Надёжность блочного пункта редуцирования газа определяется не столько качеством отдельного регулятора давления, сколько тем, как подобраны и расставлены регулятор, регулятор-монитор, предохранительный запорный клапан (ПЗК) и предохранительный сбросной клапан (ПСК), а также тем, как ступенчато согласованы их уставки. Регулятор поддерживает выходное давление в нормальном режиме, а защита от превышения давления — задача отдельных, независимых устройств. Если это разделение зафиксировано с самого начала, пункт получается одновременно безопасным и не создаёт лишних остановов подачи.
Эта страница посвящена только функции снижения и поддержания давления. Датчики давления и температуры на блоке редуцирования служат для контроля и сигнализации, а не для коммерческого учёта. Пункты, где редуцирование совмещено с учётом газа или с подогревом, рассматриваются на отдельных страницах.
Где применяются блоки редуцирования
Блоки редуцирования устанавливают везде, где давление газа нужно снизить с уровня сети до значения, допустимого для потребителя или следующей ступени сети: на линиях подачи газа к котлам и горелкам, технологическим печам, во внутриплощадочных сетях промышленных зон, на переходах между ступенями давления в распределительной сети и на вводах предприятий, где учёт организован на отдельном узле. В Европе функциональные требования к проектированию, материалам, строительству, испытаниям и эксплуатации пунктов редуцирования в сетях транспорта и распределения газа устанавливает EN 12186; стандарт распространяется на пункты с максимальным рабочим давлением на входе не более 100 bar. Для небольших установок на газопроводах-вводах действует отдельный стандарт EN 12279.
Регуляторы прямого действия и с пилотным управлением
В регуляторе прямого действия мембрана или поршень воспринимает выходное давление и непосредственно перемещает затвор, преодолевая усилие пружины. Конструкция проста и быстро реагирует, поэтому её широко применяют при малых и средних расходах, однако с ростом расхода выходное давление заметно проседает. В регуляторе с пилотным управлением небольшой пилот отслеживает выходное давление и задаёт управляющее давление на привод основного клапана. Такая схема точнее держит давление в широком диапазоне расходов и типична для больших производительностей, но пилотный контур сильнее зависит от чистоты и сухости газа.
Требования к конструкции, функционированию, испытаниям и подбору регуляторов давления газа, использующих в качестве управляющей энергии сам транспортируемый газ без внешнего источника, приведены в EN 334. Стандарт вводит, в частности, класс точности и класс давления закрытия; нужные классы выбирают исходя из того, насколько потребитель чувствителен к колебаниям давления. Промышленные регулирующие клапаны в эту область не входят и оцениваются отдельно.
Цепочка защиты от превышения давления
При отказе регулятора выходная сторона может оказаться под полным входным давлением (отказ в открытом положении) либо остаться без газа (отказ в закрытом положении). Некоторые производители прямо указывают, что их регуляторы не предназначены для использования в качестве предохранительных устройств. Поэтому, если расчётное давление за пунктом ниже максимального входного, добавляют независимые защитные элементы:
· Регулятор-монитор: Устанавливается последовательно с рабочим регулятором и контролирует то же выходное давление, но настроен немного выше. Если рабочий регулятор отказывает в открытом положении, давление растёт до уставки монитора, и тот берёт регулирование на себя, не прекращая подачу газа потребителю.
· Предохранительный запорный клапан (ПЗК): В нормальном режиме открыт и автоматически и полностью перекрывает поток, когда контролируемое давление превышает заданное значение; может быть настроен и на срабатывание при падении давления. Требования к таким устройствам для входного давления до 100 bar приведены в EN 14382. После срабатывания ПЗК, как правило, взводят вручную на месте.
· Предохранительный сбросной клапан (ПСК): Сбрасывает газ в атмосферу, ограничивая небольшие повышения давления, например рост давления за регулятором из-за негерметичности затвора при нулевом расходе. Полнопроходный сброс означал бы выброс большого объёма газа, что во многих регионах недопустимо по экологическим соображениям, поэтому ПСК обычно рассматривают как дополнительный, а не основной элемент защиты.
Уставки выстраивают лесенкой: рабочий регулятор, затем ПСК, затем монитор и выше всех ПЗК. Если значения расположены слишком близко, два регулятора могут одновременно пытаться регулировать, что приводит к неустойчивости, а небольшие колебания вызывают ложные срабатывания. Конкретные значения определяются расчётным давлением сети за пунктом и применимым стандартом или требованиями эксплуатирующей организации.
Резервный монитор или рабочий монитор
В классической схеме монитор в нормальном режиме полностью открыт, а весь перепад срабатывает рабочий регулятор. Схема проста, но то, что долго бездействующий монитор действительно отработает при необходимости, подтверждается только периодическими проверками. В схеме с рабочим монитором (working monitor) на первый регулятор устанавливают второй пилот, и перепад давления делится на две ступени. Оба регулятора постоянно работают, нагрузка распределяется, неисправности выявляются раньше, а двухступенчатое снижение давления помогает уменьшить шум. Расположение монитора до или после рабочего регулятора выбирают с учётом удобства обслуживания и условий потока.
Компоновка линий и резервирование
Если потребитель не допускает перерывов в подаче, редуцирование обычно выполняют двумя параллельными линиями, каждая со своим ПЗК, монитором и рабочим регулятором. Пока одна линия отключена на обслуживание или остановлена после срабатывания защиты, вторая продолжает подачу. Небольшое различие уставок позволяет одной линии работать как основной, другой как резервной. Однолинейная схема остаётся разумным выбором для небольших потребителей, которым допустим короткий перерыв на время обслуживания.
Критерии выбора и проектирования
Параметр | Почему важен при проектировании | Влияние на выбор |
Минимальное и максимальное входное давление | Пропускной способности должно хватать при минимальном входном давлении; максимальное определяет класс давления | Типоразмер регулятора, класс фланцев, диапазоны защитных устройств |
Выходная уставка и допустимое отклонение | Горелкам и оборудованию нужно давление в узком диапазоне | Регулятор прямого действия или с пилотом, класс точности |
Минимальный, номинальный и максимальный расход | Важны и устойчивость на малых расходах, и пропускная способность на больших | Диаметр регулятора, необходимость параллельных линий |
Отношение давлений | Высокое отношение увеличивает шум, скорость и охлаждение газа | Одна или две ступени, малошумная арматура, оценка необходимости подогрева |
Расчётное давление за пунктом | Определяет, нужна ли цепочка защиты и с какими уставками | Схема монитора, ПЗК и ПСК |
Допустимость перерыва подачи | Решает, должна ли подача сохраняться при отказах и обслуживании | Одна или две линии, предпочтительный режим отказа |
Чистота газа | Пилотные контуры и уплотнительные поверхности чувствительны к частицам | Тип фильтра и контроль перепада давления |
Ограничения по шуму и размещение | Шум важен вблизи жилой застройки и ультразвуковых расходомеров | Ограничение скоростей, диаметр выходного трубопровода, малошумная арматура |
Шум, скорость потока и охлаждение
При больших отношениях давлений скорость газа в регуляторе и выходном трубопроводе растёт, а вместе с ней акустический шум и вибрация трубопровода. Существует малошумная внутренняя арматура, но она снижает пропускную способность регулятора, и это нужно учесть при подборе. Часть шума регулятора лежит в ультразвуковом диапазоне и может мешать работе расположенных рядом ультразвуковых расходомеров, поэтому, если на объекте есть ультразвуковой учёт, взаимное расположение регулятора и расходомера и расстояние между ними определяют в самом начале проектирования. Кроме того, редуцирование охлаждает газ; отдельно оценивают, создаёт ли это охлаждение риск гидратообразования или обмерзания, и при необходимости выбирают решение с подогревом.
Участие TLY Enerji
В проектах блочных пунктов редуцирования TLY Enerji может оказать инженерную поддержку при анализе схемы регуляторов и защитных устройств по технологическим данным, поставке арматуры и приборов, системной интеграции, монтаже на объекте, испытаниях и пусконаладке. Подключение сигналов контроля к ПЛК или SCADA и техническая поддержка после пуска планируются в зависимости от объёма проекта. Состав работ согласуется на основе технического задания.
Исходные данные для оценки
· Минимальное и максимальное входное давление, требуемое выходное давление и допустимая полоса отклонения
· Минимальный и максимальный расход потребителя, возможные резкие изменения нагрузки
· Расчётное давление трубопроводов и оборудования за пунктом
· Допустимая длительность перерыва подачи и потребность в параллельных линиях
· Температура газа, данные о влажности и загрязнениях
· Куда может отводиться сбрасываемый газ и местные экологические ограничения
· Генплан площадки, ограничения по шуму, наличие поблизости ультразвукового расходомера
· Применимый стандарт или технические требования газораспределительной организации
Связанные решения
· Пункты редуцирования и учёта газа (RMS / PRMS): Когда редуцирование и учёт объединены в одном пункте у потребителя.
· Блоки подогрева, редуцирования и учёта газа: Управление охлаждением и риском гидратообразования при большом перепаде давления.
· Газораспределительные станции (City Gate): Многоступенчатое редуцирование на границе магистральной и распределительной сетей.
· Блоки фильтрации и учёта газа: Фильтрация, защищающая регуляторы и пилотные контуры от загрязнений.
Вопросы о блоках редуцирования
Защищает ли регулятор сам по себе от превышения давления?
Нет. Регулятор поддерживает выходное давление в нормальном режиме, а при внутренней неисправности может остаться открытым. Если расчётное давление за пунктом ниже максимального входного, нужны независимые защитные устройства: регулятор-монитор, ПЗК и при необходимости ПСК. Конкретная комбинация определяется применимым стандартом и требованиями эксплуатирующей организации.
Чем регулятор-монитор отличается от ПЗК?
Монитор ограничивает давление при отказе рабочего регулятора, но поток газа сохраняется, и потребитель продолжает получать газ. ПЗК при превышении уставки полностью перекрывает поток и обычно остаётся закрытым, пока его не взведут вручную. На многих пунктах применяют оба устройства: монитор как первую линию защиты, ПЗК как последнюю.
Почему ПСК не рассчитывают на полную пропускную способность регулятора?
Сбросной клапан, способный пропустить весь поток при отказе регулятора в открытом положении, выбросил бы в атмосферу очень большой объём газа, что нежелательно и с точки зрения безопасности, и с точки зрения выбросов. Поэтому во многих схемах ПСК небольшой и справляется лишь с незначительным ростом давления, а основную защиту обеспечивают монитор и ПЗК. Окончательное решение зависит от применимого стандарта.
Почему на блоке редуцирования нет коммерческого учёта?
Блок редуцирования предназначен для управления давлением. Его датчики давления и температуры служат для контроля и сигнализации и не определяют количество газа для расчётов. Если учёт нужен, строят отдельный узел учёта либо объединяют редуцирование и учёт в одном пункте; во втором случае положение расходомера относительно регулятора оценивают с точки зрения шума и искажений потока.