Газовые регуляторы давления: виды, устройство, принцип работы
Газовая трубопроводная инфраструктура включает в себя широкий набор регулирующих устройств. Большинство из них ориентируется на обеспечение безопасной работы системы и возможность контроля отдельных эксплуатационных параметров. Одним из важнейших устройств данного типа является регулятор газового давления, работающий в автоматическом режиме.
Принцип действия устройства
Рабочий процесс осуществляется за счет функций двух частей газовой арматуры – исполняющей механики и непосредственно регулятора. Первая часть выступает в качестве чувствительного элемента, благодаря которому такие устройства в принципе могут считаться автоматическими. Исполнительные органы газового регулятора давления в постоянном режиме сравнивают текущие показатели обслуживаемой среды и нормативные эксплуатационные значения, которые были изначально заложены оператором на конкретный рабочий сеанс. Далее при обнаружении расхождения в показателях этот же механизм генерирует сигнал для регулирующей системы, которая корректирует величину давления, понижая или повышая ее. Причем способ влияния на рабочие показатели может быть разным – это зависит от энергетической среды питания. Например, может использоваться потенциал того же газа или заряд от внешнего источника – гидравлического, теплового, электрического и т. д.
Существуют и модели, в которых реализуется прямой принцип регуляции. То есть чувствительный или исполнительный механизм отвечает и за сравнение целевых показателей системы, и за их коррекцию. К таким устройствам, в частности, относятся пружинные газовые регуляторы давления. Принцип работы такой арматуры заключается в управлении диафрагмой, механически воздействующей на состояние обслуживаемой системы. Обычно такие модели применяются в газораспределительных сетях, которые требуют быстрого и прямого механизма контроля.
Конструкция арматуры
К основным элементам регуляторов этого типа относятся затворы, которые применяются в разных видах. Например, данная арматура может быть клапанной, диафрагменной, шланговой и дисковой. Существуют в некотором роде комбинированные регуляторы газового давления, в конструкции которых используются седельные и клапанные затворы. К преимуществам таких устройств специалисты относят высокую герметичность системы уплотнения. Для трубопроводов с высокой пропускной способностью используют двухседельные затворы, у которых площадь проходного сечения больше, чем у других регуляторов. На крупных станциях также получили распространение заслоночные затворы. Они срабатывают в два этапа и требуют использования внешних источников энергии, но зато отличаются надежностью при контроле больших объемов газового расхода.
В качестве чувствительного органа применяют мембраны. Некоторые системы предполагают их использование и как приводных устройств. Сама мембрана может быть гофрированной или плоской, но в обоих случаях жесткость и способность выдерживать различные нагрузки варьируется в широких диапазонах.
В соответствии с техническими нормативами, устройство газовых регуляторов давления с запорными и контролирующими элементами должно соответствовать следующим требованиям:
- Нечувствительная зона работы в своем значении не должна превышать 2,5% относительно уровня максимального выходного давления.
- Зона пропорциональности в случае с баллонными и комбинированными регуляторами также не должна быть выше 20% относительно верхнего предела давления на выходе.
- В условиях резких перепадов давления в контуре время технического перехода регулирования не должно быть выше 1 мин.
Разновидности технического исполнения
Регуляторы для газовых сред классифицируются по нескольким технико-конструкционным признакам. В частности, разделение касается количества ступеней редуцирования (понижения), сложности механического исполнения и способа забора импульса выходного давления.
Что касается первого признака, то существуют одно- и двухступенчатые модели, которые отличаются по расходным характеристикам. К примеру, газовый регулятор давления для дома с показателем расхода не более 25 м3/ч с большей вероятностью будет иметь две ступени редуцирования. Данная схема работы отличается более высокой стабильностью контроля и многоуровневой безопасностью, реализуемой за счет вспомогательных компонентов. В системах с повышенным расходом газа чаще используют одноступенчатые устройства.
В плане сложности конструкции выделяют простые и комбинированные регуляторы, которые можно разделить и по набору функций. В первом случае выполняется только задача понижения давления, а во втором – предусматриваются также возможности для шумоподавления в трубопроводе, предохранения клапана и фильтрации. По системе импульсного забора можно разделить газовые регуляторы давления с непосредственным контролем показателей на выходе, и устройства с внешним подключением чувствительных элементов. Главная проблема использования второго принципа забора заключается в обязательном соблюдении условия поддержания стабильности потока на исследуемом контуре, иначе данные будут некорректными.
Бытовые и коммерческие регуляторы давления в газопроводах
Конструкционное, функциональное и эргономическое исполнение запорной арматуры в итоге сводится к требованиям конкретной сферы применения. Акцент делается на непосредственных рабочих параметрах, среди которых выходное давление, диапазоны замеров, объемы расхода и др. Так, газовые регуляторы давления для бытовых сетей, как правило, характеризуются низкой пропускной способностью и скромным спектром возможностей для настройки. С другой стороны, в такой арматуре делается ориентировка на безопасность и удобство эксплуатации. На практике бытовые регуляторы используются в системах газоснабжения котлов, плит, горелок и прочей домашней техники.
Промышленное и коммерческое применение накладывает более высокие требования на средства контроля газовых сред. Устройства этого типа отличаются расширенными диапазонами показателей выходного и входного давлений, точностью настроек, более высокой пропускной способностью и наличием дополнительных функций. Подобные модели используются газовыми службами, контролирующими снабжение объектов социального назначения, общепита, промышленности, инженерного хозяйства и т. д. Уже отмечалось, что существуют разные регуляторы с точки зрения сложности конструкционного исполнения. Но это не значит, что в промышленном секторе, например, применяются только лишь многофункциональные комбинированные устройства. Простейшие средства управления могут быть полезными на предприятиях благодаря высокой надежности и ремонтопригодности.
Газовый редуктор с регулятором давления
Редуктор представляет собой автономное устройство, предназначенное для контроля давления газовой смеси на выходе из какой-либо емкости или трубопровода. Основная классификация в данном случае предполагает разделение регулирующих узлов по принципу действия. В частности, различаются обратные и прямые устройства. Редуктор с обратным действием работает на понижение давления по мере выхода газа. Конструкция таких устройств включает клапаны, камеры для буферного содержания смеси, регулировочный винт и фурнитурные приспособления. Прямое действие означает, что регулятор будет работать на повышение давления при выпуске газа.
Также различают модели редукторов по типу обслуживаемого газа, количеству ступеней редуцирования и месту использования. Например, существуют регуляторы давления газа для баллонов, трубопроводных сетей и рамп (горелок). В случае с баллонами тип газа определит и способ подключения устройства. Практически все модели редукторов, кроме ацетиленовых, соединяются с баллонами посредством накидных гаек. Устройства, работающие с ацетиленом, обычно фиксируются к емкости хомутами с упорным винтом. Предусматриваются и внешние отличия между редукторами – это может быть маркировка по цвету и указанием информации о рабочей смеси.
Статические и астатические регуляторы
В статических системах характер регуляции нестабилен в местах прямого механического сопряжения с рабочей средой и запорной арматурой. В целях повышения устойчивости такого регулятора вводится дополнительная обратная связь, выравнивающая значения давления. Причем надо отметить, что фактическая величина давления в данном случае будет отличаться от нормативной до момента, пока не восстановится номинальная нагрузка на чувствительный элемент.
Традиционное исполнение статического регулятора давления газа предусматривает наличие собственного стабилизирующего устройства в виде пружины – для сравнения, в других версиях используется компенсирующий груз. В процессе рабочего момента сила, которую развивает пружина, должна соответствовать степени ее же деформации. Наибольшая степень сжатия обретается в ситуациях, когда мембрана полностью закрывает регулирующий канал.
Астатические регуляторы при любых нагрузках самостоятельно приводят показатель давления к нужной величине. Также восстанавливается и положение органа регуляции. Впрочем, у исполнительной механики, как правило, не бывает четкой позиции – в разные моменты регуляции он может находиться в любой позиции. Астатические регулирующие устройства чаще используют в сетях с высокой способностью к самовыравниванию рабочих показателей.
Изодромный регулятор газа
Если статическую систему контроля давления можно охарактеризовать как модель с жесткой обратной связью, то изодромные устройства взаимодействуют с упругими элементами восстановления характеристик. Изначально в момент фиксации отклонения от заданной величины регулятор займет позицию, которая соответствует значению, пропорциональному показателю отхождения от нормы. Если же давление не нормализуется, газовая арматура будет смещаться в сторону компенсации до тех пор, пока показатели не придут в норму.
С точки зрения характера эксплуатации изодромный регулятор можно назвать средним устройством между астатическими и статическими моделями. Но в любом случае отмечается высокая степень независимости данной регулирующей механики. Существует и разновидность изодромной арматуры с предварением. Данное устройство отличается тем, что скорость смещения исполнительного органа изначально превышает темпы изменения давления. То есть техника работает на опережение, экономя время на восстановление параметра. В то же время регуляторы с предварением затрачивают больше энергии от внешнего источника.
Теперь можно перейти к рассмотрению конкретных моделей газовых регуляторов давления. Обзор лучших представителей сегмента представлен ниже.
Производители регуляторов
Устройства для управления и контроля потоками газовых смесей в России широко представляют как отечественные, так и зарубежные изготовители. В частности, завод «Газаппарат» предлагает высокоточные регуляторы серии РДНК, которые стабильно поддерживают рабочие показатели в системе независимо от активности потребления газа. Еще один производитель качественных устройств для регуляции давления в газопроводах – предприятие «Метран», которое занимается разработкой контрольно-измерительных систем совместно с крупной зарубежной компанией Emerson. Данная продукция используется в промышленности и в бытовой сфере. Например, газовые службы задействуют в управляемых хозяйствах системы серии 1098-EGR, которые отличаются быстрым откликом, точностью настроек параметров и высокой производительностью. Базовые модификации вполне годятся для линий подачи газового топлива к сетевым и локальным точкам забора. Комплексно подходит к задачам контроля топливно-газового расхода предприятие «ГасТех». Специалисты предприятия разрабатывают индивидуальные решения для обслуживания газовых установок разного типа независимо от их сопряженности с другим оборудованием.
Эксплуатация регулятора
На корпусе устройства предусматривается несколько соединительных отверстий разного диаметра. Конфигурацию системы подключения следует подбирать исходя из конкретных условий эксплуатации. Наиболее распространенными считаются форматы каналов в диапазоне размеров от 0,25 до 1 дюйма. К таким соединениям подходят основные фитинги и переходники, подключаемые посредством вращающихся шайб.
Убедившись в возможностях введения регулятора в конкретную систему, можно приступать к непосредственной установке. Она выполняется по следующей инструкции:
- Включить клапан в рабочие контуры, проверив наличие газа. Закрыть клапан полностью и убрать заглушку для защиты отсекающего клапана при наличии такового.
- Плавно оттянуть рукоятку взвода. Ход должен быть небольшим – порядка 10 мм.
- Взвести вторую ступень, но постепенно, чтобы не было скачкообразной подачи газа. Если есть возможность, можно оставить небольшую утечку через отсекающий клапан.
- Заглушка отсекающего клапана ставится обратно.
- Медленно закрыть выходной клапан, предварительно устранив технологические утечки.
В процессе установки можно выполнить базовые настройки газового регулятора давления по нескольким параметрам: подаче, положению отсекателя, максимальной величине давления и т. д. Как правило, конкретные значения берутся или из проектных данных, или из паспорта производителя устройства. Рекомендуется производить настройки с отклонениями не более 10% от установленных в документации. Для управления рабочим давлением используют торцовочный ключ. Поворачивая им наконечник заглушки, можно повышать или понижать указанную величину.
Заключение
Применение контрольно-управляющей и, в частности, регулирующей арматуры при эксплуатации газового оборудования является крайне важной мерой не только с точки зрения выполнения технологических задач, но и как условие обеспечения безопасности. На крупных предприятиях, станциях и комплексах с гидравлическим режимом обслуживания газораспределительных сетей регулирующие устройства устанавливаются на нескольких точках, автоматически контролируя процессы передвижения рабочих смесей.
В чем же заключается необходимость использования газовой арматуры на практике? Понижение и повышение давления влияет на состояние оборудования и трубопроводных сетей, что особенно важно с учетом взрывоопасности газовых сред как таковых. Также регуляция требуется как условие для соблюдения установленных объемов распределения смесей по разным каналам внутри одной системы. Управление в этом смысле означает контроль интенсивности перемещения газа в соответствии с заданными потребностями и условиями эксплуатации.
Конечно, не только для нужд промышленности используются регуляторы давления в оборудовании, обслуживающем газовые смеси. И компактные горелки, и котлы с бойлерами на данном виде топлива также требуют подключения средств контроля. Другое дело, что встречаются разные схемы и конфигурации управления потоками газа. Поэтому существует множество разновидностей редукторов и регуляторов, конструкции которых ориентированы на потребности того или иного пользователя.