燃氣調(diào)壓器的應用現(xiàn)狀與研究進展

吳 珣 羅立君 蔣明旺 唐 毅

（1.廣安職業(yè)技術學院，四川 廣安 638000；2.四川廣安愛眾股份有限公司，四川 廣安 638000）

燃氣調(diào)壓器在燃氣供應系統(tǒng)中能確保壓力處于平衡狀態(tài)，從而保證燃氣用具得到穩(wěn)定的燃空比（燃氣與空氣的配合比例），使燃氣得到安全、經(jīng)濟和高效利用。但是我國對燃氣調(diào)壓器的研究還具有一定的局限性，缺乏對燃氣調(diào)壓器本身的研究。為了充分發(fā)揮燃氣調(diào)壓器的功能，相關人員應該通過不斷優(yōu)化調(diào)壓器性能，研發(fā)燃氣調(diào)壓器故障診斷技術，合理設置燃氣調(diào)壓器壓力設備的技術參數(shù)，從而提升供氣質(zhì)量，造福大眾。

1 燃氣調(diào)壓器的工作原理及在燃氣輸配中的作用

在燃氣供應系統(tǒng)中，燃氣調(diào)壓器發(fā)揮了至關重要的作用。例如，由于燃氣調(diào)壓器能夠實現(xiàn)閥門的自動調(diào)節(jié)，在燃氣調(diào)壓器的作用下，管道出口處的壓力可以維持在平衡狀態(tài)，且供熱系統(tǒng)中管道的壓力也可以通過燃氣調(diào)壓器來降低其數(shù)值。燃氣調(diào)壓器俗稱減壓閥，是通過自動改變經(jīng)調(diào)節(jié)閥的燃氣流量而使出口燃氣保持規(guī)定壓力的設備，合理控制管道出口處的壓力，確保壓力處于平衡狀態(tài)。燃氣調(diào)壓器根據(jù)作用原理通常分為直接作用式和間接作用式兩種。首先，根據(jù)直接作用式調(diào)壓器的工作原理，傳感元件向上作用力會隨著被控制量P2（出口壓力）的增加而增加，從而使得重物上移，調(diào)壓器開度、閥瓣和閥座的距離等縮短，進而導致被控制量P2（出口壓力）降低，氣壓大小達到一種相對平衡的狀態(tài)，反之亦然。

其次，對于間接作用式調(diào)壓器，其組成結構主要包含了主調(diào)壓器和指揮器兩部分。當間接作用式調(diào)壓器開啟時，人們可以通過調(diào)節(jié)控制器來打開指揮器閥門，P1 在此處經(jīng)過時會出現(xiàn)節(jié)流降壓的狀態(tài)，形成了負載壓力P3，當大皮膜上有負載壓力作用時，該作用力會經(jīng)頂桿傳遞使得主彈簧壓縮，進而打開了主閥口，輸出的氣流P2 會再次作用于指揮器皮膜以及大皮膜上，逐漸關閉了指揮器閥口以及主閥口。彈簧被調(diào)節(jié)指揮器所控制，因此人們通過調(diào)整調(diào)節(jié)指揮器能夠將P2 調(diào)節(jié)為設定值，使得P3 作用在大皮膜上的作用力可以與主彈簧及P2 作用在大皮膜上的力平衡，與此同時，指揮器皮膜上來自P2 的作用力與指揮器控制彈簧的作用力也能在這種條件下達到平衡。輸出P2 的穩(wěn)定性與經(jīng)過指揮器節(jié)流開關流出的氣流量、P1 流進指揮器的氣流量以及主閥口和控制器閥口的開度密切相關，當上述因素一定時，輸出P2 穩(wěn)定。如果下游負載增加且P2 降低時，平衡難以維持，導致主閥口和指揮器閥口的開度增加，流量提升，P2 又重新升高到設定數(shù)值，調(diào)壓器恢復平衡狀態(tài)，而當P2 升高時，調(diào)壓過程與上述過程相反。

2 作用壓力調(diào)節(jié)過程中常見問題及帶來的影響

壓力調(diào)節(jié)是燃氣設備檢修以及運行過程中的重要環(huán)節(jié)，并且供氣質(zhì)量也會受到壓力參數(shù)的操作的干擾。一般而言，調(diào)節(jié)運行壓力會受到各種因素的影響。首先，某些客觀因素，例如供氣范圍、地理位置以及用氣特點等會干擾調(diào)節(jié)運行壓力。當燃氣在管道內(nèi)流動時，壓力損失與供氣范圍成正比，工作人員需要重視供氣范圍，避免發(fā)生供氣壓力末端灶前壓力無法滿足燃燒工況需求。其次，地理位置高度也會影響壓力調(diào)節(jié)，例如，末端壓力會因為調(diào)節(jié)過低或過高而出現(xiàn)不足的情況。與此同時，由于燃燒器的類型以及城市燃氣供應對象的用氣規(guī)律存在差異，不同的用氣特點會影響壓力調(diào)節(jié)過程。

需要注意的是，除了客觀因素以外，調(diào)節(jié)運行壓力時間選擇、放散壓力與切斷壓力的選擇也是影響壓力調(diào)節(jié)過程的重要因素。首先，調(diào)節(jié)器的出口壓力受流量影響較大，而城市燃氣供應出現(xiàn)用氣不均勻性較為明顯，因此出口壓力會隨著流量的減小而增加。其次，針對不同的超壓情況，需要按照不同的順序操作。例如，當出現(xiàn)故障性超壓時，可以依據(jù)“先切斷后放散”的原則，而對于非故障性超壓，則應按照“先放散后切斷”的原則，從而提升其安全性。

3 提高燃氣調(diào)壓器使用效能的方法

為了在不同的用氣情況中滿足人們的需求，燃氣供應系統(tǒng)需要在輸配環(huán)節(jié)中充分發(fā)揮其功能，確保調(diào)壓器性能的安全性，并通過科學使用調(diào)壓器來提升供氣質(zhì)量，造福大眾。

3.1 提高壓力調(diào)節(jié)性能

一般而言，燃氣調(diào)壓器性能的提升需要從設計的正確性、操作的合理性以及管理的嚴格性等方面著手，對其進行細致且深刻的研究。首先，在相關人員進行燃氣調(diào)壓器設計時，需要提升對燃氣調(diào)壓器流通能力的設計水平，并且仔細檢查燃氣調(diào)壓器管徑以及用氣負荷等參數(shù)，如果經(jīng)核查發(fā)現(xiàn)燃具需要差異性較高的供氣壓力，那么工作人員在設計時則需要重視調(diào)壓閥的配置，盡可能降低部分流量較大的燃氣設備出現(xiàn)管網(wǎng)燃氣切斷或放散問題發(fā)生的概率。其次，為了燃氣調(diào)壓器的壓力調(diào)節(jié)性能，需要工作人員綜合考慮用戶終端的用氣性質(zhì)，合理操作燃氣調(diào)壓器，既要確保出口壓力的合理性，又要控制調(diào)壓的時間，嚴格按照“先切斷后放散”的選擇來設置保護壓力。與此同時，相關工作人員也需要認識到燃氣調(diào)壓器的嚴格管理的重要性。由于調(diào)壓器的性能會因為某些雜質(zhì)或材料的磨損而受到一定程度的干擾，例如，燃氣調(diào)壓器切斷壓力的作用會因為放散閥口墊粘連而失效。針對這一問題，有關人員需要嚴格管理燃氣調(diào)壓器部件的更換工作，確保每一部件的完整性，提升調(diào)壓設備運行的穩(wěn)定性和高效性，與此同時，還可以通過維修制度的建立、工作人員日常培訓任務的加強、設備管理程度的加強以及燃氣調(diào)壓器維修和保養(yǎng)周期計劃的制定等手段來提升壓力調(diào)節(jié)的性能[1]。

3.2 優(yōu)化調(diào)壓設備的壓力技術參數(shù)

運行壓力、切斷壓力、放散壓力、關閉壓力是燃氣調(diào)壓設備對供氣工況進行控制的幾個重要參數(shù)。首先，燃氣調(diào)壓器的出口壓力在其正常運作的情況下需要保持在預先設定的壓力范圍之內(nèi)，并確保其精度在±15%，科學調(diào)節(jié)閥口的開度，避免出現(xiàn)因為開度過小而造成運行壓力的改變。其次，當以用氣情況為依據(jù)設置一個壓力保護值時，該值便被稱為放散壓力。放散閥在放散壓力控制中發(fā)揮了關鍵性作用，其能夠自動打開進行泄壓，降低了調(diào)壓閥壓力不斷提升的出現(xiàn)問題概率。與此同時，關閉壓力也是燃氣調(diào)壓器的重要參數(shù)，人們一般將關閉壓力控制在不超過1.25P2的范圍內(nèi)，而調(diào)壓器的關閉性能則受到了調(diào)壓器自身老化或精度不準等因素的干擾。最后，切斷壓力是指調(diào)壓器的出口壓力大于調(diào)壓器的設定值，為了防止“直通”而通過切斷閥迅速切斷進口壓力[2]。

4 燃氣調(diào)壓器的研究進展

4.1 國內(nèi)外燃氣調(diào)壓器的研發(fā)狀況

目前，國內(nèi)外研究專家和學者對燃氣調(diào)壓器進行了眾多的研究和創(chuàng)新。在我國，調(diào)節(jié)閥領域是研究的核心問題，設備的使用維護、安裝、安全裝置的優(yōu)化以及設備選型是主要的研究方向，但人們?nèi)狈φ{(diào)壓器本身的深入和透徹的研究。例如，我國的學者為了達到更佳的燃氣調(diào)壓器的自動選型，嘗試使用ADO 數(shù)據(jù)庫操縱技術，分析了直接作用式調(diào)壓器的應用價值，并闡述了其新研發(fā)的調(diào)壓器的特點和功能等。然而，燃氣調(diào)壓器的研究主要是實驗研究，燃氣調(diào)壓器的設計需要以設計者的經(jīng)驗為依據(jù)，嚴重缺乏燃氣調(diào)壓器相關機理的研究和創(chuàng)新。相比較我國，國外科學家對燃氣調(diào)壓器的研究更加深入。例如，塔塔里尼、斯倫貝謝、費希爾等燃氣調(diào)壓器產(chǎn)品具備自身獨特的技術特點，擁有成熟的CFD 技術，并且十分重視燃氣調(diào)壓器的可選擇性和針對性[3]。

4.2 燃氣調(diào)壓器常見故障診斷方法

對于燃氣調(diào)壓器故障診斷研究，國內(nèi)外學者進行了深入的研究，總結了現(xiàn)代故障診斷技術，研發(fā)了例如系統(tǒng)輸入輸出信號處理診斷、人工智能診斷以及數(shù)學模型診斷結果等。首先，調(diào)壓器關于系統(tǒng)輸入輸出信號處理的診斷是利用系統(tǒng)信號完成故障診斷任務的。該方法可以省略準確的研究對象模型，適用性較強。其次，人工智能診斷方法對調(diào)壓器的故障診斷。該方法是以人腦的工作機理以及生理結構為基礎的，該方式也將成為燃氣調(diào)壓器故障診斷發(fā)展的重要方向，例如基于神經(jīng)網(wǎng)絡的智能診斷技術以及基于專家系統(tǒng)的智能診斷技術，例如，在燃氣調(diào)壓器監(jiān)測運維的過程中人們也應用了基于壓縮感知理論故障診斷方法以及RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷方法等[4]。

通過不斷的研究,燃氣調(diào)壓器故障診斷的方法也越來越多,在監(jiān)測運維的過程中也會用到一些其他方法,包括RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的故障診斷方法和基于壓縮感知理論故障診斷方法等。

5 結語

綜上所述，為了充分發(fā)揮燃氣調(diào)壓器的應用優(yōu)勢，需要努力創(chuàng)新壓力性能提升的方法，重視調(diào)壓器流通能力的設計、用氣性質(zhì)的差異、并對調(diào)壓器進行嚴格管理；重視調(diào)壓器各種性能參數(shù)的調(diào)節(jié)；掌握常見的燃氣調(diào)壓器故障診斷技術，妥善處理壓力調(diào)節(jié)過程中的問題，努力提升我國的燃氣調(diào)壓器研發(fā)水平。