燃气管道输送常用主要设备最新版.docx
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燃气管道输送常用主要设备最新版
燃气管道输送常用主要设备（最新版）
Safetymanagementisanimportantpartofproductionmanagement.Safetyandproductionareintheimplementationprocess
（安全管理）
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燃气管道输送常用主要设备（最新版）
备注说明：
安全管理是生产管理的重要组成部分，安全与生产在实施过程，两者存在着密切的联系，存在着进行共同管理的基础。
燃气管道经常采用的主要设备介绍如下：
一、分离除尘器
气体中的杂质会加速管道及设备的腐蚀，降低管道的输送效率，因此对管输天然气中的杂质必须除去。
在输气管道的首站、中间站、调压计量站、配气站等处安装分离除尘器，保证输出的气体含尘不超过规定要求。
常用的分离除尘器有旋风除尘器、重力分离器、循环分离器和分离过滤器等。
1．旋风分离器如图2-4，气体从切线方向进入分离器后回转运动，由于气体和杂质的质量不同，所产生的离心力亦不同，质量较重的杂质被抛到外圈沿器壁聚积，由于重力和气流的带动向下运动，由排污口排出，质量较轻的气体则在内圈形成一股旋风上升，从排气管排出。
图2-4旋风分离器的原理示意图
2．重力分离器含有液滴和固体粒子的气流进入分离器后，由于气流突然减速，并同时改变气流方向，在惯性、离心以及重力的综合作用下，对大量的杂质进行了初级分离。
随即气流进入了分离器的沉降分离段，在此阶段较小的液、固粒子在其自身的重力作用下从气体中分离。
为了增进沉降分离的效果，有的分离器在结构上加了“百叶窗”式导流板等，以促进液粒凝聚和沉降。
另外在分离器上段设有捕雾器或分离头，以除去雾状液体和固体微粒。
在分离器下部应有足够的储液容积，并设有液位检测计和排液装置。
见图2-5和图2-6。
图2-5重力分离器工作原理示意图
图2-6捕雾器原理示意图
A—碰撞B—改变方向C—改变流速
3．循环分离器常用的旋风分离器经改进后发展成循环分离器，它分两个有效分离段。
第一段，所有自由液滴及大部分夹带在气体中的液体靠离心力使其抛出。
第二段，夹在气体中的少量液体采用加大离心力的方法使其抛出。
这种分离器也叫内流式循环分离器，此处内流即向心流，指的是全部气流流向中央，如同在旋涡中心那样，见图2-7。
流体通过切向接管进入分离器，气流沿着入口室旋转，然后它沿着光滑套筒与外壳之间下移进入旋流室。
液体借离心作用被甩到旋流室壁上。
仍在旋转的气体经折流挡板向管中心会聚，其速度增加并进入排气管。
此时残存在快速气旋中的液体抛向排气管内壁，并沿着壁被气体扫向气体出口。
然后此液体连同总气量约10％的气体支流，通过管壁上的空隙被吸出，进入循环管线后由挡板的中心孔返回进入旋流室。
其吸力来自于旋涡中心的低压区。
从循环管线来的液体和侧流气体进入旋流室以后，立即与快速旋转着气体相混合，液体再次被抛向管壁，此时已脱液的主气流继续向上，越过缝口从排气管排出。
设计的循环分离器形式见图2-8。
图2-7循环分离器
图2-8循环分离器
4．组合离心式分离器图2-9为组合离心式分离器的示意图。
带液气体进入分离器后首先进行一级分离，经旋流发生器产生离心力，将液滴甩向器壁并在器壁处积聚。
液滴在重力作用和气体向下运动的带动下，流入一级储液室，然后气体沿环形空间向上流，进入螺道进行一级分离。
气体经螺道产生高速旋流，将剩余的液沫有效地脱除。
分离出的液沫在器壁处积聚并下流至二级储液室。
液体中夹带的微量气体经文丘里—伯努利管嘴返回气体出口管。
这种分离器的分离效率为99%，能在较宽的操作压力和流量范围内进行有效地分离。
气液两相无反向流动，可防止液体的再飞散。
一、二级分离出的液体分段集聚和排出，避免了因两级的压差而导致的液体串流飞溅。
这种分离器体积小。
5．过滤分离器它主要由圆筒形玻璃过滤原件和不锈钢金属丝除雾网组成，其结构示意图见图2-10。
过滤分离器是一分成两级的压力容器。
第一级装有一可更换的玻璃纤维模压滤芯（管状），该滤芯安装在几根焊接在管板上的支座上，而管板则分隔一、二级分离室，设有一块快开封头，以便安装与更换滤芯。
第二级分离室装有金属丝网（或叶片式）的高效液体分离装置。
图2-9组合离心式分离器结构原理示意图
1—进口2—锥形导流器3—导叶4—环形通道5—螺道6—锥头7—文托利管8—出口9—支撑板
10①，10②—一级液位感测器接口11——级手动放液口12①，12②—二级液位感测器接口
13—放涡板14—二级手动放液口15—螺道外筒16—圆环17①，17②—定心块
图2-10过滤分离器结构图
储液罐也分成两个单独的分离室，以防两级间的气体串流，故需两套控制设备。
液面计、液位控制器和排污必须单独配管。
在容器上设有三个测压管嘴。
一个设在第一级上，另两个设在第二级上，即在分离装置之前和其后。
或者在一、二级分离室各设一个，在原料气的进出管上各设一个测压管嘴。
压力降是操作者惟一的指示，为便于清洗或更换过滤元件，在容器上装设一只精密的差压计是很重要的。
要过滤的气体进入一级分离室的容器内，大于或等于10μm的固体与游离液滴，不能进入滤芯，而留在滤芯外边，这些液滴聚集在一起排至容器的底部，并由排液管进入储液罐。
有些固体颗粒被液体冲下来，其余颗粒仍留在滤芯外边形成一种滤饼。
操作期间由于气流的脉动，这种滤饼常堆集并碎落到容器的底。
留在滤芯上的固体会堆积起来提高压力降，故一级分离室需放空（达到规定的压力降时）进行清扫，以提高其效率。
玻璃纤维过滤元件属于深（厚）层过滤。
气体中的固体微粒和液滴在流过过滤层弯弯曲曲的通道时，不断与玻璃纤维发生碰撞，每次碰撞都要降低其动能，当动能降低到一定值时，所有大于或等于1μm的固体微粒就粘附在玻璃纤维的过滤层中，滞留在玻璃纤维中的固体微粒的粒径随着过滤层的深度逐渐减小。
而气体中的液滴也会逐渐聚集聚成较大的液滴，这是由于玻璃纤维和粘接剂（酚甲醛）之间存在有电化学相容性，提供了微小液滴聚结成大液滴的有利条件。
随着更多的液滴被分离，液滴因其表面相互吸引而凝聚和结合成大的液滴，当这些聚集起来的液滴比进入过滤层前增大100～200倍时，重力与气体通过过滤层摩擦阻力使这些液滴流出过滤层，进入滤芯的中心，而被带进容器的第二级。
由于液滴具有这样大的尺寸，所以它们迅速地被二级分离装置分离出，排至容器的底部，通过排液管进入储液罐。
这种过滤元件不是根据一定的流量和流速来达到脱除微粒的目的，因此这种过滤分离器的操作弹性范围大，在50％负荷时仍能达到满意的分离效果。
而且这种深层过滤所脱除的固体微粒和液滴的粒径，要比离心式、重力式及表层过滤器小许多倍。
只是玻璃纤维过滤元件尚须进行处理，使液滴不能浸润纤维，而让分离出的液体以液珠的形式附着在过滤元件上。
否则，当玻璃纤维浸湿之后，静电力要下降。
气体经过滤元件后，进入不锈钢金属丝网除雾器，进一步脱除微小液滴，来达到高的脱除效率。
其作用是基于带有雾沫或雾滴的气体，以一定的流速所产生的惯性作用，不断地与金属表面碰撞，由于液体表面张力而在金属丝网上聚结成较大的液滴，当聚集到其本身重力足以超过气体上升的速度力与液体表面张力的合力时，液体就离开金属网而沉降。
因此当气体速度显著地降低时，就不能产生必要的惯性作用，其结果导致气体中的雾沫漂浮在空间，而不撞击金属丝网，于是得不到分离。
如果气体速度过高，那么聚集在金属网上的液滴不易脱落，液体便充满金属丝网，当气体通过金属丝网时又重新带入气体中。
由于除雾器是气、液两相以一定的流速流动而得到分离的方法，所以不管操作压力多大，设计的除雾器元件均能保持一个相当稳定的压力降。
在最大流速时，其压力降约为1kPa。
二、阀门
阀门是燃气管道中重要的控制设备，用以切断和接通管线，调节燃气的压力和流量。
燃气管道的阀门常用于管道的维修，减少放空时间，限制管道事故危害的后果，关系重大。
由于阀门经常处于备而不用的状态，又不便于检修。
因此对它的质量和可靠性有以下严格要求：
严密性好。
阀门关闭后不泄漏，阀壳无砂眼、气孔，必须严密。
阀门关闭后如果漏气，不仅造成大量燃气泄露，造成火灾、爆炸等危险，而且还可能引起自控系统的失灵和误动作。
因此，阀门必须有出厂合格证，并在安装前逐个进行强度试验和严密性试验。
阀门属于易损零部件，应有较长寿命，因为燃气管道投产后，只有待管道停输和排空时才能对阀门检修，而且时间有限。
如在管道运行期间，密封处或易损件发生问题，燃气管道的生产安全受到威胁，往往会导致停气。
强度可靠。
阀门除承受与管道相同的试验与工作压力外，还要承受安装条件下的温度、机械振动和自然灾害（如地震、地裂带）等各种复杂的应力。
阀门断裂事故会造成巨大的损失。
耐腐蚀。
阀门中的金属材料和非金属材料应能长期经受燃气的腐蚀而不变质。
阀门是具有可靠的大扭矩驱动装置，应开关迅速，动作灵活。
与管道通孔。
天然气干线的阀门全开时，阀孔通道的直径与管道的内径相同且吻合。
阀孔上的任何缩小或扩大都可能成为清管器的障碍，并会积存污物，导致清管器卡住和阀门的损伤。
1．干线切断阀为了便于管道的检修，缩短放空时间，减少放空损失，限制管道事故危害的后果，输气干线上每隔一定距离，需设置管道切断阀。
在某些特别重要的管段两端（铁路干线、大型河流的穿跨越）也应设置切断阀。
施工期间干线切断阀可用于线路的分段试压。
干线切断阀的间距通常以管线所处地区重要性和发生事故时可能产生的灾害及其后果的严重程度而定，这种间距通常为20～30km。
靠近重要交通线，城镇和工厂的地区不能超过25km，山区、旷野可保持25～30km。
由于人口密度和其他国情的不同，世界各国对此间距的规定互有差异。
输气管道干线切断阀虽然关系重大，却长期处于备而不用的状况，且不便于检查维修。
因此，对它的质量和工作可靠性有以下严格要求：
（1）有良好的严密性干线切断阀如果漏气，不仅造成大量燃气损失，出现火灾的危险，而且还可以引起自控系统的失灵和误动作。
（2）易损零件有较长的寿命管线投产后干线阀门只有待管道停输和排空的时候才有进行内部检修的机会，而且时间有限。
如在管道运转期间，密封系统或其他部分的易损件发生问题，输气管道的生产安全会受到很大威胁，这种情况往往会导致管道的停输。
（3）强度可靠切断阀除承受与管道相同的试验和工作压力外，还要承受安装条件下的温度，机械振动和自然灾害（如地震）等各种复杂的应力。
切断阀的断裂事故将造成成倍于管道断裂事故的损失。
（4）耐腐蚀阀门上的金属和非金属材料应能长期经受气体所含各种成分的腐蚀而不变质。
（5）具有可靠的大扭矩驱动装置干线切断阀一直处于全开装态，需要动作时，往往面临发生事故的紧急状况。
为了保证动作的可靠性，它要有较大裕量的驱动扭矩。
高压大口径切断阀已不能用直接的或机械减速的手动方式开关，这种方式更不能达到干线切断阀紧急关闭所需要的速度，干线切断阀的驱动方式应能在短时间内最短时限小于1min完成阀门的关闭和开启动作。
（6）与管道通孔阀门全开时，阀孑L通道的直径应与管道的内径相吻合。
阀孔上的任何缩小或扩大都可能成为清管器的障碍，并且还会积存污物，导致清管器卡阻和阀门的损伤。
（7）可自动控制干线切断阀一般与管理人员住地有一定距离。
发生事故时，需要阀门能按照感测到的信号（压差和流量的剧变）和预定的程序自动关闭。
干线切断阀通常采用球阀和平板阀（通孔板式闸阀）两种类型（图2-11）。
图2-11干线切断阀的类型
a）球阀b）平板阀
1—阀体2—阀体盖3—短节4—阀心5—上阀杆6—下阀杆
7—阀座与密封圈8—轴承9、10—密封油注入口11—阀杆
12—密封填料13—传动机构14—平行闸板
（1）球阀球阀的球形阀心上有一个与管道内径相同的通道，将阀心相对阀体转动90°，就可使球阀关闭或开启。
球心上下有阀杆和滑动轴承。
阀座密封圈采用高分子材料（尼龙、聚四氟乙烯等，这些材料的性能对比见表2-9），阀座与球心配合形成密封。
阀体与球心为铸铁结构。
球阀按阀心的安装方式分为浮动式与固定式，浮动结构的密封座固定在阀体上，球心可自由向左右两侧移动，这种结构一般用于小口径球阀。
关闭时，在介质压力作用下，球心向低压移动，并与这一侧的阀座形成密封。
这种结构属于单面自动密封，开启力矩大。
固定结构与浮动结构相反，它把阀心通过上下阀杆和径向轴承固定在阀体上，而令阀座和密封圈在管道和阀体腔的压差作用下（或采用外加压力的方式），紧压在球体密封面上。
它可以实现球体两侧的强制密封。
固定结构动作时，球体上的介质压力由上下轴承承受，外加密封压力还可暂时卸去，因此启动力矩小，适用于高压大口径球阀。
表2-9几种非金属阀座密封圈材料的性能对比
指标
尼龙
聚四氟乙烯（加充料）
丁腈橡胶
关系的阀门性能
摩擦系数（对钢）
0.32～0.37
0.08～0.10
随时间增大
动作灵活性
耐磨性
1
2
3
密封性和使用寿命
耐油气性
2
1
3
使用寿命
蠕变强度
1
2
3
机械强度
抗拉强度
1
2
3
机械强度
耐热温度/℃
120～150
150～200
60～80
工作温度
耐冷温度/℃
-200
-250
-40～-50
工作温度
耐老化性
2
1
3
使用寿命
硬度
105～115HR
D57～59HS
A65～100HS
密封性
伸长率（%）
10～60
280
450～550
密封性
注：
表中1，2，3为该项指标高低顺序。
（2）平板阀是一种通孔闸阀，闸门的两面平行。
闸门的下方有一个与管径相同的阀孔，阀门开启时升起，与阀体和管道形成一个直径相连续的通道。
闸板与阀座保持密封。
密封圈采用非金属材料，镶嵌在阀座上。
开关的全部行程上它始终在阀板上滑动，工作可靠，密封效果比金属对金属的闸阀好，关闭后形成单面自动密封。
大口径平板阀的阀体采用钢板焊接结构。
球阀与板阀相比，结构复杂，体积和宽度大，但高度较低。
球阀的动作力矩大，时间短。
它们都具有全启时压力损失小，可以通过清管器和适于制成高压大口径规格等优点，目前在气体管道上均被大量采用。
球阀则以其开关速度快、密封条件好著称，近年来结构上有很多发展。
干线切断阀的驱动方式有电动、气动、电液联动和气液联动等类型，各种驱动装置上往往同时配有手动机构以备基本驱动机构失灵时使用。
（3）干线切断阀的安装，见图2-12。
图2-12干线切断阀的安装方式
1—管道2—加强圈3—放空阀4—弯头5—放空管6—切断阀
7—围墙8—压力计9—连接圈10—三通11—地坪12—放空立管13—管口装置
干线切断阀应安装在地势较高，交通方便，符合排放条件的地点。
大口径阀一般与管道置于同一水平。
明设时需修建阀室，阀室地坪低于管底，便于检查，但有进出和操作不便，阴湿和通风不良等缺点。
目前许多大口径干线切断阀只把操作部分留在地面上，阀体则随管道埋入地下，场地上只修围墙和大门。
2．旋塞阀旋塞阀广泛用于小管径的燃气管道，动作灵活，阀杆旋转90°即可达到完全启闭的要求，可用于关断管道，也可以调节燃气量。
根据密封方法不同分为无填料和有填料旋塞。
无填料旋塞是利用阀芯尾部螺栓的作用，使阀芯与阀体紧密接触，不致漏气。
这种旋塞只允许用于低压管道上。
填料旋塞是利用填料填塞阀体与阀芯之间的间隙而避免漏气。
这种旋塞可用在中压管道上。
油密封旋塞阀见图2-13油密封保证阀芯的严密性，提高抗腐蚀能力，减小密封面的磨损，并使阀芯转动灵活。
润滑油充满在阀芯尾部的小沟内，当拧紧螺母时，润滑油压入阀芯上特制的小槽内，并均匀地润滑全部密封表面。
图2-13燃气用油密封旋塞阀
1—送油装置2—指针3—单向阀4—O形密封圈5—轴承6—阀塞7—阀体8—阀塞调整装置9—阀塞法兰盖10—传动装置11—吊环
图2-14为铸铁法兰油密封旋塞，其工作压力小于0．6MPa。
图2-15为钢制直通式法兰油密封旋塞阀，其工作压力较高；钢制直通式法兰旋塞有手动和气动两类。
3.蝶阀蝶阀分为手动蝶阀、电动蝶阀与气动蝶阀，见图2-16。
可以单独操作或集中控制，体积小、重量轻、结构简单，容易拆装和维护，90°开关迅速，操作扭矩小，可以达到完全密封。
三、调压器
调压器的类型很多，常用的有：
1.中低压调压器这种调压器进、出口压力较低，主要用于输配系统的配气站向用户供气，也可供工业用户（如化工厂的装置和热处理的炉头）的天然气的压力控制，它的型号和系列见表2-10。
图2-14铸铁法兰润滑旋塞阀
图2-15直通式法兰润滑旋塞阀
（KCP型压力为Ps=1．6MPa）
图2-16蝶阀
a）手动蝶阀b）电动蝶阀c）气动蝶阀
表2-10IMJ-54/43/321～8K系列
井口压力p1
/MPa
0.05～1.6
出口压力p2
/MPa
0.01～1.2
公称通径/mm
DN25
DN50
DN100
DN150
DN200
额定流量/（m3
/h）
40～400
80～2000
500～8000
1000～16000
稳压精度（%）
±5
适用介质
天然气、液化石油气等
2．高中压调压器这种调压器进、出口压力较高，适用于干线的分输站、储备站的一级调压或向二级站和工厂供气、控制输出压力的场合。
它的型号和系列见图2-17、2-18及表2-11、表2-12。
图2-17TZ-4．0系列调压器
图2-18TZ-L4.0/F6.4系列调压器
表2-11TZ-4.0系列
井口压力p1
/MPa
1.6～4.0
出口压力p2
/MPa
0.8～2.8
公称通径/mm
DN25
DN50
DN100
额定流量/（m3
/h）
50～500
200～2500
1000～10000
稳压精度（%）
±5
适用介质
天然气、液化石油气等
表2-12TZ-L4.0/F6.4系列
井口压力p1
/MPa
0.8～4.0/6.4
出口压力p2
/MPa
0.1～5.0
公称通径/mm
DN25
DN50
DN100
额定流量/（m3
/h）
40～600
200～2800
1000～12000
稳压精度（%）
±5
适用介质
天然气等
四、安全阀
安全阀是管道避免超压，保证人身安全的关键设备，必须符合要求，按规范进行生产，并经检验、测试合格后方能使用。
常用的几种：
1．弹簧式安全阀弹簧式安全阀按其阀盘升起高度的不同可分全启式和微启式两种。
若以h表示阀盘开启高度，d0表示阀通道截面直径，则：
全启式：
h≥1/4d0
微启式：
1/4d0>h≥1/40d0
微启式安全阀泄放量小，全启式泄放量大，回座性能好。
故在输气站上应选用全启式安全阀。
弹簧全启式安全阀在阀瓣式阀座处设有调节圈，供作调整开启高度或流量用。
全启式弹簧安全阀见图2-19。
2．先导式安全泄压阀先导式气体安全泄压阀与传统的弹簧式安全阀相比，无论在技术上还是在管理上都有明显的优越性，其关键是弹簧直接感测压力为压力传感器（即先导阀）感测压力，提高了阀的灵敏度和精度，主阀采用笼式套筒阀芯和软密封结构，确保阀芯起跳后正确复位和关闭严密，且可不须拆卸，直接在工艺装置或管道上进行定压调校，减轻维护、检测的劳动量。
因无泄漏及过量排放，从而减小了天然气排放损失。
（1）产品结构图2-20、图20-21为先导式安全泄压阀结构图。
（2）作用原理当进口压力处于在设定压力之下，则导阀和均处于无泄漏的关闭状态（如图2-20、图2-21）。
当进口压力上升，高于设定起跳压力，导阀阀口开启，促使主阀阀芯打开，超压介质迅速排放。
图2-19A42Y型弹簧全启式安全阀
图2-20先导式安全阀安装示意图（中、低压）
当进口压力降回到设定压力，导阀阀口关闭，主阀也随之而严密关闭。
五、补偿器
架空燃气管道由于燃气及周围环境温度变化引起管道长度的变化，会产生巨大的应力，往往导致管道损坏，故需设补偿器。
地下燃气管道，
图2-21先导式安全阀结构及安装示意图（高、中压）
由于燃气及周围的土壤温度变化很小，可不设补偿器。
但是为了安装、更换阀门方便和保护阀门，在阀井中阀门旁应安装补偿器。
当考虑基础沉陷与地裂带错动等原因引起的位移时也要设置补偿器。
在燃气管道上，常用波形补偿器，见图2-22波形补偿器应顺气流方向安装，因为补偿器中的套管一端与连接短管焊接，而另一端可自由伸缩，装反后，当输送燃气时，（特别是吹扫管道时）灰尘会从连接短管与套管之间的间隙中进入波带内（波带内常不装沥青，是空的），影响自由伸缩。
在阀井中应按气流方向在阀门的下侧设置波形补偿器，以便于阀井中的阀门等附件安装与拆卸。
补偿器常设于架空管道、过桥管、高层建筑室外燃气立管。
由于温差引起的管道长度变化，由下式计算
△l=α△tl（2-1）
式中△l——管道的伸长量（m）；
α——管道的线膨胀系数（m/m℃），其数值见表2-13；
图2-22波形补偿器
l——管道长度（m）；
△t——温差（℃），架空管道在太阳直晒的情况下计算温差取80℃，架设在桥梁上的管道计算温差取60℃。
表2-13各种管材的线膨胀系数[m/（m·℃）]
管道材料
α
管道材料
α
普通钢
12.0×10-6
黄钢
13.4×10-6
碳素钢
11.7×10-6
紫铜
16.4×10-6
镍钢
13.1×10-6
铸铁
10.4×10-6
镍铬钢
11.7×10-6
聚氯乙烯
70.0×10-6
不锈钢
10.3×10-6
当管道两端固定时，温度应力为：
σ=Eδ（2-2）
式中σ——温度应力（MPa）；
E——弹性模数（MPa），钢材取为2．1×105MPa；
δ——管道的相对变形，
。
常用的补偿器有自然补偿器、方型补偿器、套筒式补偿器和波形补偿器等。
1.自然补偿器自然补偿器是简单方便的补偿设施，见图2-23。
自然补偿器短臂的计算方法如下：
（1）L型补偿器的短臂长度计算：
图2-23自然补偿器
式中l——L型补偿器的短臂长度（m）；
△L——L型补偿器长臂的热伸缩量（mm）；
D——管道外径（mm）。
（2）Z型补偿器的短臂长度计算：
式中l——Z型补偿器的短臂长度（m）；
△t——计算温差（℃）；
E——材料弹性模量（MPa）；
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