Регулятор давления газа

Регулятор давления газа является разновидностью регулирующей арматуры. Она работает автономно, не запускаясь от сторонних механизмов, постоянно поддерживая давление газа внутри трубопровода. Важно, чтобы давление не превысило критические нормы, а лучше всего, чтобы оно оставалось стабильным. При этом низкое давление сделает подачу газа невозможной. Аналогию можно провести с напором воды. Если напор становится слишком маленьким, будет проблематично воспользоваться краном, потому что из него будет течь маленькая струйка. Однако в отличии от воды, газ взрывоопасен, поэтому давление в трубах всегда необходимо поддерживать на определенном уровне.

Газ среднего или высокого давления, подаваемый в регулятор, проходит через зазор между рабочим клапаном и седлом, редуцируется до низкого давления и поступает к потребителям. Импульс от выходного давления по трубопроводу поступает из выходного трубопровода в подмембранную полость регулятора и на отключающее устройство. При повышении или понижении выходного давления сверх заданных параметров фиксатор, расположенный в отключающем устройстве, усилием на мембрану отключающего устройства выводится из зацепления, клапан перекрывает сопло, и поступление газа прекращается. Пуск регулятора в работу производится вручную после устранения причин, вызвавших срабатывание отключающего устройства.

При помощи газовых регуляторов управляется гидравлический режим функционирования газораспределительной системы. Регуляторы давления газа, будучи полностью автоматическими, выполняют поддержание одного уровня давления газа в точке импульса, не глядя на то, каким бы интенсивным не было его потребление. В процессе регулировки начальное газовое давление, будучи гораздо более высоким, понижается до конечного давления — гораздо более меньшего. Достигается это за счёт автоматического изменения величины открытия дросселя газового редуктора. При этом, как следствие, происходит автоматическое изменение гидравлического сопротивления, оказываемого проходящему через регулятор газовому потоку.

Регулировка давления газа заключается в уменьшении изначально высокого давления. Такие перепады возможны благодаря наличию в механизме дроссельной заслонки. Когда она открывается, газ проходит более интенсивно, по мере закрывания пропускные возможности также уменьшаются.

Газовый регулятор, будучи полностью автоматическим, включает в себя регулирующий орган и исполнительный механизм. Главной частью его механизма исполнения служит чувствительный элемент, проводящий сравнение сигналов от задатчика и текущих показаний величины давления, подлежащего регулированию. Данный механизм производит преобразование командного сигнала непосредственно в регулирующее воздействие, а также в требуемое перемещение подвижного блока регулирующего органа, используя для этого энергию рабочей среды. Таковой энергией может являться энергия, протекающего через газовый редуктор газа, или же энергия от какого-либо внешнего её источника, как-то, например, сжатого воздуха, электрическая или гидравлическая.

Регулирующая арматура — это трубопроводные шланги, с помощью которых регулируются показатели рабочей среды. В понятие регулирования входят несколько отдельных позиций.

• Расход потребляемого материала будет отличаться. Чем больше прикрыты дроссельные заслонки, тем меньшая проходимость у основного механизма.
• Регулирующая арматура позволяет удерживать рабочее давление в необходимых пределах. Если не будет механизма удержания единого уровня, придется постоянно проводить технические манипуляции. Именно механизм поддержания позволяет сохранить стабильную среду.
• Несколько сред иногда могут быть смешаны в единую, например, если идет речь о смешении нескольких газов для создания единой идеального содержания массы. Чтобы рабочая масса была нужного качества, необходимо соблюсти пропорции, какого вещества в каком количестве нужно.

Регуляторы делятся на два основных типа: «до себя» и «после себя». Разница заключается в месте расположения контролируемой точки. Газораспределительные пункты включают в себя все типы оборудования и устройства для понижения входного давления до необходимого уровня, а также поддержания заданных параметров вне зависимости от уровня потребления газа. Газораспределительные пункты работают только с регуляторами типа «после себя».

Рабочий процесс

Регулятор состоит из двух основных механизмов: регулирующего и исполнительного компонентов. Основная часть оснащена особым исполнительным компонентом, который позволяет сравнивать показания газового датчика с фактическими показателями. Если показатели значительно превышают норму, то датчик подает центральному блоку управления сигнал, после которого дроссельные заслонки прикрываются настолько, насколько требует процесс снижения давления. Подвижная часть регулирующего органа, за счет активной окружающей среды, которая может быть, собственно, газом, сжатым воздухом, просто гидравликой, запускает исполнительный механизм, который перекрывает дроссели.

Дроссельные устройства регуляторов давления — 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.

Характер работы регулятора зависит от так называемого перестановочного усилия. Если оно большое, то он управляет регулирующим органом самостоятельно. Данный тип регуляторов называют «прямого действия». Они имеют задатчик давления в виде пружины, иными словами называемый пружинным регулятором. Также силу выходного давления может определять рабочая среда, вернее ее энергия. Сигнал, который будет подавать датчик прибора, называется пилотом, а сам прибор — пилотным.

Регуляторы давления делятся на три типа. Первые два являются самыми популярными.

• Работа астатического типа связана с усилием, с которым груз давит на мембрану. Мембрана оказывает обратное давление. Если отбор газа увеличится, давление сети будет уменьшаться. Силовой баланс нарушается, мембрана уходит вниз, открывается регулирующий клапан. Данный тип прибора способен привести давление к изначальной отметке вне зависимости от того, насколько велика нагрузка и какое имеет положение регулирующий орган. Система будет в равновесии только тогда, когда достигнет заданного значения. При этом регулирующий орган может находиться в любом положении. Астатические приборы применяются в сетях с большой степенью самовыравнивания, например, крупных разводках газовых сетей.
• Статический тип определяется стабилизацией процесса. Благодаря им неустойчивое регулирование, наличие люфтов, трение резко сокращаются. Статическое равновесие всегда будет отличаться от изначально заложенной величины, и только номинальная нагрузка, оказываемая на фактическое значение давления, становится равной просто номинальному. Груз в данном случае заменяется пружиной, которая стабилизирует весь механизм. Пружина оказывает силу, пропорциональную ее деформации, а когда регулирующий орган закрыт, пружина наиболее сильно сжата.
• Изодромный регулятор при изменении давления, которое нужно отрегулировать, сначала перемещает регулирующий орган на другую величину.

Редукторы применяются практически повсеместно, где есть газ. Неважно, это устройства, работающие на горючих (метан, водород), или инертных (гелий, азот) газах. Типичной сферой применения считается редуктор газового баллона, называемый в быту «лягушка».

Сфера применения

Автомобилисты сталкиваются с данным типом оборудования, когда решают перевести свое авто на газ. Сжиженный или сжатый газ в данном типе систем также направляется на редуктор пропан-бутановой смеси, после чего поступает в карбюратор или инжектор.

Газовые редукторы часто применяются в промышленных целях. Зоны перехода от крупных магистралей к локальным требуют достаточно сильного понижения давления. Тут редукторы уже более масштабного типа.

Практически все редукторы устроены очень похоже. Отличаются они зачастую только размерами деталей, конструктивным исполнением. РД состоит из нескольких компонентов.

• Датчика, осуществляющего непрерывный мониторинг текущей позиции регулирующей величины. Он подает сигналы регулирующему устройству. За состоянием датчика нужно постоянно следить. Если он выйдет из строя, нарушится система оповещения. Без оповещения системы о грядущих неполадках, она не сможет отрегулировать впоследствии давление до нужного уровня, либо не среагирует вовремя.
• Задатчик вырабатывает сигнал определенного заданного значения определенной величины, которую можно отрегулировать. Задатчик передает показания регулирующему устройству.
• Регулирующее устройство производит математические подсчеты и перераспределяет текущее и заданное значения регулируемой величины. Именно он подает сигналы тревоги исполнительному механизму.
• Исполнительный механизм преобразует командный сигнал в регулирующее воздействие, перемещает соответствующий орган за счет энергии рабочей среды.

Редким случаем повышения давления «после себя» являются процессы, которые происходят при помощи специальных компрессоров. Данный тип компрессоров называется газовыми бустерами. РД контролирует импульсы, которые приводят впоследствии к увеличению давления. Эластичный затвор (мембрана) разделяет среду и регулирующий орган. Так как регулятор является частью большой высоконагруженной системы, всегда необходимо прежде всего рассматривать работу системы в целом.

РД с интегральным законом регулирования в случае изменения расхода газа создает колебательный режим, обусловленный самим процессом регулирования. При изменении расхода газа разность между первоначальным и заданным значениями выходного давления увеличивается до тех пор, пока количество газа, проходящее через регулятор, меньше нового расхода и достигает своего максимума, когда эти значения сравняются. В этот момент скорость открытия регулирующего отверстия максимальна. Но на этом регулирующий орган не останавливается, а продолжает открывать отверстие, пропуская газа больше, чем требуется, и выходное давление, соответственно, тоже повышается. В результате этого получается ряд колебаний около некоего среднего значения, при котором постоянный режим (как в случае статического регулятора) никогда не будет достигнут.