隨著我國(guó)燃?xì)馐聵I(yè)的快速發(fā)展,燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)在大型噴火項(xiàng)目中的應(yīng)用越來越廣泛。大型噴火項(xiàng)目用氣與居民用氣特點(diǎn)不同,需按照要求營(yíng)造出絢爛的噴火效果,比如瞬間大" />
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大型噴火項(xiàng)目用燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

更新時(shí)間:2012/4/23  來源:中國(guó)燃?xì)庠O(shè)備網(wǎng)  [收藏此信息]

1概述
  隨著我國(guó)燃?xì)馐聵I(yè)的快速發(fā)展,燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)在大型噴火項(xiàng)目中的應(yīng)用越來越廣泛。大型噴火項(xiàng)目用氣與居民用氣特點(diǎn)不同,需按照要求營(yíng)造出絢爛的噴火效果,比如瞬間大勢(shì)噴火、火勢(shì)頻繁變換、短時(shí)反復(fù)噴火、迅速熄火等,這就要求大型噴火項(xiàng)目用燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)必須能滿足供氣迅速、供氣頻繁、流量變換迅速、調(diào)壓穩(wěn)定等特殊要求。然而,由于國(guó)內(nèi)外有關(guān)噴火項(xiàng)目用燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范較少,噴火項(xiàng)目用燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用在一定程度上受到了限制。本文結(jié)合上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司近幾年在國(guó)內(nèi)外多個(gè)大型噴火項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)實(shí)踐,對(duì)大型噴火項(xiàng)目用燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討。
2噴火設(shè)備的用氣特點(diǎn)
    噴火設(shè)備通常由兩部分組成:點(diǎn)火系統(tǒng)、噴火系統(tǒng)。點(diǎn)火系統(tǒng)的作用是將噴火系統(tǒng)瞬時(shí)點(diǎn)燃,所以它的用氣量比較小,流量穩(wěn)定。噴火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,通常由噴火控制系統(tǒng)、燃?xì)夤苈废到y(tǒng)和噴火裝置3部分組成。噴火裝置的型式多樣,常見的有火炬、火柱、火盆和噴火槍等。
  ①瞬時(shí)大火勢(shì)
  瞬時(shí)大火勢(shì)在噴火表演中最常見。一般在開場(chǎng)時(shí),要將現(xiàn)場(chǎng)的氣氛調(diào)動(dòng)起來,所有的噴火裝置必須同時(shí)點(diǎn)燃,而且火勢(shì)要大,此時(shí)的瞬時(shí)用氣量非常大,通常為噴火裝置的峰值用氣量。但這樣的噴火持續(xù)時(shí)間并不長(zhǎng)(幾秒或幾分)。這種點(diǎn)火方式很容易造成調(diào)壓設(shè)備與噴火裝置之間的管路系統(tǒng)內(nèi)的壓力瞬時(shí)降低,影響噴火火勢(shì),甚至熄火。
  ②瞬時(shí)熄火
  噴火表演中的熄火通常有兩種形式,一種是火焰越來越小,逐漸熄滅,即緩慢熄火,其用氣特點(diǎn)是燃?xì)饬恐饾u降至最低,燃?xì)鈮毫ψ兓淮,比較穩(wěn)定;另一種是瞬時(shí)熄火,所有噴火裝置同時(shí)熄火,熄火時(shí)間很短,給人一種嘎然而止的感覺。瞬時(shí)熄火的用氣特點(diǎn)是將峰值用氣量在極短的時(shí)間內(nèi)(通常小于1 s)減至零,很容易造成調(diào)壓設(shè)備與噴火裝置之間的管路系統(tǒng)內(nèi)的壓力瞬時(shí)上升,甚至超壓。
  ③頻繁變換火勢(shì)
  噴火表演的另一種情況是頻繁點(diǎn)火、熄火和變換火勢(shì)。頻繁變換火勢(shì)使得噴火裝置的用氣量忽大忽小,極不均衡。火勢(shì)變換的頻率也非常高,一天之內(nèi)可能有幾十次。雖然火勢(shì)變換頻繁,但是燃?xì)夤⿷?yīng)系統(tǒng)的壓力必須穩(wěn)定,才能保證噴火的****效果。
3調(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
由于天然氣的成分比較單一,燃燒后的火焰顏色不絢爛,所以噴火設(shè)備使用的介質(zhì)多為人工煤氣,或添加了人工煤氣的其他介質(zhì)。因?yàn)槿斯っ簹庥幸欢ǖ母g性,所以噴火系統(tǒng)用調(diào)壓器必須耐腐蝕,其皮膜或易損件宜為含氟橡膠。
3.1  點(diǎn)火
    噴火裝置的點(diǎn)火瞬間用氣量很大,為保證調(diào)壓設(shè)備和噴火裝置之間的管路系統(tǒng)內(nèi)的壓力,不會(huì)因?yàn)樗矔r(shí)用氣量大而變得過低,必須對(duì)調(diào)壓器正確選型,并設(shè)置合理的下游管道容積。
    按照作用方式不同,燃?xì)庹{(diào)壓器可分為直接作用式調(diào)壓器和間接作用式調(diào)壓器。直接作用式調(diào)壓器響應(yīng)迅速,其通常的響應(yīng)時(shí)間小于3 s;而間接作用式調(diào)壓器雖在調(diào)壓精度方面優(yōu)于直接作用式調(diào)壓器,但響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。因此,在噴火項(xiàng)目中應(yīng)優(yōu)先選擇直接作用式調(diào)壓器。
  ②下游管道容積的設(shè)置
  下游管道容積是指調(diào)壓器出口與噴火裝置之間的管道容積。由于調(diào)壓器需要2~3 s的響應(yīng)時(shí)間才能將閥口全部打開,因此當(dāng)噴火裝置點(diǎn)火后,管道內(nèi)的燃?xì)庋杆傧,而調(diào)壓器此時(shí)未能完全響應(yīng),下游管道內(nèi)的壓力迅速下降。如下游管道容積過小,壓力會(huì)很快降至噴火設(shè)備的最低工作壓力,造成熄火。因此,必須在下游設(shè)置合適的緩沖管道容積。
    緩沖管道容積的設(shè)置通常有兩種方法:一種是過盈計(jì)算方法,需結(jié)合供氣電磁閥的開啟時(shí)間、噴火設(shè)備的用氣量、噴火設(shè)備的熄火壓力、調(diào)壓系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和調(diào)壓器的流量系數(shù)等綜合計(jì)算,并考慮一定的管道容積余量。另一種是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法,即在實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)際情況來驗(yàn)證管道容積是否能滿足使用要求。例如:在香港海洋公園大型噴火項(xiàng)目中,已知噴火設(shè)備的****用氣量為6 000 m3/h,受場(chǎng)地限制,噴火設(shè)備下游為長(zhǎng)30 m、公稱直徑為250 mm的緩沖管道。為驗(yàn)證此管道容積是否能滿足使用要求,特進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過在上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司閥門與調(diào)壓實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的模擬試驗(yàn),得到了調(diào)壓系統(tǒng)的出口壓力曲線,見圖1中的A、B段。
已知調(diào)壓系統(tǒng)上游的壓力為110 kPa,調(diào)壓系統(tǒng)出口壓力設(shè)定值為30 kPa。由圖2可知,試驗(yàn)開始時(shí)噴火設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài),此時(shí)管道內(nèi)的燃?xì)鈮毫?8 kPa(見A段);當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到16 s左右時(shí),噴火設(shè)備突然點(diǎn)燃,出口壓力陡降至15 kPa左右,之后壓力回升至30 kPa,調(diào)壓系統(tǒng)穩(wěn)定工作(見B段)。因此,我們可以判斷:如果噴火設(shè)備可以接受最低15 kPa的工作壓力,則30 m長(zhǎng)、DN 250 mm的緩沖管道可以滿足使用要求。
3.2熄火
    當(dāng)噴火結(jié)束且供氣電磁閥關(guān)閉后,調(diào)壓器仍會(huì)繼續(xù)供氣,下游管道內(nèi)的壓力會(huì)迅速上升,直至調(diào)壓器完全關(guān)閉。此時(shí)如果下游有足夠的管道容積,上升的壓力將不會(huì)太高。同樣可以采用過盈計(jì)算方法,結(jié)合供氣電磁閥的關(guān)閉時(shí)間、噴火設(shè)備的用氣量、噴火設(shè)備下次開啟時(shí)的****允許工作壓力、調(diào)壓系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和調(diào)壓器的流量系數(shù)等綜合計(jì)算管道容積,并考慮一定的管道容積余量。
  此外,也可以采用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法。仍以香港海洋公園大型噴火項(xiàng)目為例,調(diào)壓系統(tǒng)的出口壓力曲線見圖1中的C段。當(dāng)突然熄火時(shí),下游壓力迅速上升,僅經(jīng)過2 s就上升至71 kPa左右。由于該項(xiàng)目使用的供氣電磁閥只有在壓力低于50 kPa時(shí)才能正常工作,故必須將出口壓力降至50 kPa以下,才能保證噴火設(shè)備下次正常開啟。因此我們?cè)谡{(diào)壓系統(tǒng)的出口段設(shè)置了一個(gè)降壓裝置,將其壓力設(shè)定為43 kPa,該壓力既可以保證供氣電磁閥正常開啟,又可以保證不供氣時(shí)調(diào)壓器能處于關(guān)閉狀態(tài)。
3.3頻繁噴火
    頻繁噴火要求燃?xì)庹{(diào)壓器能反復(fù)啟閉。但是許多燃?xì)庹{(diào)壓器制造廠家不愿提供調(diào)壓器反復(fù)啟閉的可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù),因此很難判定所選調(diào)壓器是否能滿足反復(fù)啟閉的要求。在選擇燃?xì)庹{(diào)壓器時(shí),建議
選擇大型的燃?xì)庹{(diào)壓器制造廠家,并要求其提供調(diào)壓器反復(fù)啟閉可靠性試驗(yàn)報(bào)告,反復(fù)啟閉次數(shù)宜能達(dá)到30×104次以上。
3.4并聯(lián)均衡供氣
    通過多個(gè)噴火項(xiàng)目的工程實(shí)踐,我們發(fā)現(xiàn)采用雙路調(diào)壓器并聯(lián)調(diào)壓,既可實(shí)現(xiàn)大流量供氣,又可節(jié)約成本。
    雙路調(diào)壓器并聯(lián)調(diào)壓方式也在香港海洋公園大型噴火項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。其****用氣量為6 000 m3/h,如果采用單路調(diào)壓方式,調(diào)壓器的公稱直徑為200 mm。公稱直徑如此大的調(diào)壓器不但價(jià)格昂貴,而且供貨周期長(zhǎng),因此我們嘗試著采用雙路調(diào)壓器并聯(lián)調(diào)壓方式。通過計(jì)算得知,只需要2個(gè)DN100 mm的調(diào)壓器便可滿足****使用流量要求。為了判斷雙路調(diào)壓器是否可以均衡供氣,是否存在干擾,調(diào)壓精度能否保證,特進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
    為了測(cè)量雙路調(diào)壓器供氣時(shí)的閥口開度是否均衡,我們采用了激光測(cè)位儀,對(duì)調(diào)壓器的運(yùn)動(dòng)行程進(jìn)行同步測(cè)量。根據(jù)調(diào)壓器位置不同,分為并聯(lián)上調(diào)壓器和并聯(lián)下調(diào)壓器,并聯(lián)下調(diào)壓器隨噴火設(shè)備運(yùn)行的閥口開度見圖2,圖2與圖1在時(shí)間上相對(duì)應(yīng)。
  雙路調(diào)壓器并聯(lián)調(diào)壓的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。并聯(lián)上調(diào)壓器和并聯(lián)下調(diào)壓器的閥口開度基本相同。因此,當(dāng)出口壓力設(shè)置相同時(shí),采用并聯(lián)調(diào)壓,可以實(shí)現(xiàn)均衡供氣,調(diào)壓精度為5級(jí)。但雙路調(diào)壓器并聯(lián)凋壓方式并非所有品牌的調(diào)壓器均可實(shí)現(xiàn),必須得到試馬龠的有效驗(yàn)證后方可采用。
表1  雙路調(diào)壓器并聯(lián)調(diào)壓的試驗(yàn)數(shù)據(jù)
調(diào)壓器位置
流量/ (m3.h-1)
進(jìn)口壓力/ kPa
出口壓力/ kPa
閥口開度/ mm
調(diào)壓精度
并聯(lián)上
5 561
113
40.2
8.03
5級(jí)
并聯(lián)下
5 528
115
40.2
7.91
5級(jí)

4結(jié)論
  ①應(yīng)選擇直接作用式調(diào)壓器。
  ②應(yīng)按照最低的進(jìn)口壓力下滿足****的使用流量進(jìn)行調(diào)壓器公稱直徑選擇。
    ③燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)與噴火裝置之間應(yīng)設(shè)置合適的緩沖管道容積,采用過盈計(jì)算或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證方法。
    ④熄火后如調(diào)壓器出口壓力回升較高,可通過增大緩沖管道容積和設(shè)置降壓裝置的方式解決。
    ⑤應(yīng)選擇反復(fù)啟閉可靠性高的調(diào)壓器。
    ⑥選擇的調(diào)壓器要耐介質(zhì)腐蝕。
    ⑦當(dāng)流量較大時(shí),可采用并聯(lián)調(diào)壓的方式。
    ⑧宜能在項(xiàng)目投運(yùn)前進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證。
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