鍋爐用調(diào)壓器穩(wěn)定性解決方案探討

上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司 施漢龍 石麗麗

鍋爐用調(diào)壓器穩(wěn)定性解決方案探討

上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司 施漢龍 石麗麗

調(diào)壓器是燃?xì)廨斉涔?yīng)系統(tǒng)的主要設(shè)備，它的穩(wěn)定性關(guān)系到燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全，通過對(duì)調(diào)壓系統(tǒng)的模擬工況實(shí)驗(yàn)，找到影響調(diào)壓器穩(wěn)定性的主要因素，得出初步解決方案，分析并得出增加管容、設(shè)置一定數(shù)量的放散閥、調(diào)節(jié)鍋爐的PLC系統(tǒng)是三種有效的方法。

調(diào)壓器 穩(wěn)定性 關(guān)閉時(shí)間 管容 放散閥 PLC系統(tǒng)

0 引言

燃?xì)庹{(diào)壓站是燃?xì)廨斉涔?yīng)系統(tǒng)的主要設(shè)備，調(diào)壓器的穩(wěn)壓精度、關(guān)閉壓力、響應(yīng)時(shí)間以及緊急切斷閥的切斷壓力精度、響應(yīng)時(shí)間是其安全運(yùn)行的關(guān)鍵。對(duì)于燃?xì)忮仩t來說，在鍋爐本體達(dá)到溫度或燃?xì)庑孤﹫?bào)警后，鍋爐前置的電磁閥關(guān)閉瞬間，經(jīng)常會(huì)碰到緊急切斷閥先于調(diào)壓器動(dòng)作并切斷的情況。此時(shí)，電磁閥再次開啟時(shí)，燃?xì)庹{(diào)壓站也無法恢復(fù)供氣，若要恢復(fù)供氣，需要通知燃?xì)夤荆槊髟蚝蟛拍荛_啟緊急切斷閥，恢復(fù)供氣。這樣勢(shì)必會(huì)影響燃?xì)獾恼９?yīng)，在給燃?xì)夤竞陀脩舳紟聿槐愕耐瑫r(shí)也會(huì)照成經(jīng)濟(jì)上的損失。

1 原因分析及試驗(yàn)

在上述情況下，引起緊急切斷閥切斷的原因，有兩種觀點(diǎn)：

觀點(diǎn)一：引起管道內(nèi)壓力瞬間升高的原因是由于鍋爐燃燒器的電磁閥關(guān)閉速度極快，繼續(xù)有一定量的氣體涌入，然后形成氣體反沖——即“浪涌”造成。

觀點(diǎn)二：調(diào)壓器的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)電磁閥的關(guān)閉時(shí)間要長很多，使得上游的大量燃?xì)膺M(jìn)入到調(diào)壓器和電磁閥之間管段內(nèi)，造成該管段內(nèi)的壓力瞬時(shí)升高造成。

為了對(duì)上述兩種觀點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，我們專門設(shè)計(jì)了一個(gè)專用單向閥(上蓋裝有透明視窗可以觀察內(nèi)件的動(dòng)作情況)安裝在調(diào)壓器和電磁閥中間進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)流程圖見圖1。

由圖1可知，若第一種觀點(diǎn)成立，電磁閥關(guān)閉后，氣體處于倒流狀態(tài)，因?yàn)閱蜗蜷y能起到防止氣體反沖的作用，所以單向閥會(huì)關(guān)閉并使切斷閥不會(huì)動(dòng)作和切斷。

圖1 單向閥防氣體反沖流程

試驗(yàn)過程：

(1)關(guān)閉緊急切斷閥及電磁閥，從A8的測(cè)試球閥處充氣7 kPa，并保壓10 min后，觀察單向閥前壓力表，顯示為無壓力；打開A5的測(cè)試球閥，無氣流。說明該單向閥在7 kPa時(shí)能反向密封。

(2)向調(diào)壓器前充氣至壓力p1=0.4 MPa，調(diào)整緊急切斷閥啟動(dòng)壓力10 kPa，調(diào)壓器出口壓力7 kPa。

①將序號(hào)為A10的截止閥開至一定的開度，并打開電磁閥。

②通氣運(yùn)行2 min后，迅速關(guān)閉電磁閥，單向閥的前后壓力表讀數(shù)均上升為 21.8 kPa(為原出口壓力的3～4倍，見圖2)，緊急切斷閥切斷，過程中單向閥始終保持在開啟狀態(tài)。

圖2 電磁閥緊急關(guān)閉時(shí)出口壓力曲線(不帶放散)

③再次打開電磁閥，通氣運(yùn)行2 min后，將電磁閥設(shè)定為延遲關(guān)閉 3.75s，出口壓力保持于7.6kPa(見圖 3)。

圖3 電磁閥延遲關(guān)閉3.75 s時(shí)出口壓力曲線

試驗(yàn)結(jié)論：

(1)電磁閥關(guān)閉后引起緊急切斷閥動(dòng)作的原因是調(diào)壓器的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)電磁閥的關(guān)閉時(shí)間要長，而非氣體的反沖。

(2)延遲電磁閥的關(guān)閉時(shí)間，能起到預(yù)防緊急切斷閥誤動(dòng)作的作用。

2 解決方法分析

2.1 改變電磁閥的控制方式

通過對(duì)多種鍋爐前置電磁閥的分析，發(fā)現(xiàn)一般鍋爐均采用慢升快關(guān)式電磁閥，即主電磁閥打開時(shí)緩慢升起，以防止氣流沖擊過大，吹滅火焰。當(dāng)關(guān)閉時(shí)在電磁閥內(nèi)部的彈簧作用下，瞬時(shí)關(guān)閉。

因電磁閥的關(guān)閉時(shí)間一般均設(shè)定為不大于1 s，遠(yuǎn)小于調(diào)壓器的響應(yīng)時(shí)間，故緊急切斷閥才會(huì)關(guān)閉。所以我們覺得延遲電磁閥的關(guān)閉時(shí)間能起到預(yù)防緊急切斷閥誤動(dòng)作的作用，可以采取兩種方式：

(1)對(duì)于由 PLC控制的電磁閥，則可以通過對(duì)PLC的設(shè)置，緩慢關(guān)閉電磁閥，把調(diào)壓器延遲關(guān)閉輸送的燃?xì)鉄簦艿纼?nèi)壓力就不會(huì)升高。

(2)對(duì)于不是由 PLC控制的電磁閥，則需要在伺服馬達(dá)線路上作一些改動(dòng)，使燃燒器轉(zhuǎn)入小火狀態(tài)下燃燒，然后再關(guān)閉電磁閥。

當(dāng)然，上述兩種情況均需要聯(lián)合鍋爐廠家對(duì)燃燒器的接線圖紙進(jìn)行改動(dòng)。

2.2 增加管容

從上述試驗(yàn)中，我們知道：由于調(diào)壓器的響應(yīng)時(shí)間大于電磁閥的關(guān)閉時(shí)間，在電磁閥關(guān)閉到調(diào)壓器關(guān)閉這段時(shí)間內(nèi)，還會(huì)有大量的燃?xì)膺M(jìn)入到調(diào)壓器后至電磁閥之間的管路內(nèi)。而進(jìn)入該管段燃?xì)獾捏w積是和調(diào)壓器前后的壓差、調(diào)壓器的響應(yīng)時(shí)間、調(diào)壓器后管路的管容有關(guān)。

(1)在管容確定的情況下，進(jìn)出口壓差越大、調(diào)壓器響應(yīng)時(shí)間越長，則出口壓力上升幅度越大。

(2)在進(jìn)、出口壓力和調(diào)壓器均已確定的情況下，管容越大，則出口壓力上升幅度越小。所以，增加管容能有效減少出口壓力升高的幅度。

意大利飛奧對(duì)于鍋爐用戶，有如下設(shè)計(jì)管容的經(jīng)驗(yàn)方法。

當(dāng)出口壓力小于0.5 MPa且不小于0.01 MPa時(shí)，所需管容：

當(dāng)出口壓力小于0.01 MPa時(shí)，所需管容：

式中：V——調(diào)壓站至電磁閥間的管容，m3；

繼續(xù)實(shí)施中央財(cái)政小農(nóng)水重點(diǎn)縣、規(guī)模化節(jié)水灌溉、重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水改造等重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)。按照正在編制的 《天津市灌溉發(fā)展總體規(guī)劃（2011—2020 年）》，到 2020 年，天津市農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉全部實(shí)現(xiàn)，節(jié)水灌溉面積將達(dá)到512萬畝，灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.73以上。2014—2020年，規(guī)劃投資33.4億元，新增節(jié)水灌溉面積246萬畝，改善節(jié)水灌溉面積88萬畝。2021—2025年，需進(jìn)一步加大噴微灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)推廣力度，再規(guī)劃建設(shè)噴微灌20萬畝，估算投資4億元，才能使灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.8以上的目標(biāo)，達(dá)到目前發(fā)達(dá)國家水平。

Q——調(diào)壓站公稱流量，m3/h；

p——絕對(duì)壓力，MPa。

以5 kPa和20 kPa的出口壓力進(jìn)行管容計(jì)算后得出的所需管道長度值見表1。

表1 不同流量、壓力、通徑下所需管道長度

通過以上理論分析及計(jì)算，得出一般的管容所需管道長度在30～80 m。

2.3 放散閥的研究及實(shí)驗(yàn)

考慮到常規(guī)鍋爐用調(diào)壓站的放散閥是微量放散，所以在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)考慮預(yù)留了5個(gè)放散閥接口，供實(shí)驗(yàn)調(diào)整用，并在飛奧公司調(diào)壓(閥門)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室做了多次測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)見圖4。

圖4 放散閥測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試過程模擬工況條件：

p1=0.1～0.4 MPa，p2=7 kPa，Q=1 000 m3/h，手動(dòng)切斷閥，切斷閥切斷過程小于1 s。

此過程中，沒有開啟放散閥時(shí)，p2的最大值為p2max=21.02 kPa，調(diào)壓器切斷。

此過程中，開啟1個(gè)放散閥時(shí)，p2的最大值為p2max=12.03kPa，調(diào)壓器切斷。

此過程中，開啟2個(gè)放散閥時(shí)，p2的最大值為p2max=9.96 kPa，調(diào)壓器不切斷。

此過程中，開啟3個(gè)放散閥時(shí)，p2的最大值為p2max=9.13 kPa，調(diào)壓器不切斷。

測(cè)試得出以下結(jié)論：在調(diào)壓器下游增加放散閥來抑制壓力突然上升，效果明顯。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)置1個(gè)放散閥就可抑制壓力上升，考慮到實(shí)際應(yīng)用可設(shè)置3～4個(gè)放散閥應(yīng)對(duì)不同出口壓力的情況。

由此可知，在調(diào)壓器下游增加放散閥組可抑制調(diào)壓器出口壓力的突然上升。

放散出來的燃?xì)饪梢允占?，引?dǎo)至鍋爐燃燒，不直接排空，安全可靠，同時(shí)不影響計(jì)量。

在調(diào)壓器后管道上增加放散閥的結(jié)構(gòu)在香港海洋公園和上海岳陽醫(yī)院的調(diào)壓設(shè)備上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，效果非常明顯，調(diào)壓器的穩(wěn)定性得到了保障，下圖5和6分別是海洋公園實(shí)例的照片。

圖6 海洋公園噴火設(shè)備

香港海洋公園要求的是一個(gè)大型噴火項(xiàng)目，需要營造出絢爛的噴火效果，比如瞬間大勢(shì)噴火、火勢(shì)頻繁變換、短時(shí)反復(fù)噴火、熄火迅速等，這就要求噴火項(xiàng)目用燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)必須能滿足供氣迅速、頻繁供氣、流量變換和調(diào)壓穩(wěn)定等特殊要求。針對(duì)該項(xiàng)目的特點(diǎn)，我們調(diào)壓工藝系統(tǒng)在增加了一定管容的基礎(chǔ)上，同時(shí)設(shè)置4組放散閥，既滿足迅速供氣，又保證流量頻繁變化、突然停止供氣等工況要求。

3 結(jié)語

通過上面的理論研究和實(shí)驗(yàn)，可以得出：

(1)調(diào)壓器切斷閥關(guān)閉的主要原因并不是下游的氣體反沖造成的壓力上升,而是調(diào)壓器啟閉件的反應(yīng)時(shí)間(3～4 s)比用戶端閥門的切斷時(shí)間(1 s)長，以至于切斷后調(diào)壓器的上游還有大量氣體流向下游，在下游管容小時(shí)會(huì)有壓力突然上升的現(xiàn)象出現(xiàn)，因此造成了調(diào)壓器切斷閥的自動(dòng)切斷。

(2)確保燃?xì)膺\(yùn)營系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，滿足鍋爐設(shè)備的安全供氣，是燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)必須具備的性能要求。解決由于用戶端閥門關(guān)閉而造成的調(diào)壓器切斷閥自動(dòng)切斷這個(gè)問題，主要有調(diào)節(jié)用戶端電磁閥控制系統(tǒng)、增加管容、設(shè)置放散閥三種方法。

①調(diào)節(jié)用戶端電磁閥控制系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)燃?xì)夤に囅到y(tǒng)的改造最小，對(duì)原設(shè)備場(chǎng)地沒要求，而且最簡(jiǎn)便。因此，如果電磁閥是由PLC控制的，優(yōu)先采用此方法。

②設(shè)置放散閥，對(duì)整個(gè)燃?xì)夤に囅到y(tǒng)的改造較小，對(duì)原設(shè)備場(chǎng)地沒要求，而且也比較簡(jiǎn)便。因此，在鍋爐電磁閥不是PLC控制的情況下，像北京、上海等大城市優(yōu)先采用此方法。

③增加管容，對(duì)整個(gè)燃?xì)夤に囅到y(tǒng)的改造最大，對(duì)原設(shè)備場(chǎng)地有一定空間要求，而且比較復(fù)雜，工作量大，對(duì)三、四線城市或者工業(yè)用戶，場(chǎng)地問題不是很敏感的場(chǎng)所可考慮采用此方法。

Discussion on the Solution of Boiler Regulator Stability

Shanghai Fiorentini Gas Equipment Co., Ltd Shi Hanlong Shi Lili

Regulator is the main equipment in gas transmission and distribution system, whose stability is highly related to the security of gas pipelines. Through the simulation experiment of regulating system under working conditions, this paper finds out main factors affecting the stability of regulator, arrives at a preliminary solution,analyzes and draws a conclusion that increasing pipe capacity, setting a certain amount of relief valves, adjusting the boiler PLC system are three effective ways.

regulator, stability, close time, tube capacity, relief valve, PLC system