Регион: Москва

Независимый нефтегазовый Портал

Регуляторы давления газа

Классификация. Регуляторы давления газа классифицируют:по назначению, характеру регулирующего воздействия, связям между входной и выходной величинами, способу воздействия на регулирующий клапан.

По характеру регулирующего воздействия регуляторы подразделяются на астатические и статические (пропорциональные). Принципиальные схемы регуляторов показаны на рисунке ниже.

Схема регуляторов давления

1 - 0104

а - астатического: 1 - стержень; 2 - мембрана; 3 - грузы; 4 - подмембранная полость; 5 - выход газа; 6 - клапан; б - статического: 1 - стержень; 2 - пружина; 3 - мембрана; 4 - подмембранная полость; 5 - импульсная трубка; 6 - сальник; 7 - клапан.

В астатическом регуляторе мембрана имеет поршневую форму, и ее активная площадь, воспринимающая давление газа, практически не меняется при любых положениях регулирующего клапана. Следовательно, если давление газа уравновешивает силу тяжести мембраны, стержня и клапана, то мембранной подвеске соответствует состояние астатического (безразличного) равновесия. Процесс регулирования давления газа будет протекать следующим образом. Предположим, что расход газа через регулятор равен его притоку и клапан занимает какое-то определенное положение. Если расход газа увеличится, то давление уменьшится и произойдет опускание мембранного устройства, что приведет к дополнительному открытию регулирующего клапана. После того как произойдет восстановление равенства между притоком и расходом, давление газа увеличится до заданной величины. Если расход газа уменьшится и соответственно произойдет увеличение давления газа, процесс регулирования будет протекать в обратном направлении. Настраивают регулятор на необходимое давление газа с помощью специальных грузов, причем с увеличением их массы выходное давление газа возрастает.

Астатические регуляторы после возмущения приводят регулируемое давление к заданному значению независимо от величины нагрузки и положения регулирующего клапана. Равновесие системы возможно только при заданном значении регулируемого параметра, при этом регулирующий клапан может занимать любое положение. Астатические регуляторы часто заменяют пропорциональными.

В статических (пропорциональных) регуляторах, в отличие от астатических, подмембранная полость отделена от коллектора сальником и соединена с ним импульсной трубкой, то есть узлы обратной связи расположены вне объекта. Вместо грузов на мембрану действует сила сжатия пружины.

В астатическом регуляторе малейшее изменение выходного давления газа может привести к перемещению регулирующего клапана из одного крайнего положения в другое, а в статическом полное перемещение клапана происходит только при соответствующем сжатии пружины.

Как астатические, так и пропорциональные регуляторы при работах с очень узкими пределами пропорциональности обладают свойствами систем, работающих по принципу «открыто - закрыто», то есть при незначительном изменении параметра газа перемещение клапана происходит мгновенно. Чтобы устранить это явление, устанавливают специальные дроссели в штуцере, соединяющем рабочую полость мембранного устройства с газопроводом или свечой. Установка дросселей позволяет уменьшить скорость перемещения клапанов и добиться более устойчивой работы регулятора.

По способу воздействия на регулирующий клапан различают регуляторы прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия регулирующий клапан находится под действием регулирующего параметра прямо или через зависимые параметры и при изменении величины регулируемого параметра приводится в действие усилием, возникающим в чувствительном элементе регулятора, достаточным для перестановки регулирующего клапана без постороннего источника энергии.

В регуляторах непрямого действия чувствительный элемент воздействует на регулирующий клапан посторонним источником энергии (сжатый воздух, вода или электрический ток).

При изменении величины регулирующего параметра усилие, возникающее в чувствительном элементе регулятора, приводит в действие вспомогательное устройство, открывающее доступ энергии от постороннего источника в механизм, перемещающий регулирующий клапан.

Регуляторы давления прямого действия менее чувствительны, чем регуляторы непрямого действия. Относительно простая конструкция и высокая надежность регуляторов давления прямого действия обусловили их широкое применение в газовом хозяйстве.

Дроссельные устройства регуляторов давления (рисунок ниже) - клапаны различных конструкций. В регуляторах давления газа применяют односедельные и двухседельные клапаны. На односедельные клапаны действует одностороннее усилие, равное произведению площади отверстия седла на разность давлений с обеих сторон клапана. Наличие усилий только с одной стороны затрудняет процесс регулирования и одновременно увеличивает влияние изменения давления до регулятора на выходное давление. Вместе с тем эти клапаны обеспечивают надежное отключение газа при отсутствии его отбора, что обусловило их широкое применение в конструкциях регуляторов, используемых в ГРП.

Дроссельные устройства регуляторов давления газа

1 - 0106

а - клапан жесткий односедельный; б - клапан мягкий односедельный; в - клапан цилиндрический с окном для прохода газа; г - клапан жесткий двухседельный неразрезной с направляющими перьями; д - клапан мягкий двухседельный

Двухседельные клапаны не обеспечивают герметичного закрытия. Это объясняется неравномерностью износа седел, сложностью притирки затвора одновременно к двум седлам, а также тем, что при температурных колебаниях неодинаково изменяются размеры затвора и седла.

От размера клапана и величины его хода зависит пропускная способность регулятора. Поэтому регуляторы подбирают в зависимости от максимально возможного потребления газа, а также по размеру клапана и величине его хода. Регуляторы, устанавливаемые в ГРП, должны работать в диапазоне нагрузок от 0 («на тупик») до максимума.

Пропускная способность регулятора зависит от отношения давлений до и после регулятора, плотности газа и конечного давления. В инструкциях и справочниках имеются таблицы пропускной способности регуляторов при перепаде давления 0,01 МПа. Для определения пропускной способности регуляторов при других параметрах необходимо делать пересчет.

Мембраны. С помощью мембран энергия давления газа переводится в механическую энергию движения, передающуюся через систему рычагов на клапан. Выбор конструкции мембран зависит от назначения регуляторов давления. В астатических регуляторах постоянство рабочей поверхности мембраны достигается приданием ей поршневой формы и применением ограничителей изгиба гофра.

Наибольшее применение в конструкциях регуляторов нашли кольцевые мембраны (рисунок ниже). Их использование облегчило замену мембран во время ремонтных работ и позволило унифицировать основные измерительные устройства различных видов регуляторов.

Кольцевая мембрана

1 - 0107

а - с одним диском: 1 - диск; 2 - гофр; б - с двумя дисками

Движение мембранного устройства вверх и вниз происходит за счет деформации плоского гофра, образованного опорным диском. Если мембрана находится в крайнем нижнем положении, то активная площадь мембраны - вся ее поверхность. Если мембрана перемещается в крайнее верхнее положение, то ее активная площадь уменьшается до площади диска. С уменьшением диаметра диска разность между максимальной и минимальной активной площадью будет увеличиваться. Следовательно, для подъема кольцевых мембран необходимо постепенное нарастание давления, компенсирующее уменьшение активной площади мембраны. Если мембрана в процессе работы подвергается попеременному давлению с обеих сторон, ставят два диска - сверху и снизу.

У регуляторов низкого выходного давления одностороннее давление газа на мембрану уравновешивается пружинами или грузами. У регуляторов высокого или среднего выходного давления газ подводится к обеим сторонам мембраны, разгружая ее от односторонних усилий.

Регуляторы прямого действия подразделяются на пилотные и беспилотные. Пилотные регуляторы (РСД, РДУК и РДВ) имеют управляющее устройство в виде небольшого регулятора, который называется пилотом.

Беспилотные регуляторы (РД , РДК и РДГ) не имеют управляющего устройства и отличаются от пилотных габаритами и пропускной способностью.

Регуляторы давления газа прямого действия. Регуляторы РД-32М и РД-50М - беспилотные, прямого действия, различаются по условному проходу 32 и 50 мм и обеспечивают подачу газа соответственно до 200 и 750 м3/ч. Корпус регулятора РД-32М (рисунок ниже) присоединяют к газопроводу накидными гайками. По импульсной трубке редуцируемый газ подается в подмембранное пространство регулятора и оказывает давление на эластичную мембрану. Сверху на мембрану оказывает противодавление пружина. Если расход газа увеличится, то его давление за регулятором понизится, соответственно уменьшится и давление газа в под-мембранном пространстве регулятора, равновесие мембраны нарушится, и она под действием пружины переместится вниз. Вследствие перемещения мембраны вниз рычажный механизм отодвинет поршень от клапана. Расстояние между клапаном и поршнем увеличится, это приведет к увеличению расхода газа и восстановлению конечного давления. Если расход газа за регулятором уменьшится, то выходное давление повысится, и процесс регулирования произойдет в обратном направлении. Сменные клапаны позволяют изменять пропускную способность регуляторов. Настраивают регуляторы на заданный режим давления с помощью регулируемой пружины, гайки и регулировочного винта.

Источник: http://ros-pipe.ru