燃氣調壓器選型計算說明書

                             燃氣調壓器選型計算說明書


                              上海申弘閥門有限公司
一、調壓器出口法蘭處的速度
調壓器出口法蘭處的速度，即等于調壓器后端管道流速，明確大小見管道平均速度的計算結果。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。

燃氣調壓器（gas pressure regulator）俗稱減壓閥，也叫燃氣調壓閥是通過自動改變經調節閥的燃氣流量，使出口燃氣保持規定壓力的設備。通常分為直接作用式和間接作用式兩種。
調壓器是燃氣管路上的一種特殊閥門，無論氣體的流量和上游壓力如何變化，都能保持下游壓力穩定的裝置。
調壓器應能夠：1、將上游壓力減低到一個穩定的下游壓力； 2、當調壓器發生故障時應能夠限制下游壓力在安全范圍內。理想的燃氣供應系統將氣體從井口輸送到終用戶不需要調壓器，這樣的理想供應系統得以維持的條件是用戶需求恒定，礦井的供給能力恒定，同時兩者之間是一致的，這樣的系統實際上不可能存在。為此，相應的裝置-調壓器-應運而生。
調壓器大的功用是保持燃氣在使用時有穩定的壓力，從而保證燃氣用具得到穩定的燃空比（燃氣與空氣的配合比例）；燃氣供應系統中使用調壓器將氣體壓力降低，并穩定在一個能夠使氣體得到安全、經濟和利用的適當水平上。燃氣調壓器是液化石油氣安全燃燒的一個重要部件，連通在鋼瓶和爐具之間。
調壓器不僅能把瓶內的高壓石油氣變為低壓石油氣（從980千Pa降至100千Pa左右），還能把低壓氣，穩定在適合爐具安全燃燒的壓強范圍內。即做到經它輸出的石油氣，在爐具火孔處的氣壓，隨地隨時地比外界大氣壓值大2940Pa左右，因此實際上調壓器是一種自動穩壓裝置．
人們習慣地把它稱為減壓器，是只注意到了它降壓的功能，而忽視了它穩壓的本領．調壓器整個設計之巧妙精細，正是表現在它的穩壓本領方面，本文擬在這方面作詳盡的說明。
下圖是調壓器的結構圖，它主要由手輪、進氣管、上閥蓋、下閥蓋、橡皮膜、進氣噴嘴、閥墊、一個小杠桿、出氣管等零部件組成。調壓器中間是一塊圓形的橡皮膜，它把調壓器分為上下兩個氣室。上氣室內有一彈簧，上端連著調節螺蓋，下端連著橡皮膜。在上閥蓋邊沿處有一個直徑為0.8毫m的小孔，使上氣室與外界相通，此孔形象地稱為呼吸孔．下氣室中有一個精黃銅制成的杠桿，總長為5cm左右，轉動性能非常靈敏。
杠桿右端與橡皮膜中心連接在一起，左端粘著閥墊，緊扣在進氣噴嘴上，對噴出的高壓石油氣產生阻尼作用。此杠桿左右兩端離支點距離為左短右長，是不等臂杠桿．其表現特點為：對杠桿右端作用力的微小變化，勢必使杠桿左端的作用力產生一個較大的變化。在原理上講，實現了對力的放大；在效果上講，增加了對高壓氣的阻尼作用。為了更清楚地闡明調壓器的工作原理，有必要弄清楚這個問題：氣體安全燃燒應具備什么條件？ 固體燃料要安全燃燒，要具備兩個條件：一是適量的助燃氣體

調壓器工作原理
（空氣或氧氣），二是燃燒物質保持一定的溫度（通常高于著火點）。
固體燃燒時，已燃部分對未燃部分的傳熱方式是傳導和輻射，燃燒方向是由外向其中心發展．固體燃燒時發生熱膨脹，體積變大，但變化不大，其位移幾乎為零。氣體燃燒時，已燃部分對未燃部分的傳熱方式，除了傳導和輻射外，增加了對流方式，燃燒方向是由中心向外發展。氣體燃燒時發生劇烈熱膨脹，其生成物的體積為燃燒前體積數百千倍，并以較快速度發生位移①．因此僅滿足上述的兩個條件，是無法使氣體安全燃燒的。
現代燃燒理論告訴我們，氣體安全燃燒還必須具備第三個條件，即維護一定大小的氣壓差，使燃氣的出氣速度等于燃燒速度。只有這樣，在一定范圍內達到動態平衡，火焰就能維持穩定狀態，從而實現氣體的安全燃燒。若出氣壓強過大，就會使出氣速度大于燃燒速度，造成火焰離開火孔一定距離燃燒，此現象術語叫做離焰。若燃氣壓強繼續上升，火焰將離火孔更遠處燃燒，火焰的穩定性②遭到進一步破壞，火焰飄忽不定，直至后*熄滅，這種現象叫做脫火。脫火時，燃氣會繼續外泄，在空氣中形成大量的有毒氣體或爆炸性氣體，極易引發事故；若燃氣壓強過小，會使燃燒速度大于出氣速度，造成火焰會進入火孔繼續燃燒，這現象叫做回火。回火時，形成缺氧狀態的不*燃燒，產生大量有毒氣體，還會向外溢出石油氣，也極易引發事故。
經工程技術人員大量實驗，不僅證實了氣體安全燃燒要維持一定氣壓差，而且還證實了不同成份的氣體，安全燃燒所需要的氣壓差并不相同。例如：人工煤氣，80—100mm水柱；液化石油氣，250—350mm水柱．前文提到的2940Pa正是這兩個數值的平均值。
讓我們回到調壓器原理上來。當我們打開鋼瓶上的角閥（即通氣開關）時，高壓石油氣通過進氣管沖開閥墊進入下氣室，隨著下氣室氣體的增多，下氣室壓強就會升高，逼使橡皮膜向上凸起。上氣室體積逐步變小，當上氣室壓強大于大氣壓時，室內空氣從呼吸孔緩慢排出，完成了調壓器一次呼氣過程。在這一過程中，杠桿右端上移，左端則下壓，使進氣噴嘴逐步關閉，停止供氣，使下氣室壓強不再上升。
當打開燃氣爐開關后，由于燃氣向外輸出，下氣室壓強變小，橡皮膜下凹，帶動杠桿右端下移左端上動，閥墊開啟，高壓石油氣進入下氣室．在這一過程中，上氣室體積逐漸變大，當它的壓強小于外界大氣壓時，空氣從外經呼吸孔進入上氣室，完成了調壓器一次吸氣過程。
因此，在爐具燃燒過程中，橡皮膜不停地上凸下凹，閥墊由杠桿帶動，也隨著不斷關閉開啟。在整個動態變化中，我們只要保證調壓器中的杠桿，它左、右兩力臂（注意左短右長的特點）之長，有一個合理的比例，加上橡皮膜與彈簧對杠桿右端，施加一個大小適當的合力，就能讓閥墊開啟時間遠小于關閉時間，并讓這兩段時間有一個恰當的比值。這個恰當比值，就保證了下氣室的氣壓，始終比上氣室大2940Pa左右。對于上氣室氣壓來講，可近似地認為就是當時外界的大氣壓值③．這樣就使燃氣離開火孔處的壓強，永遠比大氣壓值大2940Pa左右，燃氣在穩定狀態下燃燒．這是調壓器設計上的*個精妙之處。
第二個精妙之處，表現在呼吸孔的設計上，是那樣*。一是呼吸孔為什么開鉆在上閥蓋的邊沿上？而不是開鉆在易于鉆孔的其它位置？二是呼吸孔直徑為0.8毫m，僅能穿過小號的銹花針，孔徑為什么如此之小？
小孔開鉆在閥蓋的邊沿上，是為了讓它緊靠橡皮膜。如果下氣室氣壓過大，橡皮膜就向上凸起，立刻堵住呼吸孔，防止了上氣室中的空氣由呼吸孔向外排出。根據玻意耳特定律可知，被密閉在上氣室內一定質量的空氣，在體積變小的過程中，其壓強不斷變大。即是pV=常量．防止了橡皮膜因上下氣壓懸殊過大而破損，避免了因膜片破損造成石油氣外泄事故的發生。
呼吸孔直徑為0.8毫m，但孔深卻在1cm左右，這兒充分應用了流體力學知識。流體在運動時，由于阻滯作用會存在內摩擦力．孔洞面積越小，深度越大，內摩擦力就越大，阻尼效果就明顯——每秒流量變小。這樣，上氣室在呼氣和吸氣時，有一個較長的時間過程，從而保證了在動態變化中，在石油氣增減壓強時，不是迅猛增加，也不是迅猛減少，就能讓火焰穩定燃燒，體現了動態平衡的調節過程。


二、管道中平均速度
將標況流量換算成工況下的流量，再依據工況流量確定合適的管徑，換算公式如下：




(一)調壓柜型號規格為：200m3/h(2+0）
1.進口管徑的確定
1)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：

2)當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：

根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=50mm，計算管道流速：
    
2.出口管徑的確定
3)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：

4)當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：

根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=65mm，計算管道流速：

(二)調壓柜型號規格為：250m3/h(2+0）
1.進口管徑的確定
5)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：

6)當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：

根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=50mm，計算管道流速：



    
2.出口管徑的確定
7)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：

8)當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：

根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=80mm，計算管道流速：

(三)調壓柜型號規格為：300m3/h(2+0）
1.進口管徑的確定
9)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：

10)當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：

根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=50mm，計算管道流速：
    
2.出口管徑的確定
11)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：

12)當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：

根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=80mm，計算管道流速：

(四)調壓柜型號規格為：400m3/h(2+0）
1.進口管徑的確定
13)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：
當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：

根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=65mm，計算管道流速：
    
2.出口管徑的確定
14)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：

15)當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：

根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=100mm，計算管道流速：

(五)調壓柜型號規格為：600m3/h(2+0）
1.進口管徑的確定
16)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：
當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：
根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=80mm，計算管道流速：
    
2.出口管徑的確定
17)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：

18)當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：
根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=125mm，計算管道流速：

(六)調壓柜型號規格為：1000m3/h(2+0）
1.進口管徑的確定
19)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：
當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：

根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=100mm，計算管道流速：
    
2.出口管徑的確定
20)當氣體壓力低，溫度高時，具有大體積流量，故有：
當氣體壓力高，溫度低時，具有小體積流量，故有：
根據技術表要求：管道流速，取 計算管徑

取管徑DN=150mm，計算管道流速：




三、調壓器的壓降
直接作用式調壓器的壓降為：
（壓力只要低于彈簧設定壓力就可以正常工作，壓差特別小的時候它的工作狀態就近似直通）
四、調壓器閥口開度
（一）200m3/h(2+0）～250m3/h(2+0）,選擇進口調壓器Actaris的產品RBE3212
根據選型資料，當進口壓力為0.2MPa時，大流量
根據調壓器出口流量與閥口開度成比例
當調壓柜流量為時，故有：

當調壓柜流量為時，故有：

（二）300m3/h(2+0）～600m3/h(2+0）,選擇進口調壓器Actaris的產品RBE1812
根據調壓器出口流量與閥口開度成比例
當調壓柜流量為時，故有：

當調壓柜流量為時，故有：

當調壓柜流量為時，故有：

（三）1000m3/h(2+0）,選擇進口調壓器Actaris的產品RBE4012
根據調壓器出口流量與閥口開度成比例
當調壓柜流量為時，故有：與本文相關的論文有：中國閥門產值遞增