Hộp điều chỉnh áp suất khí là gì?

Trong hệ thống phân phối khí tự nhiên, quản lý áp suất không phải là tùy chọn. Đó là một yêu cầu kỹ thuật cơ bản. A hộp điều chỉnh áp suất khí là một vỏ bọc được lắp ráp sẵn chứa các bộ phận điều chỉnh áp suất, thiết bị an toàn và giao diện đo sáng trong một bộ phận được bảo vệ duy nhất. Nó tiếp nhận khí áp suất cao từ nguồn cung cấp chính và cung cấp khí ở áp suất ổn định, thấp hơn cho thiết bị sử dụng cuối. Đối với người quản lý mua sắm, nhà thầu và kỹ sư hệ thống, việc hiểu thiết bị này ở cấp độ kỹ thuật là điều cần thiết để có được thông số kỹ thuật chính xác và độ tin cậy lâu dài của hệ thống.

Chức năng cốt lõi và nguyên tắc hoạt động

Nhiệm vụ hàng đầu của một hộp điều chỉnh áp suất khí là để giảm và ổn định áp lực cung cấp ở thượng nguồn đến áp suất phân phối ở hạ lưu được xác định trước. Áp lực thượng nguồn trong mạng lưới phân phối đô thị áp suất trung bình thường dao động từ 0,1 MPa đến 0,4 MPa. Thiết bị dân dụng cuối cùng thường yêu cầu áp suất phân phối từ 1.000 Pa đến 3.000 Pa. Hộp điều chỉnh phải khắc phục sự chênh lệch này một cách an toàn và liên tục trong các điều kiện dòng chảy thay đổi.

Điều chỉnh áp suất hoạt động như thế nào

Bộ điều chỉnh bên trong vỏ sử dụng cơ chế màng và lò xo. Khi nhu cầu hạ lưu tăng lên, màng ngăn sẽ lệch và mở chân van, cho phép nhiều khí đi qua hơn. Khi nhu cầu giảm, lực lò xo sẽ ​​đóng chân van lại. Vòng phản hồi này duy trì áp suất đầu ra trong dải dung sai xác định, thường cộng hoặc trừ 5% điểm đặt, như quy định trong EN 334 đối với bộ điều chỉnh áp suất khí.

Các thành phần chính bên trong hộp điều chỉnh áp suất khí

Một đơn vị được cấu hình đầy đủ tích hợp nhiều yếu tố chức năng. Mỗi thành phần phục vụ một vai trò xác định trong việc kiểm soát áp suất, an toàn và giám sát. Việc lắp ráp điển hình bao gồm:

• Van bi đầu vào: Cung cấp cách ly thủ công nguồn cung cấp ngược dòng để bảo trì hoặc tắt khẩn cấp.
• Bộ lọc hoặc bộ lọc: Loại bỏ các hạt và mảnh vụn đường ống trước khi khí đi vào bộ điều chỉnh. Hầu hết các thiết bị sử dụng phần tử lưới 50 micron hoặc mịn hơn.
• Bộ điều chỉnh áp suất: Yếu tố kiểm soát cốt lõi. Nó làm giảm áp suất ngược dòng đến áp suất phân phối cần thiết bằng cách sử dụng van dẫn động bằng màng ngăn.
• Van đóng sập (SSV): Một thiết bị an toàn tự động đóng lại ngay lập tức nếu áp suất đầu ra vượt quá hoặc giảm xuống dưới giới hạn đặt trước. Nó yêu cầu thiết lập lại thủ công sau khi kích hoạt.
• Van cứu trợ: Xả áp suất dư thừa ra khí quyển nếu bộ điều chỉnh tăng áp quá mức cho đường hạ lưu, ngăn ngừa hư hỏng thiết bị.
• Đồng hồ đo áp suất hoặc máy phát: Giám sát cả áp suất đầu vào và đầu ra trong thời gian thực. Máy phát điện tử cho phép tích hợp SCADA từ xa.
• Van bi đầu ra: Cho phép cách ly hạ lưu mà không làm ảnh hưởng đến nguồn cung cấp ngược dòng.

Linh kiện và chức năng của hộp điều chỉnh áp suất khí

Bảng dưới đây mô tả từng thành phần chính với chức năng kỹ thuật của nó và tiêu chuẩn hoạt động liên quan thường được tham chiếu trong các thông số kỹ thuật mua sắm.

Hộp điều chỉnh áp suất khí và van giảm áp

Hai thuật ngữ này đôi khi được sử dụng thay thế cho nhau trong các tài liệu mua bán phi kỹ thuật, nhưng chúng mô tả các cấp độ lắp ráp khác nhau. Van giảm áp (PRV) là một thiết bị một dòng. A hộp điều chỉnh áp suất khí là một hệ thống hoàn chỉnh kết hợp PRV cùng với các bộ phận an toàn, cách ly và giám sát bên trong vỏ bọc chịu được thời tiết. Sự khác biệt rất có ý nghĩa đối với thiết kế hệ thống và tuân thủ quy định.

Tiêu chuẩn vật liệu và vỏ bọc

Thân vỏ thường được chế tạo từ thép mạ kẽm, thép không gỉ hoặc polyester gia cố bằng sợi thủy tinh (FRP). Lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào môi trường lắp đặt, độ sâu chôn lấp và tuổi thọ dự kiến.

Yêu cầu về hộp điều chỉnh áp suất khí ngoài trời

Một Vỏ hộp điều chỉnh áp suất khí ngoài trời phải đáp ứng nhiều yêu cầu đồng thời. Nó phải chống lại tác động cơ học, sự xâm nhập của hơi ẩm, sự suy thoái của tia cực tím và chu trình nhiệt. Ở hầu hết các thị trường châu Âu, vỏ bọc phải đáp ứng cấp bảo vệ tối thiểu IP44 theo tiêu chuẩn IEC 60529. Các mô hình ngầm hoặc bán chôn yêu cầu IP67 trở lên. Tại các thị trường Bắc Mỹ, xếp hạng NEMA 3R hoặc NEMA 4X quy định mức độ bảo vệ tương đương. Các lỗ thông gió phải có kích thước phù hợp để ngăn chặn sự tích tụ khí độc hại đồng thời loại trừ côn trùng và nước. Cửa có thể khóa là bắt buộc trong hầu hết các mã công nghiệp và tiện ích.

Hộp điều chỉnh áp suất khí cho khí tự nhiên: Kịch bản ứng dụng

A hộp điều chỉnh áp suất khí for natural gas phục vụ các vai trò hệ thống khác nhau tùy thuộc vào cấp áp suất và khối lượng khí được cung cấp.

Sử dụng dân dụng và thương mại

Tại điểm vào tòa nhà, một thiết bị nhỏ gọn thường xử lý tốc độ dòng chảy từ 6 m3/h đến 25 m3/h và giảm nguồn cung cấp áp suất trung bình (0,1 đến 0,4 MPa) xuống phân phối áp suất thấp (2.000 Pa). Các thiết bị này được gắn trên các bức tường bên ngoài hoặc đặt vào các hốc trên mặt đất. Họ phải tuân thủ các quy định an toàn khí đốt địa phương như EN 12007-3 ở Châu Âu hoặc NFPA 54 ở Bắc Mỹ.

Hệ thống đường ống công nghiệp

Các trạm điều tiết cấp quận lớn hơn xử lý lưu lượng vượt quá 500 m3/h và có thể kết hợp dự phòng tàu kép, mô-đun đo từ xa và vỏ bọc được sưởi ấm để vận hành trong điều kiện khí hậu lạnh. Các hệ thống này kết nối với mạng SCADA và cung cấp dữ liệu lưu lượng và áp suất liên tục cho các trung tâm điều khiển mạng.

Yêu cầu lắp đặt hộp điều chỉnh áp suất khí

Việc lắp đặt đúng sẽ xác định cả hiệu suất an toàn và tuổi thọ sử dụng. Các yêu cầu sau đây áp dụng trên hầu hết các khung pháp lý và phải được xác minh dựa trên quy tắc kỹ thuật của cơ quan quản lý khí đốt địa phương trước khi mua sắm lần cuối:

• Giải phóng mặt bằng từ các nguồn đánh lửa: Hầu hết các quy định đều yêu cầu khoảng cách tối thiểu 1 mét với bảng điện, đồng hồ đo và thiết bị ngọn lửa hở.
• Thông gió: Các khu vực bao quanh phải cung cấp thông gió tự nhiên hoặc cơ học tương đương với ít nhất 1% thể tích khu vực bao quanh mỗi giờ để ngăn chặn sự tích tụ khí.
• Hỗ trợ và căn chỉnh đường ống: Đường ống vào và ra phải được đỡ độc lập để tránh ứng suất cơ học lên mặt bích của thân bộ điều chỉnh.
• Kiểm tra áp suất trước khi vận hành: Tổ hợp hoàn chỉnh phải vượt qua bài kiểm tra rò rỉ ở mức 1,5 lần áp suất vận hành tối đa cho phép (MAOP) đối với mỗi mã đường ống hiện hành.
• Yêu cầu truy cập: Cửa bao vây phải mở hoàn toàn mà không bị cản trở. Khoảng trống tối thiểu 600 mm ở phía trước tủ là tiêu chuẩn trong các thông số kỹ thuật tiện ích.
• Nối đất và liên kết: Vỏ kim loại và tất cả các thành phần kim loại bên trong phải được liên kết điện với hệ thống nối đất của tòa nhà hoặc đường ống theo tiêu chuẩn IEC 60079-14 hoặc tương đương.
• Chống ăn mòn cho các khối chôn dưới đất: Vỏ bọc ngầm yêu cầu bảo vệ catốt hoặc hệ thống phủ được xếp hạng để chôn trực tiếp theo NACE SP0169 hoặc tương đương.

Danh sách kiểm tra mua sắm dành cho người mua B2B

Đối với các nhà phân phối và nhà thầu tìm nguồn cung ứng với số lượng lớn, các tiêu chí kỹ thuật sau phải xuất hiện trong mọi yêu cầu báo giá (RFQ) hoặc thông số mua hàng:

• Xếp hạng áp suất đầu vào và đầu ra: Chỉ định áp suất đầu vào tối đa cho phép (MAIP) và áp suất đặt đầu ra yêu cầu với dải dung sai.
• Công suất dòng chảy (Qmax): Nêu lưu lượng thiết kế lớn nhất tính bằng m3/h ở điều kiện tiêu chuẩn (0 độ C, 101,325 kPa).
• Kích thước và tiêu chuẩn kết nối: Chỉ định kích thước mặt bích, xếp hạng (ví dụ: DN50 PN16) và tiêu chuẩn bề mặt (ví dụ: ASME B16.5 hoặc EN 1092-1).
• Dấu chứng nhận: Yêu cầu đánh dấu CE với số cơ quan được thông báo cho thị trường EU hoặc chứng nhận AGA/CSA cho chuỗi cung ứng Bắc Mỹ.
• Xếp hạng IP hoặc NEMA bao vây: Nêu rõ lớp bảo vệ tối thiểu cần thiết cho môi trường lắp đặt.
• Cài đặt ngắt van đóng sập: Xác định ngưỡng ngắt áp suất cao và áp suất thấp và xác nhận loại đặt lại thủ công hoặc tự động.
• Giấy chứng nhận vật liệu: Yêu cầu chứng chỉ vật liệu EN 10204 3.1 cho các bộ phận chịu áp lực trong dịch vụ khí chua hoặc áp suất cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Hộp điều chỉnh áp suất khí thường xử lý phạm vi áp suất nào?

Hầu hết các đơn vị dân cư và thương mại đều chấp nhận áp suất đầu vào từ 0,01 MPa đến 0,4 MPa và cung cấp áp suất đầu ra trong khoảng từ 1.000 Pa đến 10.000 Pa. Các đơn vị công nghiệp có thể xử lý áp suất đầu vào lên tới 1,6 MPa hoặc cao hơn. Cấp áp suất cụ thể được dán trên bảng tên bộ điều chỉnh và phải phù hợp với áp suất thiết kế đường ống. Luôn kiểm tra áp suất vận hành tối đa cho phép trước khi lắp đặt.

2. Hộp điều chỉnh áp suất gas cần được bảo trì bao lâu một lần?

Hầu hết các quy định về tiện ích và công nghiệp đều yêu cầu kiểm tra hàng năm chức năng của van đóng và van giảm áp. Các phần tử bộ lọc phải được kiểm tra 12 tháng một lần và thay thế khi áp suất giảm trên bộ lọc vượt quá 0,5 kPa trong điều kiện dòng chảy bình thường. Bảo dưỡng toàn bộ, bao gồm kiểm tra màng ngăn và chỗ ngồi, thường được lên lịch từ 3 đến 5 năm một lần, tùy thuộc vào chất lượng khí và giờ hoạt động.

3. Sự khác biệt giữa cấu hình bộ điều chỉnh hoạt động và bộ điều chỉnh giám sát là gì?

Trong cấu hình màn hình, hai bộ điều chỉnh được lắp nối tiếp. Thiết bị ngược dòng (màn hình) được đặt cao hơn điểm đặt làm việc một chút. Trong điều kiện bình thường, bộ điều chỉnh hoạt động hạ lưu sẽ kiểm soát áp suất. Nếu bộ điều chỉnh hoạt động không mở được, màn hình sẽ tự động hoạt động, ngăn chặn tình trạng quá áp của hệ thống hạ lưu. Cấu hình này được yêu cầu trong nhiều mã tiện ích cho các trạm huyện có áp suất trung bình đến cao.

4. Hộp điều chỉnh áp suất khí có thể được sử dụng cho các loại khí khác ngoài khí tự nhiên không?

Đúng. Các thiết bị được thiết kế cho dịch vụ khí đốt tự nhiên thường có thể được điều chỉnh cho khí hóa lỏng (LPG), khí sinh học và các loại khí nhiên liệu không ăn mòn khác bằng cách thay đổi bộ đàn hồi bên trong và bộ lò xo. Tuy nhiên, chứng nhận ban đầu chỉ áp dụng cho loại khí được ghi trên bảng tên. Sử dụng thiết bị không thuộc loại khí đã được chứng nhận mà không được chứng nhận lại là vi phạm quy định ở hầu hết các khu vực pháp lý. Luôn xác nhận tính tương thích của vật liệu và chứng nhận lại nếu thành phần khí thay đổi.

Tài liệu tham khảo

• Ủy ban Tiêu chuẩn hóa Châu Âu. EN 334: Bộ điều chỉnh áp suất khí cho áp suất đầu vào lên đến 100 bar . CEN, Bruxelles.
• Ủy ban Tiêu chuẩn hóa Châu Âu. EN 14382: Thiết bị an toàn cho các trạm và hệ thống điều chỉnh áp suất khí - Thiết bị ngắt an toàn áp suất khí cho áp suất đầu vào lên đến 100 bar . CEN, Bruxelles.
• Ủy ban Tiêu chuẩn hóa Châu Âu. EN 12007-3: Cơ sở hạ tầng khí đốt - Đường ống cho áp suất vận hành tối đa lên đến và bao gồm 16 bar, Phần 3: Yêu cầu chức năng cụ thể đối với thép . CEN, Bruxelles.
• Hiệp hội phòng cháy chữa cháy quốc gia. NFPA 54: Mã khí đốt quốc gia . NFPA, Quincy, MA.
• Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế. IEC 60529: Cấp độ bảo vệ được cung cấp bởi vỏ bọc (Mã IP) . IEC, Genève.
• NACE quốc tế. SP0169: Kiểm soát ăn mòn bên ngoài trên hệ thống đường ống kim loại ngầm hoặc chìm . NACE, Houston, TX.