構事實上形同虛設，不能發揮自動供氣保證連續性的作用。
為了解決這種情形，通常我們選擇將備用路的緊急切斷閥切斷壓力設置得高于工作路。由于工作路故障，瞬間通過工作路涌向下游的氣體會使壓力突然升高，備用路的緊急切斷閥切斷壓力不僅是需要稍微高出工作路設定點，為了保證無論在什么情況下備用路都不會被誤切斷，其設定甚至高于下游安全放散閥的放散壓力，如此一來，備用路的緊急切斷閥又無法發揮自身安全緊急切斷的作用。
3 自動選路調壓系統設計
通過對目前普遍采用的在工作監視調壓系統和一用一備調壓系統中問題的分析，我們可在以上不間斷調壓供氣的基礎上設計出調壓自動選路系統。自動選路系統是一用一備調壓結構的升級系統，主要用于實現當運行路發生故障，令運行路上的超壓切斷閥發生作用，將運行路關上時，備用路能自動投人運行，并且出口壓力上升時，備用路上的超壓切斷閥不可發生作用，是對上述一用一備調壓系統缺陷的補充和完善。
自動選路系統的設計是建立在一用一備調壓結構基礎上的，還可以應用于多路調壓的結構，主要應用在對供氣要求較高的場所，以保證供氣的連續不間斷性。對于單路調壓或者一用一旁通的調壓結構，不存在備用路切斷閥誤切斷的問題。如上文所述，一用一備結構由兩路完全相同設計的調壓路并聯構成，工作路和備用路均由截斷閥、過濾器、緊急切斷閥、調壓器組成，自動選路系統的設計并不會改變這樣的結構，所謂自動選路系統，只是在一用一備調壓結構的基礎上通過增加自動選路設備來實現。
調壓自動選路設計的靈感來自于軸流式調壓器的進口壓力和控制壓在調壓器關閉時相等，在調壓器運行時存在著壓差。自動選路設計多數應用于間接作用式調壓器，間接作用式調壓器是利用出口壓力變化，經指揮器放大后來控制驅動器帶動調節元件運動的調壓器，軸流式調壓器便是間接作用式調壓器的一種。為了最簡單的說明自動選路的工作原理，我們仍然以軸流式調壓器為例來探討調壓系統自動選路的應用和實踐。自動選路調壓系統如圖 2 所示。
軸流式調壓器的主要調壓原件為套環，當調壓器處于關閉狀態時，套環背面的控制壓力與人口壓力相等，迫使套環緊貼在人口柵欄上，關閉氣體的流通途徑；當下游用氣時，由指揮器控制的控制壓力降低，人口壓力大于控制壓力，于是撐開套環形成流通途徑，向下游供氣�？刂茐毫Φ拇笮∮芍笓]器感應下游的用氣狀況自動進行控制，以保證下游壓力穩定在我們的設定值要求之內，但無論控制壓力如何變化，在調壓器運行時，它都是小于人口壓力的。
利用這一特點，我們可以在緊急切斷閥的感應管上加裝一個自動選路指揮器（Stream Select Pi - lot ) ，這種指揮器的特點是雙層皮膜，感應下游壓力的氣流從兩層皮膜中間的流孔流過，上下兩個皮膜室相互獨立，并且分別跟調壓閥的高壓側（人口壓力）和低壓側（控制壓力，即套環背面的壓力）相接，由它們之間的壓差來控制自動選路指揮器流孔的開和關。選路指揮器的出口接緊急切斷感應口，人口接調壓閥下游主管道感應點。
對于備用路的調壓器，因為沒有氣體流動，故套環兩側壓力相等，即人口壓力與控制壓力相等，選路指揮器兩個皮膜室內壓力亦相等，致相互抵消對選路指揮器內閥盤與閥座施加的力量，經過對選路指揮器的彈簧的設定，使閥盤與閥座處于關閉狀態，流孔不流通，使主管線的壓力訊號無法到達緊急切斷閥的感應部件，因此，即使下游主管線處于超壓狀態，備用路的緊急切斷閥仍不會關閉。由于工作路調壓器處于運行狀態，選路指揮器的流孔打開，緊急切斷閥可以感應到下游壓力的變化，當下游壓力超高時，便會做出緊急切斷的動作。
所謂的調壓器自動選路系統，其實就是由選路指揮器與調壓器配合構成的，在組成上結構簡單，成本低廉，由于自動選路系統的存在，工作路和備用路安全截斷閥的切斷點不僅可以設定為相同值，即使工作路調壓器故障，造成下游壓力驟然升高，無論如何，備用路緊急切斷閥都因為無法感應下游壓力的變化不會做出緊急切斷的動作，只有當下游繼續用氣，下游壓力降低至備用路開始啟動進行供氣，備用路的緊急切斷閥才能夠感應到下游壓力的變化。
自動選路的存在，對于我們實現調壓站無人值守有著非常重要的意義，是對一用一備結構供氣的完善和補充，充分發揮了一用一備供氣結構的優勢，同時彌補了這種供氣結構的不足之處。切斷閥緊急切斷以后，還可以遠傳報警信號，自動選路設計將保證我們能夠獲得備用路的支持，為我們趕赴現場進行工作路的維護維修提供充裕的時間。
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