Блок подогрева газа

Наибольшие трудности при редуцировании газа возникают из-за образования гидратов, которые в виде твердых кристаллов оседают на стенках трубопроводов в местах установки сужающих устройств, на клапанах регуляторов давления газа, в импульсных линиях контрольно-измерительных приборов (КИП). Наиболее благоприятны для образования гидратов падение температуры и давления, что влечет за собой уменьшение как упругости водяных паров, так и влагоемкости газа, в результате чего происходит образование гид­ратов.

В качестве методов по предотвращению гидратообразования применяют общий или частичный подогрев газа; местный обогрев корпусов регуляторов давления и ввод метанола в коммуникации газопровода.

Наиболее широко применим первый метод, второй — менее аффективен, третий — очень дорогостоящий.

Для общего подогрева газа применяют огневые (ПГА-5, ИГА-10, ПГА-100, ПГА-200 и ПТА-1) и водяные [ПГ-3, ПГ-10, 9ПГ64-2М (ЗМ), ПТПГ-30 и ПТГ-15] подогреватели. Для эксплуатации ПГ-3 и 9ПГ64-2М(ЗМ) необходимы мощные котельные установки, стаци­онарные или передвижные, а также постоянные инженерные ком­муникации по водоснабжению, канализации и электроснабжению.

Поскольку химическая подготовка и очистка воды отсутствует, про­исходит быстрое нарастание накипи на внутренних стенках водо­проводных труб, уменьшающих проходное сечение последних, что приводит к плохому тепло­обмену между горячей водой и газом, к утрате эф­фективности подогрева газа теплообменниками.

Водяные подогреватели ПГ-3 и 9ПГ64-2М (ЗМ) представляют собой теплобменные аппараты кожухотрубного типа (рис. 7).

Огневые подогреватели одинаковы по конструкции (рис. 8), отличаются техническими данными. Основ­ные -элементы этих подогре­вателей: огневая камера (состоит из основания, бо­ковых и торцевых стенок, крышки), змеевик, горелка, байпасная линия, установка термобаллонов, контрольно-запальное устройство, ды­мовая труба, блок автома­тики контрольно-запального устройства и автоматика регулирования (включает в себя отсекатель, фильтр, ре­гулятор давления, регуля­тор температуры, сбросной и электромагнитный клапа­ны, терморегулятор. В керамзито-бетонном основании (рис. 8) огневой камеры находится наклон­ная горелочная щель, служащая стабилизатором горения газа. Подощелевая горелка, расположенная под основанием огневой ка­меры в горелочной щели, представляет собой трубу с огневыми отверстиями по ее образующей. Пламя направляется на боковую радиационную стену, которая, раскалившись, излучает тепло, на­гревающее змеевик.

	Часть змеевика, расположенная в верхней части огневой камеры, нагревается теплом отходящих газов. Краны служат для отключения змеевика подогревателя на летний период или для ремонтных работ. Газ в этом случае, минуя змеевик, проходит по байпасному газопроводу.
Рис. 7. Схема водяного подогревателя газа ПГ-3

Рис. 8. Огневой подогреватель газа ПГА-5. 1— основание огневой камеры: 2 — горелки: 3 — горелочная щель: 4 — контрольно-запальное устрой­ство; 5 — радиационная часть змеевика: 6 — боко­вые стенки подогревателя: 7 — конвективная часть змеевика: 8 — крышка. 9 — дымовая труба: 10 — шибер.

Автоматика регулирования и защиты размещена на сварной раме и закрыта кожухом. В дымовой трубе расположен шибер, с помощью которого можно регулировать тягу в разные периоды года.

Температуру газа на выходе из подогревателя в заданных пределах от 5 до 60° С поддерживают с помощью терморегу­лятора.

Терморегулятор (рис. 9). Термометрическая система его состоит из баллона и сильфона, заполненных жидкостью с большим коэффициентом теплового расширения. Изменение температуры газа на выходе из подогревателя ведет к изменению в термосистеме объема и давления жидкости. При этом сильфон сжимается или разжимается, перемещая шток, который связан с большим и малым фигурными рычагами отсекателя Малый фигурный рычаг поднимает или опускает клапан терморегулятора.

Если температура газа выше заданной на выходе из подогре­вателя, жидкость в термосистеме расширяется и сжимает сильфон. Вследствие этого шток, преодолевая усилие пружины, поднимается вверх, освобождая конец большого фигурного рычага. что в свою очередь ведет к освобождению клапана, который садится на седло и закрывает проход топливного газа к горелкам.

Датчик (рис. 10). Предназначен для подачи сигнала на дис­петчерский пункт линейно-производственного управления (ДП ЛПУ) или в дом оператора (ДО) в случае погасания пламени запальника подогревателя газа.

Рис. 10. Датчик. / — мембранная головка: 2 — мембрана: 3 — шток: 4 — коробка: 5 — микропереключатель: 6 — рычаг: 7 — пружина: 8 — штуцер: НЗ — нормально закрыто. HP — нормально открыто.
Рис. 9. Терморегулятор. 1— клапан: 2 — шток: 3 — сильфон: 4— баллон: 5 — отсекатель.

При горении запальника мембрана находится в нижнем поло­жении и удерживает контакт микропереключателя в разомкнутом состоянии. При погасании запаль­ника электромагнитный клапан за­крывает подачу газа на газопро­воде запальника. При этом дав­ление газа в газопроводе запаль­ника и в датчике падает. Мемб­рана под действием пружины пе­ремешается вверх. Контакты микропереключателя замыкаются и на ДП ЛПУ или в ДО подается сигнал «Авария».

Электромагнитный клапан (рис. 11). Перекрывает пода­чу топливного газа к горелке в случае погасания пламени запаль­ника, фиксируя три положения:

1) закрытое, когда газ через клапан не проходит;

2) промежуточное, когда газ через клапан запальника проходит;

3) рабочее, когда газ через клапан поступает и на запальник, и на горелку.

Рис. 11. Клапан электромагнитный.

1. 14 — штоки: 2 — кнопка: 3. 16 — пружины: 4 — кожух. 5 — якорь; 6 — электромагнит: 7 — обмотка электромагнита; 8 — основание: 9 — прижимное кольцо: 10 — корпус: 11 — мембрана: 12. 15 — клапаны (12 — верхний. 15 — нижний): 13 — отверстие. 17 — пробка

До начала работы подогревателя электромагнитный клапан за­крыт. Чтобы включить запальник, необходимо нажать на пусковую кнопку. В этом случае подвижная система штоков и клапанов переместятся вниз. Клапан займет нижнее положение, а верхний сядет на седло. При этом топливный газ будет поступать через отверстие к запальнику, но не к горелке. В течение 1 мин пламя запальника нагреет спай термопары, в ней возникнет электродви­жущая сила (ЭДС), образующая в электромагните магнитное поле, которое притягивает якорь к торцам электромагнита до тех пор, пока на запальнике будет гореть газ.

Под действием нижней пружины подвижная система из штоков. клапанов и кнопки поднимется вверх. При этом верхний клапан отойдет от своего седла на 2.5 мм и откроет доступ топливному газу к горелке. Нижний клапан не дойдет до своего седла на 2,5 мм, и газ будет продолжать поступать к запальнику.

При погасании пламени на запальнике якорь под действием усилии пружины 16 вместе со всей подвижной системой поднимается вверх Клапан сядет на седло и прекратит поступление газа к горелке и к запальнику.

Термопара. Выполнена из двух сплавов: хромеля (никель + хром) и копеля (никель + медь) — и представляет собой хромелевую трубку, в которую вставлен копелевый стержень. Принцип работы термопары заключается в том, что при ее нагревании тепловая энергия преобразуется в электрическую.

Подача топливного газа в подогреватели осуществляется после блок» редуцирования. Топливный газ высокого или среднего дав­ления (6 или 3 кгс/см² ) редуцируют до низкого (500 мм вод. ст) в регуляторах давления газа РД-32, РД-50М, которые устанав­ливают у каждого подогревателя или в отдельной газорегуляторной установке (ГРУ). Эти установки монтируют в помещениях редуци­рования или в котельной. ГРУ снабжает газом низкого давления не только газопотребляюшие установки ГРС (котлы, подогреватели), но и газовые водонагревательные и отопительные аппараты ДО (водонагреватели, 4-конфорочные плиты, газовые холодильники и пр.).

Регуляторы давления газа. Регуляторы типа РД-32М (рис. 12) в зависимости от расчетного расхода газа и назначения могут поставляться с различными диаметрами седел и пружинами для настройки выходного давления.

Рис.12 - Регулятор РД-32М

Регулятор РД-32М состоит из двух основных узлов: мембранной камеры и чугунной крестовины, соединенных с помощью накидной гайки. При монтаже крестовину устанавливают непосредственно на газопроводе и крепят к нему накидными гайками, имеющимися на ниппелях 6 входного и вы­ходного патрубков. В крестовине есть гнездо для установки сменного седла 7, к которому газ входного давления подводится прямо по его оси или сбоку по одному из каналов крестовины при заглушенном пробкой 8 другом канале.

От контролируемой точки импульс выходного давления газа после регулятора по трубопроводу 9 передается в подмембранную полость мембранной камеры. К корпусу болтами крепится крышка мембранной камеры; эта крышка имеет в верхней части колонку,в которой расположена регулировочная пружина 2. Между крышкой и фланцами корпуса зажата эластичная мембрана /, на жесткий металлический диск которой и опирается регулировочная пружина. Степень сжатия пружины изменяют с помощью нажимной гайки 3, которая перемещается вертикально при вращении винта 4. Под мембраной находится рычажный механизм 10, преобразующий вер­тикальное передвижение мембраны с диском в горизонтальное, а также перемещение штока и плунжера 5. Если мембрана припод­нята, то шток сдвинут вправо и плунжер, прижимаясь к седлу, перекрывает проход газа. Если мембрана движется вниз, она ото­двигает плунжер от седла, увеличивая расход газа.

Вращение винта 4 по часовой стрелке позволяет поднять на­жимную гайку 3, уменьшить как сжатие пружины 2, так и соот­ветственно выходное давление. При вращении винта против часовой стрелки выходное давление повышается. Для того чтобы избежать чрезмерного и внезапного возрастания давления в подмембранной полости, которое может привести к разрыву мембраны, в регулятор вмонтировано предохранительное сбросное устройство 11. Оно рас­положено в центральной части мембраны и включает в себя восемь отверстий 12 диаметром 3.5 мм, просверленных в мембране и прилегающей к ней шайбе. Срабатывание сбросного клапана до­стигается за счет поджатия малой пружины 13 в пределах давления 300—400 мм вод. ст. Если давление в подмембранной полости окажется больше давления настройки, то мембрана несколько при­поднимется и через открывшиеся отверстия часть газа сбрасывается в надмембранную полость и колонку, из которой газ через прива­ренный к ней штуцер поступает в сбросной трубопровод.

Блок редуцирования

Предназначен для снижения высокого входного давления газа Р_вх = 12 - 75 кгс/см² до низкого выходного Р_вых = 3 - 12 кгс/см² и автоматического поддержания заданного давления на выходе из узла редуцирования, а также для защиты газопровода потребителя от недопустимого повышения давления.

Блок редуцирования состоит из двух линий (ниток) редуцирования: рабочей и резервной. Обе линии имеют одинаковое обору­дование: последовательно установленные входной пневмоприводной запорный кран, резервный регулятор давления газа, рабочий ре­гулятор и выходной запорный кран с ручным или пневматическим (пневмоприводом) приводом. При повышении давления газа на выходе из блока редуцирования в работу включается резервный регулятор.

В качестве регуляторов давления газа применяют РД-64. РДУ, РДO-1. РДЭ-100, РГСД, РДП. Регуляторы типа РДО-1. РДЭ-100, РГСД и РДП являются агрегатами новой модификации (подробнее см. раздел «Новые разработки»).

Регуляторы давления газа типа РД-64(рис. 16). На ГРС с расходом газа от 25000 м /ч и более применяют регуляторы давления РД-50-64. РД-80-64, РД-100-64, являющиеся статическими, прямого действия, работающими без использования постороннего источника энергии, Все перечисленные типоразмеры регуляторов РД-64 оди­наковой конструкции. Основными элементами их являются регули­рующий орган и мембранно-исполнительный механизм.

Регулятор состоит из литого стального корпуса с верхним и нижним седлами. Дросселирование осуществляется тарельчатым плунжером (затвором), который изменяет открытие верхнего седла при перемещении штока, соединенного с жесткими дисками мемб­раны. Подвижная система перемещается в направляющей втулке и цилиндре нижнего седла.

Для создания и поддержания давления в надмембранной камере регуляторов РД-50-64. РД-80-64 и РД-100-64, соответствующего выходному давлению, используется двухступенчатый редуктор-за-датчик ВР-1. который питается газом от входного газопровода. Настройку на давление от 1,5 до 10 кгс/см2 осуществляют с помощью редуктора ДР-2, на давление от 12 до 16 кгс/см2 — редуктора ВР-1; контроль за настройкой регулятора — по манометру при открытом кране. Затвор (тарельчатый плунжер) имеет отверстие для разгрузки его от давления газа при любом положении. Импульс выходного давления подводится в подмембранную по­лость регулятора по стальной трубке Dy — 15 мм и отверстию. Точку отбора импульса на газопроводе располагают не менее чем в 2,5 м после выхода из запорного устройства.

Рис. 16. Регулятор высокого давления прямого действия типа РД - 64. 1— затвор; 2 — корпус; 3 - мембранный привод: 4 — мано­метр: 5 — двухступенчатый редуктор-задатчик; 6 — шток; 7 — седло.

Регулирующий орган имеет два седла, закрепленных в корпусе регулятора, и золотник. Мембранно-исполнительный механизм со­стоит из мембранного узла, содержащего мембрану, зажатую между двумя дисками, на которых закреплен шток золотника. Для уплот­нения штока и клапана применяют резиновые кольца (табл. 4).

Процесс регулирования давления протекает следующим образом: в надмембранной камере редуктора создается постоянное давление, равное регулируемому на выходе из регулятора. Если давление на выходе из регулятора меньше заданного, то сила, действующая на мембрану сверху, превышает таковую снизу.

Узел чувствительного элемента, связанный с мембраной, пере­мещаясь вниз, увеличивает проходное сечение регулятора. В ре­зультате количество протекающего газа возрастает, а давление на выходе из регулятора восстанавливается до заданного. Если же выходное давление превышает заданное, чувствительный элемент, перемещаясь вверх, уменьшает проходное сечение регулятора, вос­станавливая таким образом давление на выходе из регулятора до заданного.

Подвижная система регулятора уравновешена, что достигается воздействием давления газа со стороны входа на золотник как сверху, через верхнее седло, так и снизу, на стенки пологого стакана золотника.

Редуктор типа ВР-1 (рис. 17). Состоит из двух регуляторов, обеспечивающих две ступени редуцирования. Давление газа после первой ступени регулируется в пределах 12—16. после второй — 2,8—4,5 кгс/см². Допустимое давление на входе в редуктор до 150 кгс/см².

Оба регулятора, за исключением различия в жесткости задающей пружины, совершенно одинаковые. Каждый из них имеет индиви­дуальное предохранительное сбросное устройство, срабатывание ко­торого может настраиваться в широких пределах.

Регулятор работает следующим образом. При ввертывании ре­гулировочного винта усилие пружины передается на мембрану, которая нажимает на толкатель, открывая газу проход в надмембранную полость регулирующего устройства. Если давление за регулирующим органом меньше заданного, то мембрана регулиру­ющего устройства вместе со штоком и золотником опустится вниз, открывая путь газу. Если же оно больше заданного, оно устройством передается в подмембранную полость. Мембрана регулирующего устройства поднимается вместе со штоком и золотником, прикрывая проходное сечение регулирующего устройства.

При работе редуктора типа ВР-1 в качестве задатчика регулятора давления типа РД-64 его предохранительное сбросное устройство желательно настраивать на постоянный сброс газа, достигая тем самым качественного регулирования газа на выходе из ГРС. Для сброса газа при этом необходимо предусмотреть сбросную свечу. Контроль за настройкой регулятора ведется по манометру.

Рис. 17. Воздушный редуктор типа ВР-1.

1 — пружина: 2 — клапан; 3 — толкатель: 4 — шайба: 5 — мембрана: 6 — нажимной диск: 7 — регулировочный винт; 8 — регулирующая пружина: 9 — крышка редуктора: 10 — предо­хранительный клапан.

Предохранительный клапан редуктора (рис 18). Соединен с полостью первой ступени редуцирования. В случае превышения выходного давления в полости первой ступени над заданным, золотник отходит от седла и газ сбрасывается в атмо­сферу.

Газ, поступающий к редуктору-задатчику по стальной цельнотянутой трубке, должен быть очищен от механических примесей и осушен от влаги. Для чего в схеме обвязки должен быть предусмотрен фильтр (обычно висциновый) и вымораживатель.

Двухступенчатый редуктор типа ДР-2. Является статическим регулятором прямого действия и предназначен для снижения давления с 10—320 кгс/см² до 0,1—3 или 3—10. Редуктор работает при температуре окружающего воздуха от 0 до 50° С и температуре регулируемой среды от 5 до 50° С.

Регулятор ДР-2 состоит из двух последовательно скомпонованных на одном кронштейне редукторов: высокого давления — РДВ-1 (первая ступень регулирования) и низкого давления РНД-1 (вторая ступень регулирования). Каждый из них в свою очередь является регулятором прямого действия и может использоваться самостоя­тельно. Входным давлением для РНД-1 является выходное давление РВД-1. Давление газа после РВД-1 в пределах 1,5-10 кгс/см², после РНД-1 — 0,1-1,5.

Рис. 18. Клапан предохранительный.

1— корпус: 2 — седло клапана. 3 — золотник с уплотнительной подушкой: 4 — пружина: 5 —пробка.

Пропускная способность редукторов (по воздуху), м³/ч: ДР-2 — не менее 10 (при р_ВЫХ = 10 кгс/см², давление после первой ступени б, после второй — I кгс/см²); РВД-1 — не менее 16 (при р_ВХ — 10 и р_вых= 3,5 кгс/см²); РНД-1 — не менее 10 (при р_ВХ = 6 и р_ВЫХ = 1 кгс/см²).

Регулятор давления газа типа РД-64 монтируют вертикально (мембранным приводом вверх) между двумя отключающими кранами или задвижками на горизонтальном газопроводе в месте, доступном для осмотра (рис. 19). Направление потока газа должно совпадать с направлением стрелки на корпусе.

Обвязка регулятора выполняется стальными цельнотянутыми трубками с толщиной стенки не менее 3 мм, вентилями и соеди­нительными фитингами, рассчитанными на рабочее давление 55 кгс/см².

Рис. 19. Схема установки и обвязки регулятора типа РД-64.

1— отбор газа высокого давления: 2 — фильтр очистки и сушки газа: 3 —вентиль 1/4": 4 — отключающий кран: 5 — опоры: 6 — манометр 0 - 60 кгс/см²; 7 — редуктор-задатчик; 5 — регулятор РД-64; 9 — манометр (0 - 16 кгс/см²; 10 — вентиль 1/2"; 11 — отбор регулируе­мого давления.

Участок трубопровода, предназначенный для монтажа регуля­тора типа РД-64, должен иметь диаметр условного прохода не менее D_y регулятора; длина прямых участков трубопроводов до и после регулятора — не менее 1 м (рис. 19); расстояние от пола помещения редуцирования до нижней образующей регулятора — не менее 0,3 м.

Наблюдение за регулируемым давлением ведут по показаниям манометра, установленного на линии подвода этого давления не­посредственно у регулятора. Для обслуживания регуляторов типа РД-64 в здании редуцирования должна быть предусмотрена ме­таллическая площадка с лестницами и перилами, а для монтажа и демонтажа регулятора — кран-балка грузоподъемностью 0,5—1 т.

Регуляторы РДУ каждого типоразмера имеют три основных узла (унифицированные для всех типоразмеров): исполнительное устрой­ство, усилитель и редуктор перепада (рис. 21).

Исполнительное устройство (рис. 22). Является конеч­ным звеном системы автоматического регулирования. При переме­щении затвора изменяется проходное сечение устройства, а следо­вательно, количество проходящего газа. Это обеспечивает поддер­жание выходного давления на заданном значении при колебании газопотребления. Перемещение затвора происходит за счет изме­нения управляющего давления, поступающего на привод исполни­тельного устройства от усилителя.

Для обеспечения герметичности исполнительного устройства к седлу винта крепится капролоновая прокладка. Затвор выполнен в виде тонкостенной трубы и связан с мембранным приводом с помощью диска и двух шайб. В исходном положении затвор прижат к седлу возвратной пружиной. В полость А привода через отверстие Б подается выходное давление, а в полость В через отверстие Г — управляющее давление (от усилителя). Отверстие Д во фланце корпуса служит для подачи входного давления к редуктору.

Усилитель (рис. 23). Непрерывно измеряет выходное давление, сравнивает его с заданным при настройке, и в случае отклонения от заданного изменяет управляющее давление. Для питания уси­лителя используется энергия входного давления.

Мембранно-пружинный механизм усилителя включает в себя две эластичные мембраны, жестко связанные с помощью муфты, стакана, втулки и двух дисков, а также пружину сжатия. Натяги­вается она за счет вращения регулировочного винта.

Рис. 21. Схема регулятора давления газа типа РДУ.

1— затвор; 2 — седло клапана: 3. 4 — мембраны: 5 — пружина: 6 — клапан: 7 — сбросное седло: 8 — возвратная пружина

Клапанное устройство состоит из подающего седла, выполненного в виде отверстия во втулке, клапана двойного действия с пружиной и сбросного седла, зажатого между муфтой и втулкой. Через от­верстие А во втулке давление питания (от редуктора) подается на усилитель, а через отверстие Б в корпусе — управляющее давле­ние — на привод исполнительного устройства. В контрольную ка­меру В через отверстие Г поступает регулируемое давление из выходного трубопровода.

Рис. 22. Исполнительное устройство регулятора давления газа РДУ.

1 — корпус: 2 — затвор: 3 — возвратная пружина; 4 — мембранный привод: 5 — диск: 6. 7 — шайбы: 8 — седло: 9 — крышка. 10 — винт: 11 - капролоновая прокладка. 12 — ребра крышки: 13 — кожух.

Редуктор перепада давления (рис. 24). Предназначен для снижения высокого входного давления и поддержания посто­янного перепада между давлением питания усилителя и выходным давлением.

Газ с входным давлением через отверстие А поступает в полость Б. проходит через зазор, образуемый клапаном и седлом, редуци­руется и идет на питание усилителя. Величина давления питания усилителя зависит от усилия сжатия пружины и превышает выходное давление, которое подается в полость В редуктора (примерно на 2—3 кгс/см²).

Принцип действия регулятора РДУ следующий. Газ высокого давления (55 кгс/см²) из подводящего газопровода поступает в полость А исполнительного устройства, проходит через зазор, об­разуемый затвором и седлом, и редуцируется. Выходное давление устанавливается за счет настройки усилителя. Отклонение выходного давления в результате изменения газопотребления или входного давления воспринимается чувствительным элементом усилителя (мембраной). С помощью клапана усилителя преобразуется в пнев­матический сигнал, поступающий в полость 5 привода исполни­тельного устройства.

Автоматическое поддержание выходного давления в заданных пределах осуществляется следующим образом: повышение его вы­зывает перемещение подвижной системы усилителя, состоящей из двух жестко связанных мембран, вверх за счет нарушения равно­весия действующих на нее сил: усилия пружины, с одной стороны, и выходного давления — с другой. При этом сбросное седло отходит

от клапана, что приводит к стравливанию некоторого количества газа из полости В усилителя и полости 6 привода исполнительного устройства. Управляющее давление понизится и затвор под дейст­вием возвратной пружины пойдет на закрытие. Расход газа через регулятор уменьшается до восстановления выходного давления в заданных пределах. При уменьшении выходного давлении регулятор работает в обратном порядке.

Рис. 24. Редуктор перепада регу­лятора РДУ: 1- корпус; 2 - пружина; 3- седло: 4 - крышки: 5 - клапан.
Рис. 23. Усилитель регулятора давления РДУ. 1-верхняя крышка: 2 - пружина: 3 - колпачок: 4 - регулировочный винт: 5. 10 - диски: 6 - муфта: 7 - клапан двойного действия; 8 - сбросное седло. 9 - втулка: 11 - нижняя крышка: 12 - эластичная мембрана: 13. 17 - стаканы; 14 - пружина: 15 - корпус: 16 - втулка.