燃?xì)庹{(diào)壓器的應(yīng)用現(xiàn)狀與研究進(jìn)展

吳珣 羅立君 蔣明旺 唐毅

摘 要 燃?xì)庹{(diào)壓器供氣穩(wěn)定性離不開對燃?xì)庹{(diào)壓器的深入且透徹的研究，研究者應(yīng)該重視燃?xì)庹{(diào)壓器壓力調(diào)節(jié)性能的提升，重視調(diào)壓器的故障診斷技術(shù)等，不斷拓展燃?xì)庹{(diào)壓器的應(yīng)用范圍，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。本文闡述了燃?xì)庹{(diào)壓器的工作原理及作用，燃?xì)庹{(diào)壓器的研發(fā)狀況以及燃?xì)庹{(diào)壓器的應(yīng)用研究進(jìn)展，希望對提升天然氣供應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性有所助益。

關(guān)鍵詞 燃?xì)庹{(diào)壓器 減壓閥 指揮器

中圖分類號：TK17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2020）02-0006-02

燃?xì)庹{(diào)壓器在燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中能確保壓力處于平衡狀態(tài)，從而保證燃?xì)庥镁叩玫椒€(wěn)定的燃空比（燃?xì)馀c空氣的配合比例），使燃?xì)獾玫桨踩?、?jīng)濟(jì)和高效利用。但是我國對燃?xì)庹{(diào)壓器的研究還具有一定的局限性，缺乏對燃?xì)庹{(diào)壓器本身的研究。為了充分發(fā)揮燃?xì)庹{(diào)壓器的功能，相關(guān)人員應(yīng)該通過不斷優(yōu)化調(diào)壓器性能，研發(fā)燃?xì)庹{(diào)壓器故障診斷技術(shù)，合理設(shè)置燃?xì)庹{(diào)壓器壓力設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，從而提升供氣質(zhì)量，造福大眾。

1 燃?xì)庹{(diào)壓器的工作原理及在燃?xì)廨斉渲械淖饔?/p>

在燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中，燃?xì)庹{(diào)壓器發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。例如，由于燃?xì)庹{(diào)壓器能夠?qū)崿F(xiàn)閥門的自動調(diào)節(jié)，在燃?xì)庹{(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?xì)庹{(diào)壓器來降低其數(shù)值。燃?xì)庹{(diào)壓器俗稱減壓閥，是通過自動改變經(jīng)調(diào)節(jié)閥的燃?xì)饬髁慷钩隹谌細(xì)獗３忠?guī)定壓力的設(shè)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?xì)庹{(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(jìn)而導(dǎo)致被控制量P2（出口壓力）降低，氣壓大小達(dá)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(jié)構(gòu)主要包含了主調(diào)壓器和指揮器兩部分。當(dāng)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(fù)載壓力P3，當(dāng)大皮膜上有負(fù)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(jìn)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(guān)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?qū)2調(diào)節(jié)為設(shè)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(dá)到平衡。輸出P2的穩(wěn)定性與經(jīng)過指揮器節(jié)流開關(guān)流出的氣流量、P1流進(jìn)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(guān)，當(dāng)上述因素一定時，輸出P2穩(wěn)定。如果下游負(fù)載增加且P2降低時，平衡難以維持，導(dǎo)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(shè)定數(shù)值，調(diào)壓器恢復(fù)平衡狀態(tài)，而當(dāng)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?xì)庠O(shè)備檢修以及運(yùn)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(yùn)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(diǎn)等會干擾調(diào)節(jié)運(yùn)行壓力。當(dāng)燃?xì)庠诠艿纼?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?yàn)檎{(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?xì)夤?yīng)對象的用氣規(guī)律存在差異，不同的用氣特點(diǎn)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(yùn)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?xì)夤?yīng)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(dāng)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(yīng)按照“先放散后切斷”的原則，從而提升其安全性。

3 提高燃?xì)庹{(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?xì)夤?yīng)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(xué)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?xì)庹{(diào)壓器性能的提升需要從設(shè)計(jì)的正確性、操作的合理性以及管理的嚴(yán)格性等方面著手，對其進(jìn)行細(xì)致且深刻的研究。首先，在相關(guān)人員進(jìn)行燃?xì)庹{(diào)壓器設(shè)計(jì)時，需要提升對燃?xì)庹{(diào)壓器流通能力的設(shè)計(jì)水平，并且仔細(xì)檢查燃?xì)庹{(diào)壓器管徑以及用氣負(fù)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(shè)計(jì)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?xì)庠O(shè)備出現(xiàn)管網(wǎng)燃?xì)馇袛嗷蚍派栴}發(fā)生的概率。其次，為了燃?xì)庹{(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?xì)庹{(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(yán)格按照“先切斷后放散”的選擇來設(shè)置保護(hù)壓力。與此同時，相關(guān)工作人員也需要認(rèn)識到燃?xì)庹{(diào)壓器的嚴(yán)格管理的重要性。由于調(diào)壓器的性能會因?yàn)槟承╇s質(zhì)或材料的磨損而受到一定程度的干擾，例如，燃?xì)庹{(diào)壓器切斷壓力的作用會因?yàn)榉派㈤y口墊粘連而失效。針對這一問題，有關(guān)人員需要嚴(yán)格管理燃?xì)庹{(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(shè)備運(yùn)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(xùn)任務(wù)的加強(qiáng)、設(shè)備管理程度的加強(qiáng)以及燃?xì)庹{(diào)壓器維修和保養(yǎng)周期計(jì)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(shè)備的壓力技術(shù)參數(shù)

運(yùn)行壓力、切斷壓力、放散壓力、關(guān)閉壓力是燃?xì)庹{(diào)壓設(shè)備對供氣工況進(jìn)行控制的幾個重要參數(shù)。首先，燃?xì)庹{(diào)壓器的出口壓力在其正常運(yùn)作的情況下需要保持在預(yù)先設(shè)定的壓力范圍之內(nèi)，并確保其精度在±15%，科學(xué)調(diào)節(jié)閥口的開度，避免出現(xiàn)因?yàn)殚_度過小而造成運(yùn)行壓力的改變。其次，當(dāng)以用氣情況為依據(jù)設(shè)置一個壓力保護(hù)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(guān)鍵性作用，其能夠自動打開進(jìn)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(guān)閉壓力也是燃?xì)庹{(diào)壓器的重要參數(shù)，人們一般將關(guān)閉壓力控制在不超過1.25P2的范圍內(nèi)，而調(diào)壓器的關(guān)閉性能則受到了調(diào)壓器自身老化或精度不準(zhǔn)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(shè)定值，為了防止“直通”而通過切斷閥迅速切斷進(jìn)口壓力[2]。

4 燃?xì)庹{(diào)壓器的研究進(jìn)展

4.1 國內(nèi)外燃?xì)庹{(diào)壓器的研發(fā)狀況

目前，國內(nèi)外研究專家和學(xué)者對燃?xì)庹{(diào)壓器進(jìn)行了眾多的研究和創(chuàng)新。在我國，調(diào)節(jié)閥領(lǐng)域是研究的核心問題，設(shè)備的使用維護(hù)、安裝、安全裝置的優(yōu)化以及設(shè)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(xué)者為了達(dá)到更佳的燃?xì)庹{(diào)壓器的自動選型，嘗試使用ADO數(shù)據(jù)庫操縱技術(shù)，分析了直接作用式調(diào)壓器的應(yīng)用價值，并闡述了其新研發(fā)的調(diào)壓器的特點(diǎn)和功能等。然而，燃?xì)庹{(diào)壓器的研究主要是實(shí)驗(yàn)研究，燃?xì)庹{(diào)壓器的設(shè)計(jì)需要以設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，嚴(yán)重缺乏燃?xì)庹{(diào)壓器相關(guān)機(jī)理的研究和創(chuàng)新。相比較我國，國外科學(xué)家對燃?xì)庹{(diào)壓器的研究更加深入。例如，塔塔里尼、斯倫貝謝、費(fèi)希爾等燃?xì)庹{(diào)壓器產(chǎn)品具備自身獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，擁有成熟的CFD技術(shù)，并且十分重視燃?xì)庹{(diào)壓器的可選擇性和針對性[3]。

4.2 燃?xì)庹{(diào)壓器常見故障診斷方法

對于燃?xì)庹{(diào)壓器故障診斷研究，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入的研究，總結(jié)了現(xiàn)代故障診斷技術(shù)，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(xué)模型診斷結(jié)果等。首先，調(diào)壓器關(guān)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(wù)的。該方法可以省略準(zhǔn)確的研究對象模型，適用性較強(qiáng)。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(jī)理以及生理結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，該方式也將成為燃?xì)庹{(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(luò)的智能診斷技術(shù)以及基于專家系統(tǒng)的智能診斷技術(shù)，例如，在燃?xì)庹{(diào)壓器監(jiān)測運(yùn)維的過程中人們也應(yīng)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(luò)故障診斷方法等[4]。

通過不斷的研究， 燃?xì)庹{(diào)壓器故障診斷的方法也越來越多， 在監(jiān)測運(yùn)維的過程中也會用到一些其他方法， 包括RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jié)語

綜上所述，為了充分發(fā)揮燃?xì)庹{(diào)壓器的應(yīng)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(shè)計(jì)、用氣性質(zhì)的差異、并對調(diào)壓器進(jìn)行嚴(yán)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?xì)庹{(diào)壓器故障診斷技術(shù)，妥善處理壓力調(diào)節(jié)過程中的問題，努力提升我國的燃?xì)庹{(diào)壓器研發(fā)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙宏平，趙祥文，陳艷軍.一種燃?xì)庹{(diào)壓器維修的專用裝置設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（11）：157-159.

[2] 翟軍，李昊民，胡敬，岳明，陳浩.內(nèi)取壓燃?xì)庹{(diào)壓器取壓特性的實(shí)驗(yàn)研究[J].煤氣與熱力，2019，39（03）：39-42+44.

[3] 劉強(qiáng).淺析城市燃?xì)庹{(diào)壓設(shè)備運(yùn)行與管理[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2020（06）：49.

[4] 湯國生.燃?xì)庹{(diào)壓器故障診斷和安全預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（13）：265-266.

1.廣安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 廣安

2.四川廣安愛眾股份有限公司，四川 廣安