谈谈日本的两项管道燃气安全技术最新版.docx
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谈谈日本的两项管道燃气安全技术最新版
谈谈日本的两项管道燃气安全技术(最新版)
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(安全管理)
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谈谈日本的两项管道燃气安全技术(最新版)
导语:
做好准备和保护,以应付攻击或者避免受害,从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。
显而易见,安全是目的,防范是手段,通过防范的手段达到或实现安全的目的,就是安全防范的基本内涵。
十年以前去日本考察,看到过日本已经广泛应用的两项燃气安全技术。
由于当时这两项安全技术国内还没有应用,也没有看到国内文献和资料上的介绍,并且其作用原理非常巧妙,实用性很好,所以给我留下很深印象。
不过让我感到疑惑的是,至今也没有看到这种技术或产品在国内有多少应用,没有看到有仿制的产品,更没有看到国内文献上的介绍,不知是什么原因(当然也可能是有,而我孤陋寡闻,不知道)。
我并没有用过这种技术或产品!
也没有实际的经验,在这里只是把当年考察留下的记忆和后来看到的日本的一些产品介绍结合起来,做一分析和探讨,希望能给同行有所启示和借鉴。
这里不是做产品介绍,而是分析它的结构和工作原理。
所说的技术,一项是调压器的一种超压自动切断技术;另一项是燃气管道泄漏的一种侦测技术,都是专利技术。
这两种技术,是在日本赛山公司考察时,看到其应用情况的。
一、防超压的燃气调压器
目前,我们的城市燃气管网上,稍大一些调压设备,一般都装有超压切断装置,并且这些切断装置的结构和原理是相似的。
形式上,这些切断装置有独立设置的,切断设备串联在主调压器前端;也有复合式的切断装置,与调压器构成一个整体设备。
结构和原理是这样的:
一个压力感应部件、一个机械传动和锁定机构和一个切断管道的阀门;当压力感应部件感应到调压器输出端的压力超过上限,便会引发机械传动装置和锁定装置的动作,动作传递给阀门导致管道上的阀门关闭。
这种切断装的一个基本特性是:
一旦切断动作发生,就不会自动恢复,必须人工到现场进行操作,才能复位,使切断阀恢复到开启状态,才能恢复供气。
(我们现行的规范提倡使用这种方式的切断装置)
这里要介绍的防超压调压器,其切断装置的结构和原理与上述的完全不同。
结构上的不同,是切断装置与调压装置合为一体,切断装置与调压器公用同一个压力感应装置,只是增加了用于关闭气路的动作部件,结构更简单;原理上的不同,是它只是在调压器输出超压时切断气路,限制输出压力持续升高,而当超压的条件消失以后,它会自动恢复正常供气,不需要人员到现场进行复位操作,超压保护过程中不会中断对客户的燃气供应。
一种防超压调压器的外形,如图
(1)所示,看上去与普通调压器没有区别;内部的主要构造也与普通调压器基本一样,如图
(2)所示,只不过其中阀瓣和传动机构有差别。
参见图
(2),与普通调压器不同之处在于,它内部有两个装在同一阀杆上的阀瓣,并有两个同心的阀座,右面的一个阀瓣,是工作阀瓣或主阀瓣,用于调节输出压力;它的左面,是防超压阀瓣或辅助阀瓣,专门用作超压切断;结构上不难看出:
气路中两个阀瓣所构成的两个阀门之间呈串联关系,只要有一道阀关闭,就会切断气路;在气路走向上,先流过主阀瓣,再流过辅助阀瓣;两个阀的关闭动作不同步,顺序是主阀瓣在先,辅助阀瓣在后。
工作原理是:
正常工作状态下,当调压器输出压力达到设定供气压力的时,主阀瓣会自动保持一定的开启度,以保证一定压力和流量的气体输出,参见图(3);当用气流量减小时,工作阀瓣就会逐渐关小,以保持输出压力的稳定;当流量减小为零时,工作阀瓣就会完全关闭,抑制压力的继续升高,参见图(4);如果主阀瓣能够完全切断气路,辅助阀瓣就移动不到关闭位置,处于开启状态,辅助阀瓣不发挥任何的作用,参见图(4)。
但,如果工作阀瓣或阀座出现故障(被异物垫住或变形),导致主阀瓣的关闭不严,丧失关闭功能,那么当所有用户不用气时,管网内的压力就会持续升高,当这个异常的输出压力升高到设定的切断压力时(一般为设定出口压力的1.25倍),压力感应皮膜会继续向下移动,推动阀杆克服防超压弹簧的弹力,使辅助阀瓣也继续下移动,参见图(5),并逐渐关闭,切断气路,参见图(6)。
这时输出压力停留在设定的切断压力上不再升高,辅助阀瓣发挥了防止压力持续升高的作用。
只要用户不用气,管网压力不会下降,那么这种状态就会一直保持,参见图(6)。
当用气端开始用气时,供气管道中的燃气会逐渐流出,压力开始逐渐下降;当输出压力下降到切断压力以下时,压力感应膜开始向上移动,弹簧推动阀杆向上移动,带动辅助阀瓣也向上移动,使辅助阀瓣逐渐打开;随着供气流量的增加,压力感应膜会继续向上移动,通过阀杆带动主阀瓣也逐渐打开,进入工作状态。
这时辅助阀瓣完全停止工作,主阀瓣开始发挥调压作用,调压器进入了正常的工作状态,参见图(3)。
这里需要特别提出的是,经验和实验都证明,调压器阀瓣或阀座密封故障导致的关闭功能丧失,只影响调压器小流量或零流量状态下的调压性能,不影响正常流量下的压力调节功能。
这种切断装置的设计刚好利用了调压器的这个特点。
还有,正常工作状态下防超压阀瓣一直是常开的,阀瓣与阀座不接触,不发生开关动作,只有在故障状态下形成超压时,防超压阀瓣才发生动作,阀瓣与阀座磨损和挤压的机会很小;相反,主阀瓣在工作状态下,频繁发生开关动作,磨损和挤压很频繁。
因此,污物对防超压阀瓣和阀座产生损害的的概率远小于主阀瓣,或者说,防超压阀瓣的故障率远小于主阀瓣的故障率。
当有一个故障原因同时作用在两个阀瓣或阀座上时,主阀瓣会先于辅助阀瓣出现损坏。
从辅助阀瓣的工作原理我们知道,当辅助阀瓣关闭时,输出的压力是高于正常供气压力的,这是这种调压器使用上的一个外特征。
据此,我们可以通过记录输出压力,并定期观察分析压力记录,就能够发现主阀瓣的故障,如果出现了高于正常供气压力的记录,就可以断定主阀瓣已经有故障,应及时更换了,而此时并没有发生超压供气的危险。
从原理和结构上,不难看出这种切断装置设计上的针对性很强,主要针对调压器主阀瓣和主阀座的故障,而导致的输出压力异常升高。
为什么这种调节阀的设计者似乎忽略掉调压器的其他可能故障,而把不停止供气的切断功能作为重要的设计目标呢?
通过跟日本伊藤工机的技术人员的交流,我们找到了答案。
这要从提出这种调节阀的设计需求说起。
据了解,这种调压器是由日本东京瓦斯与伊藤工机合作研制的,设计需求实际上是由东京瓦斯提出的。
日本的燃气法规有一项安全规定,一旦停止供气,重新恢复供气前,服务人员必须进入每家用户,确认没有安全问题,才能进行恢复供气的操作。
东京瓦斯城市燃气管网系统中调压器数量以万计,以前也曾使用需要人工现场恢复的超压切断装置。
由于自动关闭后入户检查的大量人力需求,尤其是这种情况的突发性和随机性,让东京瓦斯疲于应付。
为了解脱这种突发性人力需求压力,东京瓦斯提出与伊藤工机合作,寻求技术上的解决方案,从而产生了新型调压器的研发需求。
技术研发人员对引发自动切断的调压器故障原因进行了全面的分析研究,得出了这样的结论:
调压器的故障超过80%是由燃气中的污物和杂质引起的;调压器超压切断故障则主要是由于污物对阀瓣或阀口的作用导致的,例如污物垫在阀瓣或阀口上、阀瓣受到污物的腐蚀变形或性能改变等;而阀瓣和阀口的这类故障,只是造成调压器的关闭压力失常,仅影响调压器小流量下的调压性能,并不影响正常流量下的调压性能;实际上超压故障都发生在用户不用气或用气量很小的情况下,正常流量情况下是不会发生超压的。
据此,产生了这种以防止超压为主要功能的新型防超压调压器的结构原形。
这种防超压调压器,最早在日本东京瓦斯应用,收到了预期效果。
其实,这种超压切断的机理早就有应用。
我曾看到过费舍尔调压器的一种组合用法,把两个带有外接取压管(一般把取压管接到本调压器的出口)的调压器串联,即一个调压器的出口接到另一个调压器的入口,而把两个调压器的取压管都接到后面一个调压器的出口,构成一个复合式调压器,前面调压器的设定压力高于后面调压器设定压力一个固定值。
在两个调压器都正常的工作状态下,前面调压器由于设定压力高而总是处于开启状态,调压作用由后面调压器承担。
当后面调压器出现故障,不能正常关闭时,出口管道压力的升高,会使得前面调压器进入工作状态,承担关闭的作用,防止超压发生。
不过,我看到的这种应用是在中压供气的情况下的,据说美国的安全规程要求向厂房供应中压燃气,必须采用这种组合式调压方式,以防超压供气。
显然,前面介绍的日本的防超压调压器或许可以看成这种组合式调压器的改进或简化。
这种防超压调压器还有一个特点,无需放散阀,因此室内安装使用比较方便。
那么,是不是这种切断方式就一定比我们常用的人工复位方式更好,并能取而代之呢?
不一定!
据了解在日本这两种方式同时在应用。
那么应该如何考虑这两种方式对应用环境的适用性呢?
我从以下几个方面,对这两种方式的不同特点作一分析和探讨:
1.设计的出发点不同。
手动复位切断的设计理念是,引起超压的原因是无法确定的,只要发生切断,必须有人来作出判断并排除故障以后,才能恢复使用;而上面介绍的自恢复切断方式,其设计理念是建立在多年经验基础上,认为引起超压的原因,在一定条件下是可以确定的,因而作出了有针对性的设计;
2.客户关系的不同,选择不同。
燃气供应商与客户的关系,也会影响切断方式的选择,比方说,调压站是由客户自行管理的,供气商会要求使用人工恢复的切断装置,以防不确定性危及安全。
而如果调压站是由供气商管理的,并且管理人员技术素质较高,辅助管理手段较强,那么就会选择自恢复式,以提高管理效率;
3.应用环境不同,选择不同。
调压站周边的环境差,不确定因素多,人工恢复方式宜被选择;反过来,周边环境没有或很少有意外发生的可能,更容易选择自动恢复式;
4.负荷特性不同,选择不同。
连续用气,流量波动小的负荷,自动恢复方式的保护效果不突出,更容易选择人工恢复式;
5.停气影响不同,选择不同。
停气的影响很大或损失很大,而又有其他辅助手段抑制超压的发生,那么选择自动恢复更有利。
6.特别需要,也可以考虑双重选择,就是两种同时使用,在防超压调压器的前面加装人工复位式的切断装置,将人工复位切断装置的切断压力设定为高于自动切断压力一定值,那么绝大多数的超压是由自动复位方式保护的,不会停气,极特殊的情况下才会发生切断停气。
从以上介绍和分析我认为,这种超压切断技术不仅适合日本,我们的燃气系统也适用。
二、燃气管道泄漏的侦测方法
地下燃气管道的大量泄漏,很容易侦测,因为管道泄漏点周围有明显的物理特征,如空气中有一定量的燃气成分,或有明显的气味和响声等,使用一般的检测仪器,甚至靠感官就可以发现泄漏位置。
然而少量甚至微量的地下燃气管道泄漏,则还很难侦测。
日本伊藤工机和矢崎两家公司合作研发了一种方法和相关的设备,比较好地解决了小流量泄露的侦测问题。
这种方法基于以下原理:
1、假如我们知道某一供气区域上的用户都停止了用气,而我们又侦测出给该区域的供气管道上的燃气流量不为零,那我们就可以断定燃气管道产生了泄露;
2、一个特定区域上的燃气用量是随机变化的,一天当中有高峰时段,有低峰时段,还有的时段流量可能为零(比如深夜)。
供气区域越大(户数越多),一天当中出现零流量时段的机会越小,反之越大。
但在一段较长的时间(例如一个月),如果一个供气区域管道没有泄露,则出现零流量的机会是很大的;
3、假如我们能够知道,一个供气区域,在一个周期内(如一个月),出现供气流量为零的次数,那么我们就可以在不停止供气的条件下,对地下管网泄漏情况作出判断:
当流量为零的次数不为零,则可以断定该管网当前没有泄漏,反之有泄漏的可能。
以上原理给我们一个启示,只要能够给出一个可以接受的周期,允许在这个周期内来判断某个供气区域的管网是否有泄漏(而不是马上),那么,就可能通过侦测供气管道零流量的方法,来判断地下管道的泄漏情况。
运用这个原理,日本已经实现了管道泄漏的自动监测,伊藤工机制造出了专用设备,它的工作原理介绍如下:
这个装置与区域燃气调压箱装在一起,如图(7)所示,在调压箱的主调压器管路上并联一个辅助管道,辅助管道上装有一个很小的子调压器,和一个具有自动记录功能的泄漏检测装置,泄漏监测装置的核心部件是一个流量计,监测流经子调压器的燃气流量。
子调压器的额定流量与主调压器相比非常小,但子调压器的设定压力要高于主调压器一定值。
在主调压器正常供气流量下,子调压器对主管路的供气压力和流量的影响完全可以忽略;但是当供气流量很小,以致主调压器接近关闭时(总流量小到进入了子调压器的额定流量范围),子调压器的输出压力高,会迫使主调压器关闭;这时管网的全部供气实际上已经由子调压器来承担,也就是监测装置的流量计检测到的流量是全部的供气流量。
因此,监测装置侦测和记录辅助管道上的零流量,就是管网的零流量。
这种方法,能够准确可靠地捕捉到供气的零流量状态。
这里的子调压器和监测装置都是专门设计制造的,泄漏监测装置内由四部分组成,主要部分是监测传感器,包括一个流量计,和一个压差传感器;其次是一个智能装置,就是一个微电脑;第三是一个电磁阀;再就是显示和报警部分。
流量计是关键部件,监测流过子调压器的流量;压差传感器用于监测主调压器与子调压器输出压力之差,是判断泄漏的辅助部件;微电脑用于记录数据并作出判断,输出监测信息;电磁阀有微电脑控制,可切断子调压器的通路,进行功能试验,或在不需要的时段关闭监测气路,延长监测装置的使用寿命和可靠性。
使用过程大概是这样,装置被设置并启动以后,每隔一定周期(一般是一个月),技术人员到现场(当然也可以借助通讯网络)读出显示和报警情况,判断管道是否有泄漏,然后进行复位操作,进入下一个监测周期。
当然这只是基本原理,为了提高设备的可靠性,和监测的准确性,它还有一些附加功能、具体特点和使用细节,这里不再介绍,有兴趣可以去找厂家的资料。
与传统的地下管道检漏方法相比,这种方法的工作效率和准确性大为提高。
目前我们采用的方法是,按一定周期,通过人工或检漏机械,在埋设地下管道的地面上方(或打探孔),监测空气中的燃气含量,来判定管道是否泄漏,问题是检查之前检查人员并不知道所检查区域地下管道是否有泄漏,检查带有很大的盲目性。
如果采用上面所介绍的方法,则是首先定期对各个供气区域进行漏气的判断(通过设在调压箱的设备),然后只对已经发现或怀疑漏气的区域进行地面捡漏(用传统方法),直至找到泄漏点的位置为止。
值得重视的是,它明显的改进在于,查找地下管道泄漏位置之前,检查人员是知道该区域地下管道有漏点地,是有的放矢。
显然,这样可以减少大量的无效劳动,能够准确及时地发现管道泄漏,集中人力加快寻找特定区域内的漏点,既能节省管理成本,又能提高管网的安全管理水平。
其实在这个原理之下,可以有多种方法实现管道泄漏的侦测。
作为例子,在这里我们设计一个简单的,靠人工而不是用专门设备的侦测方法:
在一个供气区域的调压站上,在每天的用气最低峰(如凌晨3:
00前后),把总阀门关闭一段时间(如1小时),然后通过压力表观察和记录这段时间管网压力的下降值。
经过一段时间后(如一个月),我们对这些观察记录的结果进行分析,就可以对该区域的管道是否有泄漏做出判断。
当然,这个例子只是进一步阐明原理,不是提倡“土法”。
三、结束语
九十年代开始,在我国涌现的管道液化气发展大潮,汹涌澎湃的过去了。
这个发展过程,恰逢我国改革开放,给我们带来了大量发达国家的新技术新设备和安全服务的新方法,让我们与发达国家的距离拉近了;也给我们带来了先进的制造技术,我们的燃气设备的制造能力提高了;让我们完成了从无到有,由少到多的初步技术积累;在给人们生活带来方便的同时,大大促进了燃气事业的发展,让我们燃气行业的技术、能力和规模都有了很大的提高。
但当我们静下心来,回顾这段发展经历,在自豪和满足之余,恐怕都会不无遗憾的看到一些问题。
我们自认为复制了的发达国家的技术,复制了的发达国家的方法,和发达国家的制造,但为什么达不到或者不能完全达到发达国家的效果?
漏失率(或供销差率)为什么难以下来?
劳动效率为什么难以上去?
安全事故为什么还在频发?
为什么我们的燃气汽车老出故障?
为什么…?
难道,我们在向发达国家学习的过程中,从引进技术设备中,忽略了什么?
我想我们可能忽略了许多细节。
本文所介绍的两项燃气安全技术或许是被我们同行忽略了的细节?
前面介绍的两项技术所要解决的问题,在我们的工作中都存在着,我们也有应对的方法,但也许没有日本同行们做得那么“细”。
本文试图在“细”上下点功夫,努力对这两项技术做了剖析,挖掘其中的细节,希望同行们能够有所收获,能够有所借鉴。
但由于笔者眼界、经验和习惯所限,难免存在缺陷和不足,难免还是不自觉的陷入了“粗”的习惯当中。
燃气事业今后新的发展阶段,我们是不是应该把我们认为已经从发达国家学会了的东西,回过头来梳理一遍,再学习一遍,从中找一找细节,在巩固和提高中或许还能激发我们的创新灵感和创新热情!
我想,这大概是我们今后要走的路。
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