(2)球墨鑄鐵的連接方式低壓燃氣管道鑄鐵管道的連接,廣泛采用機械接口的形式。
543.塑料管塑料管是近年來發展快、用途廣的一種管材。它具有耐腐蝕、質輕、流體流動阻力小、使用壽命長、施工簡便、可盤卷、抗拉強度大以及管網運行管理容易且費用低廉等一係列有點。但其剛性比鋼管低,經劇烈碰撞容易斷裂。
(1)塑料管的分類塑料管按其原材料的不同分為聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚丁烯、ABS管等,經過不斷地實踐與淘汰,適用於輸送燃氣的塑料管主要是聚乙烯(Polyeth-ylene簡稱PE)管。
(2)聚乙烯管連接方式國內外通常采用的連接方式如圖4-11所示。各種聚乙烯管連接方式分別有不同的優缺點。
連接方式示意圖電熱熔連接熱熔對接連接熱熔承插連接法蘭連接旋壓輪連接螺紋連接熱焊連接圖4-11國內外通常采用的聚乙烯管連接方式551)電熱熔連接電熱熔連接是將所需連接的兩管端插入埋有電熱絲的套管中,將電熱絲通以電流,將要連接的管材管件加熱至熔化溫度,固定直至接口冷卻,從而形成嚴密牢固的接頭。
電熱熔連接具有操作簡便、接口強度高、氣密性能好、熔接性能穩定、接頭質量受人為因素影響少等優點。其缺點是管件加工工藝複雜,成本較高。
2)熱熔對接連接熱熔對接連接是將與管軸垂直的兩對應端麵與加熱板接觸至熔化溫度將兩熔化口壓緊連接。熱熔對接連接工藝簡單,適合野外操作。其接口強度滿足管道運行要求,抗拔力較強,施工成本較低,但對接部位由於受到加熱擠壓,有外凸的翻邊產生,造成管徑局部減少,因此,熱熔對接連接一般適用於管道口徑不小於90mm的相同的管材與管件、管材與管材的連接上。
3)熱熔承插連接熱熔承插連接是將管端外表麵和承口內表麵同時加熱至材料的熔化溫度,將熔化管端插入承口,固定直至接口冷卻以達到連接。
熱熔承插連接具有接口強度高、氣密性能好、操作較簡便、施工成本低等優點,但需要特製的電熱膜加熱工具。此種方法對操作工技能要求高,接頭質量受人為因素影響大,易造成應力集中和焊瘤等缺點,現已淘汰。
4)旋壓輪連接旋壓輪接口連接具有操作方便、便於拆卸的優點。但由於壓輪管件加工成本較高,同時,其接口抗拔力較低,不適合用於燃氣輸氣管的連接。
5)螺紋連接由於聚乙烯管剛性低,螺紋套絲切削具有一定難度,螺紋接口的抗拉強度低,氣密性能差,不適合應用在燃氣輸送管道連接上。
6)熱焊連接由於必須具備壓縮空氣及熱風焊槍,因此在野外施工中極為不便,且在焊接操作中需要有較大空間,在現場施工中勢必增加土方量,從工藝上來說不適合於工地現場施工。
目前聚乙烯管道的連接方式主要采用電熱熔連接和熱熔對接連接。
4.
複合管近年來又出現了一種新型管材—複合管(見圖4-12)。複合管一般由內外兩層聚乙烯中間夾鋁、銅或合金層組成,金屬層與聚乙烯依靠膠合層黏結。複合管集金屬管和塑料管的優點,中間金屬層可隔絕氣體滲透,外壁聚乙烯可防腐,內壁光滑,流動阻力小,管材預計壽命在五十年以上。複合管現已在室內和燃具連接管上使用,並有向室1-圖4-12複合管2-3-4-內燃氣管道暗設以及在室外管線推廣使用的發展塑膠內層;膠合層;鋁管;塑膠外層趨勢。
4.3.2附屬設備為了保證管網的安全運行,並考慮到檢修、接線的需要,在管道的適當地點應設置必要的附屬設備。這些設備包括閥門、補償器、排水器、放散管等。此外,為在地下管網中56安裝閥門和補償器,還要修建閘井。
1.閥門閥門是用來啟閉管道通路或調節管道內介質流量的設備。一般要求閥體的機械強度要高,轉動部件靈活,密封部件嚴密耐用,對輸送介質的抗腐蝕性強,同時零部件的通用性好。
燃氣閥門必須進行定期檢查和維修,以便掌握其腐蝕、堵塞、潤滑、氣密性等情況以及部件的損壞程度,避免不應有的事故發生。閥門的設置以維持係統正常運行為準,應盡量減少其設置數,以減少漏氣和額外的投資。
閥門的種類很多,燃氣管道上常用的有塞閥、閘閥、旋截止閥、球閥和蝶閥等。
2.補償器補償器是調節管段脹縮量的設備,常用於架空管道和需要進行蒸汽吹掃的管道上。
此外,補償器還安裝在閥門的下側(按氣流方向),利用其伸縮性能,方便閥門的拆卸和檢修。在埋地的燃氣管道上,多用鋼製波形補償器(圖4-13),其補償量約為10mm。為防止其中存水鏽蝕,由套管的注入孔灌入石油瀝青,安裝時注入孔應在下方。補償器的安裝長度,應是螺杆不受力時的補償器的實際長度,否則不但不能發揮其補償作用,反使管道或管件受到額外的應力。
圖4-13波形補償器1-螺杆;2-螺母;3-波節;4-石油瀝青;5-法蘭盤;6-套管;7-注入孔國外還使用一種橡膠—卡普隆補償器(圖4-14)。它是帶法蘭的螺旋皺紋軟管,軟管是用卡普隆布作夾層的膠管,外層則用粗卡普隆繩加強。其補償能力在拉伸時為150mm,壓縮時為100mm。這種補償器的優點是縱橫方向均可變形,多用於通過山區、坑道和多地震地區的中低壓燃氣管道上。
57圖4-14橡膠-卡普隆補償器3.排水器根據管道中燃氣的壓力不同,排水器有不能自噴和能自噴的兩種。如管道內壓力較低,水或油就要依靠手動唧筒等抽水設備來排出(圖4-15)。安裝在高、中壓管道上的排水器(圖4-16),由於管道內氣體壓力較高,冷凝物在排水管旋塞打開以後就能自行噴出,為防止剩餘在排水管內的水在冬季凍結,另設有循環管,利用燃氣的壓力將排水管中的水壓回到下部的集水器中。為避免燃氣中焦油及萘等雜質堵塞,排水管與循環管的直徑應適當加大。在管道上布置的排水器還可對其運行狀況進行觀測。
圖4-15低壓排水器1-圖4-16高、中壓排水器1-2-3-2-3-4-絲堵;防護罩;抽水管;集水器;管卡;排水管;循環管;4-5-6-5-6-7-8-套管;集水器;底座套管;旋塞;絲堵;井圈584.放散管放散管是一種專門用來排放管道中的空氣或燃氣的裝置。在管道投入運行時利用放散管排空管內的空氣,防止在管道內形成爆炸性的混合氣體。在管道或設備檢修時,可利用放散管排空管道內的燃氣。放散管一般也設在閘井中,在管網中安裝在閥門的前後,在單向供氣的管道上則安裝在閥門之前。
5.閘井為保證管網的安全與操作簡便,地下燃氣管道上的閥門一般都設置在閘井中(塑料管可不設閘井)。閘井應堅固耐久,有良好的防水性能,並保證檢修時有必要的空間。考慮到人員的安全,井筒不宜過深。閘井的構造如圖4-17所示。
圖4-17100mm單管閥門井構造圖1-閥門;2-補償器;3-井蓋;4-防水層;5-浸瀝青麻;6-瀝青砂漿;7-集水坑;8-爬梯;9-放散管4.3.3鋼製燃氣管道的防腐1.鋼製燃氣管道的腐蝕原因腐蝕是金屬在周圍介質的化學、電化學作用下引起的一種破壞。金屬腐蝕按其性質59可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。
(1)化學腐蝕單純由化學作用引起。金屬直接和周圍介質如氧、硫化氫、二氧化硫等接觸發生化學反應,在金屬表麵上產生相應的化合物(如氧化物、硫化物等)。用金屬材料構成的燃氣管道上所出現的化學腐蝕,常常會發生在管道的內壁和外壁,但以內壁為主。因為管道輸送的流體中,常常含有少量的氧或硫化物以及二氧化碳和水等,直接對管道的內壁產生均勻的腐蝕,使其變薄。由於外壁也存在於有氧的環境中(包括埋地管和架空管道),所以外壁同樣會被氧化。見圖4-18。
圖4-18燃氣管道電化學腐蝕過程示意圖(2)電化學腐蝕埋地管道的各部位的金相組織結構不同,表麵粗糙度不同以及作為電解質的土壤,其物理化學性質不均勻。例如含氧量,pH值不同等原因,使部分區域的金屬容易電離形成陽極區,而另一部分金屬不容易電離,相對來說電位矯正的部分成為陰極區,電子由電位較低的陽極區,沿管道流向電位較高的陰極區,在經電解質(土壤)流向陽極區,而腐蝕電流從高電位流向低電位,即從陰極區沿鋼管流向陽極區,在經電解質(土壤)流向陰極區。在陰極區,電子被電解質(土壤)中能吸收電子的物質(離子或分子)所接受。
以上三個環節是相互聯係的,如果其中一個環節停止進行,則整個腐蝕過程就停止了。當陽極與陰極反應等速進行時,腐蝕電流就不斷地從陽極區通過土壤流入陰極區,腐蝕就不斷地進行,直至管道穿孔。
(3)雜散電流腐蝕由於外界各種電氣設備的漏電與接地,在土壤中形成雜散電流,其中危害最大的是直流電。泄露直流電的設備有電氣化鐵路和有軌電車的鋼軌、直流電焊機、整流器外殼接地和陰極保護站的接地陽極等。
(4)細菌腐蝕根據對微生物參與腐蝕過程的研究發現,不同種類細菌的腐蝕行為,其條件也不相同。在潮濕、通風與排水不良的缺氧土壤中存在厭氧硫酸鹽還原菌,它能將可溶的硫酸鹽轉化為硫化氫,使埋地鋼管陰極表麵氫離子濃度增加,加速了管道的腐蝕過程。硫酸鹽還原菌的活動與土壤的pH值有關,pH值在5.5~8.5時細菌即能繁殖。而好氧細菌在土壤pH值≤2時,繁殖十分旺盛,它的代謝產物是酸性物質,從而形成了使金屬管道表麵易於腐蝕的環境。
2.鋼製燃氣管道的防腐方法(1)淨化燃氣盡量減少燃氣中雜質含量,尤其是硫化物以及二氧化碳等酸性物質的含量,以防止鋼製燃氣管道的內壁腐蝕。
(2)管道加內襯鋼管出廠前在內壁上加入塑料、樹脂等材料的內襯以阻止燃氣對鋼管內壁的腐蝕。
60(3)采用耐腐蝕管材針對土壤腐蝕性的特點,目前許多城市在中、低壓燃氣管道上采用耐腐蝕的鑄鐵管或塑料管。實踐證明,埋地鑄鐵管道的使用壽命可達60~70年,而鋼管隻有20~30年。但鑄鐵管的使用受到如機械性能以及焊接性能不好等因素的限製,當管徑大、輸送燃氣壓力大、溫度高時,就必須使用鋼管。
(4)絕緣層防腐鋼管最大的弱點是耐腐蝕性差,尤其埋地管道外壁腐蝕最為嚴重,在絕緣層防腐法中,對絕緣材料有如下要求:1)與鋼管的黏結性好,沿鋼管長度方向應保持連續完整性;2)具有良好的電絕緣性能,有足夠的耐壓強度和電阻率;3)具有良好的防水性和化學穩定性;4)具有抗生物細菌侵蝕的性能,有足夠的機械強度、韌性及塑性;5)材料來源較充足、價格低廉,便於機械化施工。
目前國內外埋地鋼管所用的防腐絕緣層種類很多,有環氧煤瀝青防腐塗層、聚乙烯膠粘帶、熔結環氧粉末防腐層、聚乙烯防腐塗層、石油瀝青包腹帶等,可根據工程的具體情況選用。
(5)電保護防腐蝕電保護法是根據電化學腐蝕原理,使埋地鋼管全部成為陰極區而不被腐蝕,故又稱陰極保護法。陰極保護法通常是與絕緣層防腐法同時使用,一旦絕緣層被破壞,電保護法也很難奏效。
電保護法通常分為犧牲陽極保護法和外加電源陰極保護法。1)犧牲陽極保護法(a)犧牲陽極保護法原理利用電極電位較鋼管低的金屬與被保護鋼管相連。在作為電解質的土壤中形成原電池。電極電位較高的鋼管成為陰極,電流不斷地從電極電位較低的陽極,通過電解質(土壤)流向陰極,從而使管道得到保護。如圖4-19。
圖4-19犧牲陽極保護法原理圖1-犧牲陽極;2-導線;3-管道;4-檢測樁;5-填包料(b)犧牲陽極的材料通常選用電極電位比鋼低的金屬,如鎂、鋁、鋅及其合金作為犧牲陽極。
為使陽極保護性電流的輸出達到足夠的強度,必須使犧牲陽極和土壤(電解質)之間的接觸電阻減到最小。例如,在有些土壤中,鋅陽極表麵能形成薄膜,這種薄膜能把鋅陽61極和周圍的電解質隔開。在飽和碳酸鹽的土壤中,這種情況特別嚴重,此時,陽極和它周圍介質間的接觸電阻將無限增大,而使保護作用實際上幾乎停止。為了克服這類現象,必須把陽極裝在特殊的人工環境裏,即裝在填包料裏。這樣可以減小陽極和介質(土壤)的接觸電阻,使陽極使用耐久,保護性能提高。
(c)犧牲陽極電保護法適用條件使用犧牲陽極保護時,被保護的金屬管道應有良好的防腐絕緣層,管道與其他不需要保護的管線之間無通電性。土壤的電阻率太高、輸氣管線通過水域時不宜采用。
2)外加電源陰極保護(a)外加電源陰極保護原理利用陰極保護站產生的直流電源,其負極與管道連接,使金屬管道對土壤造成負電位成為陰極,見圖4-20。陰極保護站的正極與接地陽極相連。接地陽極可以是廢鋼材、石墨、高矽鐵等。電流從正極通過導線流入接地陽極,再經過土壤流入被保護管道,而後由管道經導線流回負極。這樣使整個管道成為陰極,而與接地陽極構成腐蝕電池,接地陽極的正離子流入土壤,不斷受到腐蝕,管道則受到保護。
圖4-20外加電流陰極保護原理1-導線;2-輔助陽極;3-被保護管道(b)保護標準地下金屬管道達到陰極保護的最低電位稱為最小保護電位,在此電位下土壤腐蝕電池被抑製。當陰極保護通電點處金屬管道的電位過高時,可使塗於管道上的瀝青絕緣層剝落而導致嚴重腐蝕的後果,因此必須將通電點最高電位控製在一安全數值之內,此電位稱作最大保護電位。
工程上,燃氣鋼管的最小保護電位通常小於或等於-0.85V,而最大保護電位一般為-1.5~1.2V(均以硫酸銅半電池為參比電極)。
(c)保護範圍為了使陰極保護站充分發揮作用,陰極保護站最好設置在被保護管道的中點。如圖4-21所示。
陰極保護通電點處金屬管道的最高電位值越負,則陰極保護站的保護半徑R就越大。為了達到最大的保護半徑,接地陽極和通電點的連接應與管道垂直,連線兩端點的距離約為300m。
一個陰極保護站的保護半徑R=30~40km。兩個保護站同時運行時,由於陰極保護電位的疊加性,兩個保護站之間的保護距離s=40~60km。
62圖4-21陰極保護站的保護範圍(a)一個陰極保護站的保護範圍;(b)兩個陰極保護站的保護範圍1-管道;2-陰極保護站;3-犧牲陽極3)排流保護法排流保護法用於防止雜散電流腐蝕。用排流導線將管道的排流點與鋼軌連接,使管道上的雜散電流不經土壤而經過導線單向地流回電源的負極,從而保證管道不受腐蝕,這種方法稱為排流保護法,可分為直接排流和極性排流兩種方式。
直接排流法就是把管道連接到產生雜散電流的直流電源的負極上。當回流點的電位相當穩定,管道與電源負極的電位差大於管道與土壤間的電位差時,直流排流才是有效的。
當回流點的電位不穩定,其數值與方向經常變化時,就需要采用極性排流法來防止雜散電流的腐蝕,極性排流法的係統示意圖如圖4-22所示。
排流係統設有整流器,保證電流隻能沿一個方向流動,以防止產生反向電流。
圖4-22極性排流法係統示意圖1-管道;2-電阻;3-整流器;4-開關;5-電流表;6-保險絲;7-鋼軌635.1燃氣儲罐燃氣儲罐是燃氣輸配係統中經常采用的儲氣設施之一。合理確定儲罐在輸配係統中的位置。使輸配管網的供氣點分布合理,可以改善管網的運行工況,優化輸配管網的技術經濟指標,解決氣源供氣的均勻性與用戶用氣不均勻性之間的矛盾。
燃氣儲罐按照工作壓力可分為:1.低壓儲罐儲罐的工作壓力一般在5kPa以下,儲氣壓力基本穩定,儲氣量的變化使儲罐容積相應變化。
2.高壓儲罐高壓儲罐的幾何容積是固定的,儲氣量變化時,儲罐儲氣壓力相應變化。
5.1.1低壓儲罐濕式儲罐1.
圖5-1所示為螺旋導軌式儲罐,簡稱螺旋罐。其罐體靠導軌(安裝在內節鍾罩上)與導輪(安裝在外節鍾罩上)相對滑動而螺旋升降。
幹式儲罐2.
幹式儲罐主要由外殼、沿上殼壁上下運動的活塞、底板及頂板組成。
燃氣儲存在活塞以下部圖5-1,
螺旋罐示意圖分隨活塞上下移動而增減其導軌;儲氣量它不像濕式罐那樣設進(出)氣管;水槽;塔節;鍾罩;。
1-2-3-4-5-平台;頂板;頂架6-7-8-64有水封槽,故可大大減少罐的基礎荷載,這對於大容積儲罐的建造是非常有利的。幹式儲罐的最大問題是密封,也就是如何防止固定的外殼與上下活動的活塞之間發生漏氣。根據密封方法不同,目前使用較多的三種型式的幹式罐是曼型儲罐、可隆型儲罐和威金斯型儲罐。
曼型儲罐由鋼製多邊形外殼、活塞、密封機構、底板、罐頂(包括通風換氣裝置)、密封油循環係統、進出口燃氣管道、安全放散管、外部電梯、內部吊籠等組成。活塞隨燃氣的進入與排出在殼體內上升或下降。支承在活塞外緣的密封機構緊貼殼體側板內壁同時上升或下降,其中的密封油借助於自動控製係統始終保持一定的液位,形成油封,使燃氣不會逸出。燃氣壓力由活塞自重與在活塞上麵增加的配重所決定。
3.
濕式儲罐與幹式儲罐比較表
5-1低壓濕式螺旋儲罐與曼型幹式儲罐比較項目低壓濕式螺旋儲罐曼型幹式儲罐罐內燃氣壓力隨儲罐塔節的增減而改變,燃氣壓力是波儲氣壓力穩定動的罐內燃氣濕度罐內濕度大,出口燃氣含水分高儲存氣體幹燥保濕蒸汽用量寒冷地區冬季需保溫,除水槽加保護牆冬季氣溫低於5℃時,罐底部油槽有蒸外所有水封部位加引射器噴射蒸汽保,
汽管加熱,但耗熱量少溫,蒸汽用量大高徑比一般小於鍾罩頂落在水槽上部,
高徑比一般為1.2~1.7,活塞落下與底占地空間利用降低占地麵積較大板間距為60mm,
,,
1,左右儲氣空間大占地麵積小使用壽命一般≥30年
一般≥50年
由於水槽底部細菌繁殖,使水中硫酸鹽生化還原成2,燃氣中含有2,易使罐0.5mm體內壁腐蝕HS由於內壁的表麵經常保持一層HS抗震等性能由於水槽上部塔節為浮動結構,在發生強的油膜,保護鋼板不產生腐蝕活塞不受強風和風雪影響地震或強風時易造成塔體傾斜,產生導輪錯動、脫軌、卡住等現象基礎水槽內水量大,在軟土地地基上建罐需進自重輕,對地基要求簡單行基礎處理,對地基要求高罐體耗鋼量低
高(幹\/濕=1.35~1.5)罐體造價低
高(幹\/濕=1.5~2.0)安裝精度要求低(安裝不需要高空作業,操作高度為水高
槽高度)從上表中可以看出低壓幹式罐與低壓濕式罐相比有很多優點,所以幹式罐是低壓儲氣的發展方向,目前國內應用較多的低壓幹式罐是曼型幹式儲罐,常用的公稱容積有1萬m3、5萬m3和10萬m3。
655.1.2高壓儲罐高壓儲罐有固定的容積,依靠改變其中的壓力儲存燃氣。按其形狀可分為圓筒形和球形兩種。
1.圓筒形儲罐圓筒形儲罐是兩端為碟形、半球形或橢圓形封頭的圓筒形容器。按安裝的方式可分為立式和臥式兩種。前者占地麵積小,但對防止罐體傾倒的支柱及基礎要求較高。臥式罐的支座及基礎做法較簡單。圓筒形儲罐製作方便,耗鋼量比球罐大,一般用作小規模的高壓儲氣設備。其附屬裝置有鞍型鋼支座、進出氣管道、壓力表、安全閥、底部冷凝液排出管等。圓筒形儲罐見圖5-2。
圖5-2圓筒形儲罐1-筒體;2-封頭;3-鞍式支座2.球形儲罐球形儲罐通常由分瓣壓製成型的球片拚焊組裝而成,罐的球片分布頗似地球儀,分為極板、南北極帶、南北溫帶、赤道帶等,見圖5-3(a)。罐的球片也有類似足球外形的,見圖5-3(b)。其附屬設置有:進出氣管道、底部冷凝液排出管、就地壓力表、遠傳指示儀、防雷防靜電接地裝置、安全閥、人孔、扶梯及走廊平台等。球形罐的支座一半采用赤道正切支座。
球形罐受力好,省鋼材,在世界各國應用廣泛。
ab
()地球儀式5-3()足球式圖
球形儲罐665.1.3燃氣儲罐的置換當儲罐竣工驗收合格後,在投入運行前或在儲罐停運檢修時,均需對罐內的氣體進行置換。置換的目的在於排除在儲罐內形成爆炸混合物的可能性。
儲罐置換的原理是很簡單的,就是用一種性質上截然不同的氣體,替換或稀釋容器中空氣或燃氣,最終將容器內氣體的性質完全改變過來。在實際操作中,置換氣量要比被置換氣量大得多,一般為被置換空間的3倍,並且必須取樣分析驗證置換效果。為了提高置換的效率,必須加強容器內氣體的擾動,以促進替換作用,減少稀釋作用,一般衝入容器內的氣體流速以0.6~0.9為宜。應該指出的是,充氣流速不能過快,尤其容器內存在可燃氣體時,可能由於容器內機械雜質擾動與金屬器壁發生摩擦引起過量靜電,導致爆炸事故。
燃氣儲罐的置換介質可用惰性氣體、水蒸氣、煙氣、水等。惰性氣體既不可燃又不助燃,如氮氣、二氧化碳氣等。它們性質穩定,在城鎮可就地購買,但費用高。水蒸氣是一般工廠必備的動力,對於允許在高溫場合下操作的罐,也可以用來做置換介質。另外,煙氣的組分主要是氮和二氧化碳,而且可以從設備的排煙中取得,是比較經濟的置換介質,但主要問題是其組分和發生量不穩定、雜質含量多、含有氧氣,所以使用前應加以處理。選用上述介質有困難時,對於固定高壓儲罐,也可以用水作置換介質,但必須保證水溫在任何時候都不能低於5℃,所以在冬季是不適用的。當置換量很大時,宜用固、液、氣體燃料在發生裝置裏製取煙氣來作為置換介質。
取樣化驗是置換過程中必不可少的重要環節。取樣點必須在儲罐的最高處,取樣要準確而具有代表性,要及時化驗,化驗結果未經證實儲罐內已不存在可爆氣體前,置換過程不得終止。化驗合格標準應遵守有關技術規定執行。
5.2燃氣的壓力調節與計量裝置5.2.1調壓器工作原理及構造調壓器是燃氣輸配係統的重要設備,其作用是將較高的入口壓力調至較低的出口壓力,並隨著燃氣輸用量的變化自動地保持其出口壓力的穩定。
調壓器一般均由感應裝置和調節機構組成。感應裝置的主要部分是敏感元件(薄膜、導壓管等),調節機構是各種形式的調節閥。出口壓力的任何變化通過薄膜使節流閥移動。敏感元件和調節機構之間用執行機構相連。圖5-4中P1為調壓器進口壓力,P2為調壓器設定的出口壓力。則N=P2Fa式中:N—燃氣作用在薄膜上的力,N;67Fa—薄膜有效表麵積,m2。
圖5-4調壓器工作原理1-呼吸孔;2-重塊;3-懸吊閥杆的薄膜;4-薄膜上的金屬壓盤;5-閥杆;6-閥芯燃氣作用在薄膜上的力與薄膜上方重塊(或彈簧)向下的力相等時,閥門開啟度不變。當出口處的用氣量增加或進口壓力降低時,燃氣出口壓力下降,造成薄膜上下壓力不平衡,此時薄膜下降,閥門開大,燃氣流量增加,使壓力恢複平衡狀態。反之,當出口處用氣量增大時,燃氣出口壓力升高,此時薄膜上升,使閥門關小,燃氣流量減少,又逐漸使出口壓力恢複原來狀態。可見,無論用氣量及入口壓力如何變化,調壓器總能自動保持穩定的供氣壓力。
5.2.2調壓器的種類及選擇通常調壓器分為直接作用式和間接作用式兩種。
1.直接作用式調壓器直接作用式調壓器隻依靠敏感元件(薄膜)所感受的出口壓力的變化移動閥門進行調節,不需要消耗外部能源,敏感元件就是傳動裝置的受力元件。
常用的直接作用式調壓器有:液化石油氣調壓器、用戶調壓器及各類低壓調壓器。
(1)液化石油氣調壓器目前采用的液化石油氣調壓器裝在液化石油氣鋼瓶的角閥上,流量在0~0.6m3\/h,其構造見圖5-5。
圖5-5液化石油氣調壓器1-殼體;2-調節螺釘;3-調節彈簧;4-薄膜;5-橫軸;6-閥口;7-手輪;8-出口;9-進口;10-膠圈;11-濾網68調壓器的進口接頭由手輪旋入角閥,壓緊於鋼瓶出口上,出口用膠管與燃具連接。當用戶用氣量增加時,調壓器出口壓力就降低,作用在薄膜上的壓力也就相應降低,橫軸在彈簧和薄膜作用下開大閥口,使進氣量增加,經過一定時間,壓力重新穩定在給定值。當用氣量減少時,調壓器薄膜與調壓器閥門動作與上述方式相反。當需要改變出口壓力設定值時,可調節調壓器上部的調節螺釘。
這種彈簧薄膜結構的調壓器,隨著流量增加、彈簧增長,彈簧力減弱,給定值降低;同時隨著流量增加,薄膜撓度減小,有效麵積增加。氣流直接衝擊在薄膜上,將抵消一部分彈簧力。所以這些因素都會使調壓器隨著流量的增加而出口壓力降低。
液化石油氣調壓器是將高壓的液化石油氣調節至低壓供用戶使用,故為高低壓調壓器。
(2)用戶調壓器用戶調壓器可以直接與中壓管道相連,燃氣減至低壓後送入用戶。可用於集體食堂、小型工業用戶等。其構造如圖5-6所示。
圖5-6用戶調壓器1-調節螺釘;2-定位壓板;3-彈簧;4-上體;5-托盤;6-下體;7-薄膜;8-橫軸;9-閥墊;10-閥座;11-閥體;12-導壓管該調壓器具有體積小、重量輕、性能可靠、安裝方便等優點。由於通過調節閥門的氣流不直接衝擊到薄膜上,因此改善了由此引起的出口壓力低於設計理論值的缺點。另外,由於增加了薄膜上托盤的重量,則減少了彈簧力變化對出口壓力的影響。導壓管引入點置於調壓器出口管流速最大處。當出口流量增加時,該處動壓頭增大而靜壓頭減小,使閥門有進一步開大的趨勢,能夠抵消由於流量增大彈簧推力降低和薄膜有效麵積增大而造成的出口壓力降低的現象。
2.間接作用式調壓器間接作用式調壓器的敏感元件和傳動裝置的受力元件是分開的。當敏感元件感受到出口壓力的變化後,使操縱機構(如指揮器)動作,接通外部能源或被調介質(壓縮空氣或燃氣),使調壓閥門動作。由於多數指揮器能將所受壓力放大,故出口壓力微小變化,69也可以導致主調壓器的調節閥門動作,因此,間接作用式調壓器的靈敏度比直接作用式高。下麵以軸流式調壓器為例介紹間接作用式調壓器的工作原理。
該調壓器結構如圖5-7所示。進口壓力為P1,出口壓力為P2,進出口流線是直線,故稱為軸流式。軸流式的優點是燃氣通過閥口阻力損失小,所以可以使調壓器在進出口壓力差較低的情況下通過較大的流量。調壓器的出口壓力P2是由指揮器的調節螺絲給定的。穩壓器的作用是消除進口壓力變化對調壓的影響,使P4始終保持在一個變化較小的範圍。P4的大小取決於彈簧和出口壓力P2,通常比P2大0.05MPa,穩壓器內的過濾器主要防止指揮器流孔阻塞,避免操作故障。
圖5-7軸流式間接作用調壓器1-閥柱;2-指揮器薄膜;3-閥杆;4、5-指揮器閥;6-皮膜;7-彈簧;8-調節螺絲;9-指揮器彈簧;10-指揮器閥室;11-校準孔;12-排氣閥;13-帶過濾器的穩壓器;14-主調壓器閥室;15-主調壓器閥;16-主調壓器薄膜;17-主調壓器彈簧在平衡狀態時,主調壓器彈簧和出口壓力P2與調節壓力P3平衡,因此P3>P2,指揮器內由閥流進的流量與閥和校準孔流出的流量相等。
當用氣量減少,P2增加時,指揮器閥室內的壓力P2增加,破壞了和指揮器彈簧的平衡,使指揮器薄膜帶動閥柱上升。借助杠杆的作用,使P3降低,主調壓器膜上、膜下壓力失去平衡,主調壓器閥向下移動,關小閥門,使通過調壓器的流量減小,因此使P2下降。
70如果P2增加較快時,指揮器薄膜上升速度也較快,使排氣閥打開,加快了降低P3的速度,使主調壓器閥盡快關小甚至完全關閉。當用氣量增加,P2降低時,其各部分的動作相反。
該係列調壓器流量可以從160m3\/h到15×104m3\/h,進口壓力可以從0.01MPa到1.6MPa,出口壓力可以從500Pa到0.8MPa。3.選擇調壓器應考慮的因素(1)流量通過調壓器的流量是選擇調壓器的重要參數之一,所選擇調壓器的尺寸既要滿足最大進口壓力時通過最小流量,又要滿足最小進口壓力時通過最大流量。當出口壓力超出工作範圍時,調節閥應能自動關閉。若調壓器尺寸選擇過大,在最小流量下工作時,調節閥幾乎處於關閉狀態,則會產生顫動、脈動及不穩定的氣流。實際上,為了保證調節閥出口壓力的穩定,調節閥不應在小於最大流量10%的情況下工作,一般在最大流量的20%~80%之間使用為宜。
(2)燃氣種類燃氣的種類影響所選用調壓器的類型與製造材料。由於燃氣中的雜質有一定的腐蝕作用,故選用調壓器的閥體應為灰鑄鐵等耐腐蝕材料,閥座宜為不鏽鋼,薄膜、閥墊及其他橡膠部件宜采用耐腐蝕的腈基橡膠,並用合成纖維加強。
(3)調壓器進出口壓力進口壓力影響所選調壓器的類型和尺寸。調壓裝置必須承受壓力的作用,並使高速燃氣引起的磨損達到最小。要求的出口壓力值決定了調壓器薄膜的尺寸,薄膜越大對壓力變化的反應愈靈敏。
當進出口壓力降太大時,可以采用串聯兩個調壓器的方式進行調壓。(4)調節精度在選擇調壓器時,應采用滿足所需調節精度的調壓裝置。調節精度是以出口壓力的穩壓精度來衡量的,即調壓器出口壓力偏離額定值的偏差與額定出口壓力的比值。穩壓精度值一般為±5%~±15%。
(5)閥座形式在壓差作用下,調節閥需經常啟閉。當需完全切斷燃氣流時,應選用柔性閥座為宜。而在高壓氣流作用下,選用硬性閥座可減少高速氣流引起的磨損,但噪音較大。
(6)連接方式調壓器與管道連接可以用標準螺紋或法蘭連接。
4.選擇方法在實際應用中,常按產品樣本來選擇調壓器。產品樣本中給出的調壓器通過能力是按某種氣體(如空氣)在一定進出口壓力降和氣體密度下實驗得出的,在使用時要根據調壓器給定的參數進行換算。
如果產品樣本中給出的試驗調壓器所用的參數流量Q0''''(m3\/h)、壓降P''''(Pa)、出口壓力P2''''(絕對壓力Pa)、氣體密度ρ0''''(kg\/m3),則換算公式有如下形式:(1)亞臨界狀態PP21>ν0Q0=Q0''''ΔPP2ρ0''''ΔP''''P2''''ρ0(2)臨界狀態PP21≤ν071''''
Q0=0.5Q''''P01ρ0ρ0P''''P''''2
式中:Q0—調壓器實際通過最大能力,m3\/h;P—調壓器實際壓降,Pa;ρ0—燃氣實際密度,kg\/m3;P1—調壓器入口燃氣絕對壓力,Pa;P2—調壓器出口燃氣絕對壓力,Pa;ν0—臨界壓力比。
按上述公式計算所得調壓器的通過能力,是在可能的最小壓降和閥門完全開啟條件下的最大流量。在實際運行中,調壓器閥門不宜處在完全開啟狀態下工作,因此選用調壓器時,調壓器的最大流量與調壓器的計算流量(額定流量)有如下關係:Q0(
)Qpmax=1.15~1.2式中:Qmax—調壓器的最大流量,m3\/h;0
Qp—調壓器的計算流量,m3\/h。
為保證調壓器在最佳工況下工作,調壓器的計算流量,應按該調壓器所承擔的管網計算流量的1.2倍確定。調壓器的壓降應根據調壓器前燃氣管道的最低壓力與調壓器後燃氣管道需要的壓力差值確定。
5.2.3燃氣調壓站調壓站適用於規模較大、進口壓力較高(P≥0.4MPa)且需要控製調度的調壓裝置。一般高壓—次高壓、次高壓—中壓調壓裝置宜設在調壓站內。流量大於2000m3\/h的中低壓調壓裝置,且有建站條件時,經濟技術比較落後,可設調壓站。
1.調壓站的選址調壓站應力求布置在燃氣負荷中心,或接近大型用戶與大量用氣區域,以減少輸配管網的長度,並盡可能避開城市繁華地段及主要道路、密集的居民樓、重要建築物及公共活動場所。
2.調壓站的組成及工藝流程(1)調壓站的組成調壓站通常由調壓器、閥門、過濾器、安全裝置、旁通管以及測量儀表等組成。有的調壓站除了調壓之外,還要對燃氣進行計量,稱為調壓計量站。區域調壓站平麵、剖麵圖如圖5-8所示。
721-2-圖5-8區域調壓站平麵、剖麵圖3-4-5-閥門;過濾器;安全切斷閥;調壓器;安全水封;6-7-5-2旁通管;放散管表
調壓站與其他建築物、構築物的水平淨距設置形式調壓裝置入口燃建築物重要公共鐵路城鎮道路公共電力變配氣壓力級製外牆麵建築物(中心線)電櫃高壓()18.030.025.05.06.0A
高壓()13.025.020.04.06.0B
地上單A
9.018.015.03.04.0次高壓()B
6.012.010.03.04.0獨建築次高壓()中壓()6.012.010.02.04.0A
中壓()6.012.010.02.04.0B
73續表設置形式調壓裝置入口燃建築物重要公共鐵路城鎮道路公共電力變配氣壓力級製外牆麵建築物(中心線)電櫃次高壓()7.014.012.02.04.0A
次高壓()4.08.08.02.04.0調壓櫃B
中壓()4.08.08.01.04.0A
中壓()4.08.08.01.04.0B
地下單A
3.06.06.0—
3.0中壓()B
3.06.06.0—
3.0獨建築中壓()中壓()3.06.06.0—
3.0地下調壓箱A
中壓()3.06.06.0—
3.0B
1)閥門調壓站進口及出口處必須設置閥門,為的是檢修調壓器、過濾器或停用調壓器時切斷氣源。此外高壓調壓器在距調壓站10m以外的進出口管道上亦應設置閥門,此閥門處於常開狀態。當調壓站發生事故時,不必接近調壓站即可關閉閥門,防止事故蔓延。
2)過濾器在調壓器入口處安裝過濾器,以清除燃氣中夾帶的懸浮物,保證調壓裝置正常運轉。常用馬鬃或玻璃絲作為過濾器的填料。在過濾器前後應設置壓差計,在正常工作情況下,燃氣通過過濾器的壓降不得超過10KPa,壓降過大時應拆下清洗。
3)安全裝置當調壓器中薄膜破裂或調節係統失靈時,出口壓力會突然增高,危及用戶及公共設施安全,因此調壓站必須設置安全裝置。調壓站安全裝置有安全閥及安全水封等。
安全閥有彈簧式與重塊式,當壓力上升超過彈簧或重塊作用力時,閥門即被打開,燃氣通過放散管排入大氣中。
安全水封構造簡單,當超壓時,燃氣衝破水封放散到大氣中。采用安全水封必須隨時注意液位的變化,在寒冷季節應防水封冰凍。
安全閥放散管應高出調壓站屋頂1.5m,並注意周圍建築物的高度、距離及風向,應采取適當的措施防止燃氣放散時發生危險。
4)旁通管凡不能間斷供氣的調壓站,應設旁通管,旁通管的管徑通常比調壓器出口管的管徑小2~3號。
5)測量儀表調壓站的測量儀表主要是壓力表,通常在調壓器入口處安裝指示型壓力表,調壓器出口處安裝自動記錄式壓力表,以便監視調壓器的工作狀況。
(2)調壓站的工藝流程調壓站的工藝流程如圖5-9所示。此係統正常運行時,入口燃氣經進口閥以及過濾器進入調壓器,調壓後的燃氣經流量計及出口閥送到管網。當維修時燃氣可由旁通管通過。因為進站前及出站後燃氣管線采用埋地敷設並通常采用電保護防腐措施,所以進出站管線應設置絕緣法蘭。
74圖5-9單通道調壓站流程圖1-絕緣法蘭;2-入口閥門;3-過濾器;4-帶安全閥的調壓器;5-出口閥門;6-流量計;7-旁通閥3.調壓站的運行管理調壓站是輸配係統的主要組成部分之一,因此維護和管理工作需要製度化和保持經常性。
調壓站通常是無人值班或看管的,因此需在調壓器的進出口處安裝自記壓力計,記錄一晝夜或兩至三天內壓力變化情況,用以了解調壓器的工作情況。
一般在日常更換壓力記錄紙的同時應對設備及附件進行檢查。
調壓站內往往由於設備及附件接頭處不夠嚴密而有燃氣漏出,故應保持室內通風良好。冬季,在不采暖地區的地上調壓站中,由於室溫低而容易發生係統內壁結冰結萘,皮膜發硬等導致調壓器失靈甚至停止工作的情況,需加強巡查作業,及時消除故障。也可以對調壓器的明露部分(空氣孔除外)用棉布毛氈等保溫。地下調壓站因通風不良容易積聚燃氣,為防止事故的發生,其設備及附件接頭等處要有較高的嚴密性,但在更換壓力記錄紙時仍需有一定時間通風換氣後才可進入。
調壓站內設備需進行預防性的檢查和維修。測量和控製儀表也需要定期校驗。注意對調壓器的日常維修保養,特別用於人工燃氣的調壓器,更應注意定期檢查和清洗。
調壓器的薄膜必須保持正常的彈性,及時更換失去彈性的薄膜。調壓器的閥座容易沾附汙物,致使閥門關閉不嚴,因此需定期清洗。當閥門或閥墊有損壞時需及時更換。
在對調壓器作清洗檢修時,應事先對調壓站供氣情況進行調查,因為即使出口管道與鄰近調壓站的出口管道相連通,有時也會產生局部地區管道壓力下降現象,這時就應適當提高鄰近調壓站的出口壓力或開啟旁通管的閥門,以保持正常的供應壓力。
4.燃氣調壓站的置換通氣調壓站的置換通氣方法和要求如下:(1)調壓站驗收試壓合格後,將燃氣通到調壓站外總進口閥門處,然後再進行調壓站的置換通氣。
75(2)每組調壓器前後的閥門處應加盲板,然後打開旁通閥、安全裝置及放散管上的閥門,關閉係統上其他閥門及儀表連接閥門。
(3)把調壓站進口前的燃氣壓力控製在等於或略高於調壓器給定的出口壓力值,然後緩慢打開室外總進口閥門,將燃氣通入室內管道係統。
(4)利用燃氣壓力將係統內空氣趕入旁通管,再經放散管進行置換放散。(5)在不停止放散的前提下,取樣分析(或做點火試驗)合格後,再分組拆除調壓器前後的盲板。
(6)依次分別對每組調壓器進行通氣置換。打開其中一組調壓器前後的閥門,使燃氣經調壓器後仍由放散管排到室外,取樣分析試驗合格後,改組調壓器置換合格,並關閉其前後閥門。
(7)一組調壓器通氣置換合格後,再進行下一組置換,直至全部合格,調壓站通氣置換完成。
5.2.4燃氣調壓箱當燃氣直接由中壓管網(或次高壓管網)經用戶調壓器降至燃具正常工作所需的額定壓力時,常將用戶調壓器裝在金屬箱中掛在牆上,故亦作燃氣調壓箱。
采用單獨的燃氣調壓箱對一幢建築物(即樓棟調壓)或一片區域供氣,其特點是隻有一段中壓(或次高壓)管網在市區沿街布置,各幢樓的低壓室內管道通過燃氣調壓箱直接與管網相連。因而提高了管網的輸氣壓力,節省燃氣管道管材,節約基建投資,且占地省,便於施工,運行費用低,使用靈活。此外,由於用戶調壓器出口直接與戶內管相連,故用戶的灶前壓力一般比由低壓管網供氣時穩定,有利於燃具正常燃燒,這種供氣係統不會產生為保證區域調壓站的建築麵積和安全距離而帶來的選址困難。但設置燃氣調壓箱個數較多時,其維護管理工作量較大。
區域性調壓箱為地上落地式調壓箱,與建築物、構築物的水平淨距應符合規定。落地式調壓箱應單獨設置在鋼筋混凝土基礎上,箱底距地坪高度宜為0.3m。箱體體積大於1.5m3時應有爆炸泄壓口。箱體均應設自然通風口,調壓箱四周宜設護欄及雨罩。
調壓裝置進口壓力不大於0.4MPa,且調壓器進出口管徑不大於DN100時,可設置在符合規範的用氣建築物的平屋頂上。
5.2.5燃氣的計量裝置燃氣的生產、經營、管理以及消費等活動,都必須依據計量儀表測量的量值進行經濟核算或結算。燃氣計量即燃氣供需流動中流量和總量的測量,主要包括產量、供量、銷量以及購量的計量。以其量值的公正性維護銷售與消費雙方的合法經濟利益。
燃氣計量主要是流量測量。其單位以體積表示稱“體積計量”,以質量表示稱“質量計量”。此外,還有與燃氣性質相關的“熱值計量”。
(1)體積計量單位:符號為m3\/h,體積總量計量單位符號為m3。
(2)質量計量單位:符號為kg\/h,質量總量計量單位符號為kg或t。
76(3)熱值計量單位:符號為kJ\/m3或kJ\/kg。
常用的燃氣計量儀表有容積式流量計、速度式流量計、差壓式流量計以及渦街式流量計等。
1.容積式流量計容積式流量計是依據流過流量計的液體或氣體的體積來測定流量的。居民用戶常用的為膜式計量表。膜式表的工作原理如圖5-10所示。
圖5-10膜式表的工作原理1、2、3、4-計量室;5-滑蓋閥;6-滑閥座;7-分配室;8-外殼;9-薄膜被測量的燃氣從表的入口進入,充滿表內空間,經過開放的滑閥座孔進入計量室2及4,依靠薄膜兩麵的氣體壓力差推動計量室的薄膜運動,迫使計量室1及3內的氣體通過滑閥及分配室從出口流出。當薄膜運動到盡頭時,依靠傳動機構的慣性作用使滑閥蓋相反運動。計量室1、3和入口相通,2、4和出口相通,薄膜往返運動一次,完成一個回轉,這時表的讀數就應為表的一回轉流量(即計量室的有效體積),膜式表的累積流量值即為一回轉流量和回轉數的乘積。
目前膜式表的結構為裝配式,便於維修。外殼多用優質鋼板,采用粉末熱固化塗層,耐腐蝕能力強。閥座及傳動機構選用優質工程塑料,使用壽命長。鋁合金壓鑄機芯,合成橡膠膜片,計量容積穩定。膜式表可以計量人工燃氣,也可以計量天然氣和液化石油氣。該表的性能曲線如圖5-11所示。膜式表除用於民用戶計量外,圖5-11膜式表的性能曲線也適用於燃氣用量不太大的商業用;;1-計量誤差曲線2-壓力損失曲線3-壓力跳動曲線77戶和工業用戶。
為了便於收費及管理,配有智能卡的燃氣表正得到廣泛的應用。
2.速度式流量計在燃氣的計量中速度式流量計應用較為廣泛。速度式流量計按葉輪的形式可分為平葉輪式和螺旋葉輪式兩種。平葉輪式的葉輪有徑向的平直葉片、葉輪軸與氣流方向垂直;而螺旋葉輪式的葉片是按螺旋形彎曲的,葉輪軸與介質流動的方向平行。通常前者稱為葉輪表,後者稱為渦輪表。
速度式流量計的基本原理是當流體以某種速度流過儀表時,使葉輪旋轉,在一定範圍內葉輪的轉速和流體的流速成正比,因此也和流量成正比。轉速和流量可以寫成下麵關係式:n=cQ式中:n—葉輪每秒鍾旋轉次數,r\/s;c—儀表常數;Q—流量,m3\/h。
對於每一種固定的速度式流量計,c為固定值,通過實驗確定。
由上式可知,如測出轉速n即可將流量測定出來。此外,測定轉速的方法還可以用光電法和放射線法等。
速度流量計有良好的計量性能,其測量範圍較寬,誤差較小,惰性小。但製造的精度和組裝技術要求較高,所有的葉片必須仔細加以平衡,而且軸承的摩擦力必須很小。
3.差壓式流量計差壓式流量計又稱為節流流量計,其作用原理是基於流體通過突然縮小的管段斷麵時,使流體的動能發生變化而產生一定壓降,壓力降的變化和流速有關,此壓力降可借助於壓差計測出。因此,壓差式流量計包括兩部分:一部分是與管道連接的節流元件,此節流元件可以是孔板、噴嘴和文丘裏管三種,但在燃氣流量的測量中,主要是用孔板。另一部分是壓差計,它被用來測量孔板前後的壓力差。差壓計與孔板上的測壓點借助於兩根導壓管連接,差壓計可以製成指示式的或自動記錄式的。差壓流量計是目前工業上用的最廣的一種測量流體流量的儀表,但它會使管道的局部阻力增大。
4.渦街式流量計渦街式流量計屬於流體振蕩型儀表,是旋渦流量計中的一種。
在一個二度流體場中,當流體繞流於一個斷麵為非流線型的物體時,在此物體的兩側就將產生旋渦,旋渦體長大至一定程度就被流體推動,離開物體向下遊運動,這樣就在尾流中產生兩列錯排的隨流體運動的旋渦陣列,成為渦街。
渦街式流量計具有無運動部件、穩定性和再現性好、精度高、儀表常數與介質物性參數無關、適應性強以及信號便於遠傳等特點。
785.3燃氣壓送裝置5.3.1燃氣壓縮機燃氣壓縮機的種類很多,按其工作原理可分為兩大類:容積型壓縮機和速度型壓縮機。在城鎮燃氣輸配係統中,常見的容積型壓縮機主要有活塞式、滑片式、羅茨式、螺杆式等,速度型壓縮機主要有離心式壓縮機。
1.活塞式壓縮機(1)工作原理在活塞式壓縮機中,氣體是依靠在氣缸內做往複運動的活塞進行加壓的。圖5-12是單級單作用活塞式壓縮機的示意圖。
圖5-12單級單作用活塞式氣體壓縮機的示意圖1-氣缸;2-活塞;3-活塞杆;4-十字頭;5-連杆;6-曲柄;7-吸氣閥;8-排氣閥;9-彈簧當活塞2向右移動時,氣缸1中活塞左端的壓力略低於低壓儲罐內的壓力P1時,吸氣閥被打開,燃氣在P1的作用下進入氣缸1內,這個過程稱為吸氣過程;當活塞返行時,吸入的燃氣在氣缸內被活塞壓縮,這個過程稱為壓縮過程;當氣缸內燃氣壓力被壓縮到略高於高壓燃氣管道內壓力P2後,排氣閥8即被打開,被壓縮的燃氣排入高壓燃氣管道內,這個過程稱為排氣過程。至此,壓縮機完成了一個工作循環。活塞再繼續運動,則上述工作在原動機的驅動下將周而複始地進行,連續不斷地壓縮燃氣。
壓縮機的排氣量,通常是指單位時間內壓縮機最後一級排出的氣體量,換算成第一級進口狀態時的氣體體積值。常用單位為m3\/min或m3\/h。
(2)特點活塞式壓縮機的優點是效率高,對壓力的適應範圍較大;其缺點是輸氣量小且不連續,氣體可能會被缸內的潤滑油汙染。活塞式壓縮機使用得十分廣泛,這種壓縮機的吸氣量隨著活塞缸直徑的增大而增加。但從製造、管理及操作角度來看,吸氣量250m3\/min是最大的極限了。另外,其壓力越大,壓縮時引起的升溫及功率消耗越大,所以高壓排氣的活塞式壓縮機,多半為帶有中間冷卻器的多級壓縮形式。
2.離心式壓縮機離心式壓縮機的工作原理及結構如圖5-13所示。
79圖5-13離心式壓縮機1-傳動軸;2-葉輪;3-機殼;4-氣體入口;5-擴壓器;6-彎道;7-回流器(1)工作原理當原動機傳動軸帶動葉輪旋轉時,氣體被吸入並以很高的速度被離心力甩出葉輪而進入擴壓器中。在擴壓器中由於通道變寬,氣體部分動能轉變為壓力能,速度隨之降低而壓力提高。這一過程相當於完成一級壓縮。當氣流接著通過彎道和回流器經第二道葉輪的離心力作用後,其壓力進一步提高,又完成第二級壓縮。這樣,依次逐級壓縮,一直達到額定壓力。提高壓力所需的動力大致與吸入氣體的密度成正比。
如輸送空氣時,每一級的壓力比P2\/P1最大值為1.2,同軸上安裝的葉輪最多不超過12級。由於材料極限強度的限製,普通碳素鋼葉輪葉頂周速為200~300m\/s;高強度鋼葉輪葉頂周速則為300~450m\/s。
(2)特點離心式壓縮機的優點是排氣量大、連續而平穩;機器外形小,占地少;設備輕,易損件少,維修費用低;機殼內不需要潤滑;排出氣體不被汙染;轉速高,可直接和電動機或汽輪機連接,故傳動效率高;排氣側完全關閉時,升壓有限,可不設安全閥。其缺點是高速旋轉的葉輪表麵與氣體磨損較大,氣體流經擴壓器、彎道和回流器時回轉多,局部阻力較大,因此效率比活塞式壓縮機低,對壓力的適應範圍較窄,有喘振現象。
(3)離心式壓縮機使用中的異常現象—喘振喘振又叫飛動,是離心式壓縮機的一種特殊現象。任何離心式壓縮機按其結構尺寸,在某一固定的轉數下,都有一個最高的工作壓力,在此壓力下有一個相應的最低流量。當離心式壓縮機出口的壓力高於此數值時,就會產生喘振。
發生喘振時,機組開始強烈振動,伴隨發生異常的吼叫聲,這種振動和吼叫聲是周期性地發生的;和機殼相連接的進、出口管線也隨之發生較大的振動;入口管線上的壓力表和流量計發生大幅度的擺動。
喘振對壓縮機的迷宮密封損壞較大,嚴重的喘振很容易造成轉子軸向竄動,損壞止80推軸瓦,葉輪有可能被打碎。極嚴重時,可使壓縮機遭到破壞,損傷齒輪箱和電動機等,並會造成各種嚴重的事故。
為了避免喘振的發生,必須使壓縮機的工作點離開喘振點,使係統的操作壓力低於喘振點的壓力。當生產上實際需要的氣體流量低於喘振點的流量時,可以采用循環的方法,使壓縮機出口的一部分氣體經冷卻後,返回壓縮機入口,這條循環線稱為反飛動線。由此可見,在選用離心式壓縮機時,負荷選得過於富裕是無益的。
5.3.2壓縮機的選型與台數確定在燃氣輸配係統中,最常用的壓縮機是活塞式壓縮機及回轉式羅茨壓縮機,而在天然氣遠距離輸氣幹管的壓氣站中離心式壓縮機被廣泛使用。
壓縮機排氣量及排氣壓力必須和管網的負荷及壓力相適應,同時考慮將來的發展。
燃氣輸配係統中,排氣壓力相近的各儲配站宜選用同一類型的壓縮機。排氣壓力不大於0.07MPa時,一般選用羅茨式壓縮機;大於0.07MPa時,選用活塞式壓縮機。如果排氣量較大宜選用排氣量大的機組。若選用多台小排氣量的機組,會增加壓縮機室的建築麵積及機組的維修費用。通常一個壓縮機室內相同排氣量的壓縮機不超過5台。在負荷波動較大的壓縮機室,可選用排氣量大小不同的機組,但不宜超過兩種規格。
壓縮機型號選定後,壓縮機台數可按下式計算:n=QPkVQgK1K式中:n—壓縮機工作台數;QP—壓縮機室的設計排氣量,m3\/h;Qg—壓縮機選定後工作點的排氣量,m3\/h;K1—壓縮機排氣量的允許誤差係數;根據產品實驗的允許誤差(壓力值或排氣量值)為-5%~+10%。通常K1=0.95;K—壓縮機並聯係數,對於新建壓縮機室的設計,通常K=1,對於擴建,由於增加了壓縮機,壓縮機的設計流量應按新工作點定;kV—體積校正係數,一般按下式計算:kV?
d1÷?273+t1÷?1.013×10÷
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?è?èpp08331+式中:d1—壓縮機入口處燃氣含濕量,g\/m3;t1—壓縮機入口處燃氣溫度,℃;p1—壓縮機入口處燃氣壓力,Pa;p—建站地區平均大氣壓,Pa。
若計算中采用計算流量計算,則計算出的工作台數1~5台備用1台;若采用平均流量計算,則計算出的工作台數1~2台備用1台,3~5台時取兩台。
5.3.3壓縮機室布置與工藝流程壓縮機在室內宜單排布置,當台數較多,可雙排布置,但兩排之間淨距應不小於2m。
81室內主要通道,應根據壓縮機最大部件的尺寸確定,一般應不小於1.5m。為了便於檢修,壓縮機室一般都設有起重吊車,其起重量按壓縮機室最大機件重量確定。
壓縮機室內應留有適當的檢修場地,一般設在室內的發展端。當壓縮機室較長時,檢修場地也可以考慮放在中間,但應不影響設備的操作和運行。
布置壓縮機時,應考慮觀察和操作方便。同時也需考慮到管道的合理布置,如壓縮機進氣口和末級排氣口的方位等。
對於有臥式氣缸的壓縮機,應考慮抽出活塞和活塞杆運動需要的水平距離。
設置臥式列管式冷卻器時,應考慮在水平方向抽出其中管束所需要的空間。立式列管式冷卻器的管束可垂直吊出,也可臥倒放置抽出。
輔助設備的位置應便於操作,不妨礙門、窗的開啟並且不影響自然采光和通風。壓縮機之間的淨距及壓縮機和牆之間的距離不應小於1.5m,同時要防止壓縮機的振動和影響建築物的基礎。
壓縮機室的高度:當不設置吊車時,為臨時起重和自然通風的需要,一般屋架下弦高度不低於4m,對於機身較小的壓縮機可適當縮小。當設置吊車時,吊車軌頂高度可參照下列參數確定:吊鉤自身長度、吊鉤上限位置與軌頂間的最小允許距離及設備需要起吊的高度。
壓縮機排氣量和設備較大時,為了方便操作、節省占地麵積和更合理地布置管道,壓縮機室可雙層布置。壓縮機、電動機及變速器設在操作層(二層),中間冷卻器及潤滑油係統及進出口管道均放在底層。
以活塞式壓縮機室為例,其工藝流程圖見圖5-14。低壓燃氣先進入過濾器,除去所帶懸浮物及雜質,然後進入壓縮機。在壓縮機經過一級壓縮後進入中間冷卻器,冷卻到初始溫度再進行二級壓縮並進入最終冷卻器冷卻,經過油氣分離器最後進入儲罐和幹管。
此外,壓縮機的進、出口管道上,應安設閥門和旁通管。高壓蒸汽主要用於清掃管道與設備。
圖5-14活塞式壓縮機室工藝流程1-過濾器;2-壓縮機;3-中間冷卻器;4-最終冷卻器;5-油氣分離器;6-止回閥825.4門站和儲配站在城鎮輸配係統中,根據燃氣性質、供氣壓力、係統要求等因素,門站和儲配站一般具有接收氣源來氣,控製供氣壓力、氣量分配、計量等功能。當接收長輸管線來氣並控製供氣壓力、計量室,稱之為門站。當具有儲存燃氣功能並控製供氣壓力時,稱之為儲配站。兩者在設計上有許多相似之處。
1.門站圖5-15所示是以天然氣為氣源的門站,它比一般的燃氣高壓儲配站多一個接收清管球的裝置。在低峰時,由燃氣高壓幹線來的天然氣一部分經過一級調壓進入高壓球罐,另一部分經過二級調壓進入城鎮管網;在用氣高峰時,高壓球罐和經過一級調壓後的高壓幹管來氣彙合經過二級調壓送入城鎮。為了保證引射器的正常工作,球閥7(a)、(b)、(c)、(d)必須能迅速開啟和關閉,因此應設電動閥門。引射器工作時,7(b)、(d)開啟,7(a)、(c)關閉。引射器除了能提高高壓儲罐利用係數之外,當需要開罐檢查時,它可以把準備檢查的罐內壓力降到最低,減少開罐時所必須放散到大氣中的燃氣量,提高經濟效益,減少大氣汙染。
圖5-15天然氣門站工藝流程圖1-絕緣法蘭;2-除塵裝置;3-加臭裝置;4-流量計;5-調壓器;6-引射器;7-電動球閥;8-儲罐;9-收球裝置;10-放散;11-排汙832.低壓儲配站當城鎮采用低壓氣源,而且供氣規模又不是特別大時,燃氣供應係統通常采用低壓儲氣,與其相適應,需建設低壓儲配站。低壓儲配站的作用是在用氣低峰時將多餘的燃氣儲存起來,在高峰時,通過儲配站的壓縮機將燃氣從低壓儲罐中抽出壓送到中壓管網中,保證正常供氣。
城鎮燃氣供應係統中設置儲配站的數量及其位置的選擇,需要根據供氣規模,城鎮的特點,通過技術經濟比較確定。
當城鎮燃氣供應係統中隻設一個儲配站時,該儲配站應設在氣源廠附近,稱為集中設置。當設置兩個儲配站時,一個設在氣源廠,另一個設置在管網係統的末端,成為對置設置。根據需要,城鎮燃氣供應係統可能有幾個儲配站,除了一個儲配站設在氣源廠附近外,其餘均分散設置在城鎮其他合適的位置,稱為分散設置。
儲配站的集中設置可以減少占地麵積,節省儲配站投資和運行費用,便於管理。分散布置可以節省管網投資、增加係統的可靠性,但由於部分氣體需要二次加壓,需多消耗一些電能。
圖5-16低壓儲配管平麵布置1-低壓儲罐;2-消防水池;3-消防水泵房;4-壓縮機室;5-循環水池;6-循環泵房;7-配電室;8-控製室;9-浴池;10-鍋爐房;11-食堂;12-辦公樓;13-門衛;14-維修車間;15-變電室儲配站通常是由低壓儲罐、壓送機室、輔助區(變電室、配電室、控製室、水泵房、鍋爐84房)、消防水池、冷卻水循環水池及生活區(值班室、辦公室、宿舍、食堂和浴室等)組成。
儲配站的平麵布置示例見圖5-16。儲罐應設在站區年主導風向的下風向;兩個儲罐的間距不小於相鄰的最大罐的半徑;儲罐的周圍應有環形消防車道;並要求有兩個通向市區的大門。鍋爐房、食堂和辦公室等有火源的建築物宜布置在站區的上風向或側風向。站區布置要緊湊,同時各建築物之間的間距應滿足建築設計防火規範的要求。
低壓儲氣,中壓輸送工藝流程如圖5-17所示。低峰時,操作閥門6開啟,高峰時壓縮機啟動,閥門6關閉。低壓儲氣,中、低壓分路輸送工藝如圖5-18所示。低峰時,操作閥門7、9開啟,閥門8關閉;高峰時,壓縮機啟動閥門7、9關閉,閥門8開啟,閥門10是敞開閥門。中、低壓分路輸送的優點是一部分氣體不經過加壓,一般直接由儲罐經穩壓器穩壓後作為站內用氣,因此節省了電能。
圖5-17低壓儲存,中壓輸送工藝流程1-低壓儲罐;2-水封閥;3-壓縮機;4-單向閥;5-出口流量計;6-閥門圖5-18低壓儲存,中低壓分路輸送工藝流程1-低壓儲罐;2-水封閥;3-穩壓器;4-壓縮機;5-單向閥;6-流量計;7、8、9、10-閥門856.1燃氣SCADA係統6.1.1SCADA係統概述SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)係統,即監測控製與數據采集係統。又稱計算機四遙技術———遙測、遙控、遙信、遙調。它是集自動控製技術、計算機技術、傳感技術和通信技術於一體,以計算機為基礎的生產過程控製與調度自動化係統。可以對現場的運行設備進行監視和控製,以實現數據采集、設備控製、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。
近年來,中國經濟的高速發展令世界矚目,城市燃氣也得到了很大的發展。以“西氣東輸”和“川氣東送”工程建設為標誌,我們迎來了城市利用天然氣時代的到來,也將使我國燃氣的發展步入世界發達國家燃氣發展的軌道。為保證燃氣輸配管網及設施安全、均衡、高效地運行,建立和完善SCADA係統成為燃氣發展的客觀需要。
6.1.2SCADA係統的組成及功能燃氣SCADA係統是一個大型的計算機數據采集、監視、管理網絡係統。係統采用客戶\/服務器模式結構,即建設一個調度控製中心為主站,在儲配站、調壓站、城市門站和氣源廠等站場分別建立一個站控係統(子站),主站與子站之間以無線信道或有線信道相連,組成一個開放的星型網絡係統。
86圖6-1SCADA係統示意圖1.SCADA係統的組成整個係統由以下部分組成:(1)調度控製中心(主站)SCADA係統調度控製中心的主要任務是采集現場壓力、流量及設備工作狀態等參數,為調度及管理人員提供現場參數信息、報警信息、工藝流程畫麵,以實現對整個係統的監督控製。該中心是整個係統的管理中樞,它由計算機工作站、冗餘的主計算機服務器、高速數據網絡及相應的係統軟件和應用軟件、大型投影屏、各類不同功能的打印設備、後備不間斷電源等組成。運行的核心是監控及管理軟件係統,具有界麵友好、功能全麵、運行穩定可靠、維護方便、使用簡單等主要特點。硬件設備以具有高可靠性、抗幹擾強的工業級別產品為主,保證係統24小時不間斷運行。
圖6-2調度控製中心效果圖87(2)站控係統及遠程終端裝置站控係統是SCADA係統中最基本的控製係統,該係統主要由遠程終端裝置RTU\/PLC、站控計算機、通信設施及相應的外部設備組成。用於采集現場儀表輸出的模擬信號及數字信號,並對現場設備進行監視和控製,根據需要將采集的數據經過RTU\/PLC處理,轉送至站控計算機,並通過通訊網絡實時地傳送到調度控製中心。同時接受來自調度控製中心的遠程控製指令。站控係統具有獨立運行能力,當SCADA係統某一環節出現故障或站控係統與調度控製中心的通信中斷時,不影響其數據采集和控製功能。遠程終端裝置(RTU)是一個提供數據(模擬量和數字量)采集、數據處理、計算機遠程控製能力電子裝置。當上位計算機(站控計算機和調度控製中心主計算機係統)有通信或設備故障時,RTU\/PLC能獨立完成數據的采集和控製,不會造成現場工藝過程的失控,故障排除後,RTU\/PLC能將中斷期間的數據按照時間標誌傳送至上位計算機,以保證整個SCADA係統的數據完整性。
(3)網絡數據通信係統網絡數據通信係統的主要業務包括:語音通信(分生產調度語音通信和行政語音通信)、數據通信(為SCADA係統提供數據傳輸通道)、移動通信(巡線檢修和應急語音通信)。
目前,SCADA係統可采用有線和無線通訊多種方式。有線通訊方式主要有:同溝直埋光纖(同溝直埋)、電話專線(數字數據傳輸網,DDN)、綜合業務數字網(ISDN,一線通)和ADSL等;無線通訊方式主要有:無線電台、無線擴頻、衛星、微波和公共無線通訊網絡(GPRS、CDMA、3G等)。一般而言,一個係統會同時應用兩種或更多的通訊手段。
2.SCADA係統的功能(1)數據采集功能根據燃氣公司生產調度中心調度生產的需求,係統能通過通信網絡實時監控各儲配站、調壓站、門站和氣源廠等的有關參數:如壓力、流量、溫度、泵\/壓縮機工作狀態、罐容、電動閥、電流、電壓等。(2)數據傳輸功能將現場采集到的數據,或直接或通過各生產調度分係統,實時地傳遞到生產調度中心主係統。
(3)數據顯示及分析功能生產調度中心主係統將獲得的各類信息及數據經過分析、加工,使其直觀地、動畫地顯示出來,供生產調度指揮人員使用。(4)報警功能係統可對場站設備和管道運行異常及燃氣泄漏等情況及時報警。(5)曆史數據的存儲、檢索、查詢及分析功能根據公司生產調度中心調度生產指揮和檢索、查詢及分析曆史數據的需求,係統應具備實現曆史數據的存儲、檢索、查詢及分析功能。(6)報表顯示及打印功能88係統可自動生成各種生產情況的日周月年報表,並可隨時打印或傳送有關人員。(7)遙控功能根據公司生產調度中心調度生產指揮的需求,係統操作人員可在生產調度中心實現對有關設備開停遙控、有關閥門的遙控控製。(8)網絡功能將現場采集到的數據送到網絡服務器上,供其他係統使用或供有關人員查詢。(9)視頻監控功能利用安裝在監視目標區域的攝像機對生產設備和環境進行監控和錄像,將被監視目標的動態圖像傳輸到調度控製中心。(10)其他增強功能負荷預測、管網模擬、設備管理、事故判斷和搶修預案、移動辦公功能等。
6.1.3SCADA係統效益燃氣輸配係統在應用SCADA係統之前,要做到合理優化調度,尚存在一定難度,其調度所采用的手段隻限於眼觀、手抄、電話詢問、人工去現場巡視操作等傳統方式,而這些手段在實際中存在很多缺陷:首先表現在輸配管網的調度上,由於管網信息傳遞慢、反饋時間長,事故先兆無法及時反饋到調度室,調度人員對煤氣設施運行情況缺乏直觀了解。這不但影響了調度人員對情況的判斷,也影響了對事故處理的及時性和調度決策的準確性,從而不能保證輸配管網在安全、可靠的狀況下運行。總之,傳統的調度方式不僅造成能源浪費,對用戶也有一定影響,有時甚至因失時、失誤而釀成事故。分析國內外在運行中出現的問題和事故發現,多數都與傳統的調度方式的盲目性和落後性有關。
隨著目前許多城市燃氣管網規模的擴大和科技的發展,對燃氣輸配調度的要求已不僅限於保證安全供應,對節能降耗、簡化操作、降低勞動強度、省時省力、優化和超前調度等方麵也出現了更高的要求。
燃氣輸配SCADA係統效益主要體現在以下幾個方麵:1.保證管網安全可靠運行SCADA係統所選的測點一般具有代表性,基本能反應燃氣輸配係統的全局狀況,能夠滿足輸配調度管理需要,通過對各測點實時、準確、直觀地監測,調度人員可以詳細掌握管網運行工況,係統的報警功能使調度人員能及時發現管網運行中的異常,如設備管道壓力超限、調壓係統失靈,燃氣泄漏等不正常等情況,防止和減少了事故的發生和蔓延,有效地提高了供氣安全性。
2.優化調度和超前調度SCADA係統使調度人員隨時、準確地了解燃氣的生產量、儲存量和使用量,還可以直觀地將三者比較,並能通過作圖方式觀察三者的變化趨勢,調度人員可以以此為依據進行預測,作出合理地調度指令,調整三者之間的平衡,做到合理、優化的調度。另外,調度人員通過微機對曆史數據整理、比較、分析,總結其規律性,並應用於以後編製合理的供氣方案,做到了超前調度。
893.降低勞動強度、省時省力SCADA係統強大而完善的功能,在各個方麵提供了方便,使燃氣係統的調度便利快捷,準確而可靠。
4.協助管網施工和搶修燃氣SCADA係統中的GIS功能、設備管理、事故判斷和搶修預案、移動辦公功能等,為管網施工和搶修提供了極大方便。
在管網施工和搶修中,係統的遙測、遙控功能也可發揮較大作用,與現場施工緊密配合。
6.1.4SCADA係統應用狀況及存在的問題1.SCADA係統的發展曆程數據采集與監控係統自誕生之日起就與計算機的發展緊密相關。SCADA係統發展到今天已經經曆了四代。
第一代是基於專用計算機和專用操作係統的SCADA係統,這一階段是從計算機技術運用到SCADA係統開始到20世紀70年代。
第二代是20世紀80年代通用計算機運用於SCADA係統,第一代與第二代SCA-DA係統的共同特點是基於集中式計算機係統,並且係統不具有開放性,因而在解決係統的癱瘓、升級以及與其他係統聯網等問題上構成了很大的困難。
第三代為20世紀90年代按照開放的原則,基於分布式計算機網絡以及關係數據庫技術的能夠實現大範圍聯網的SCADA係統。這一階段是我國SCADA係統發展最快的階段,很多最新的計算機技術都應用到SCADA係統中。
第四代SCADA的主要特征是采用移動通信技術、Internet技術、麵向對象技術、神經網絡技術等。
移動通信技術為SCADA係統的數據傳輸提供了先進的通信手段,大大擴大了SCADA係統的應用範圍,可以說,目前隻要移動通信網絡能覆蓋到的地方,就有SCADA係統的用武之地。ADSL、GPRS和CDMA以及3G等技術都已經開始廣泛應用於各數據采集和監控係統。
2.SCADA係統的發展趨勢當今,隨著各行業對SCADA係統需求的提高以及計算機技術的發展,對SCADA係統提出了新的要求,概括地說,有以下幾點:(1)SCADA係統與其他係統的廣泛集成這十幾年來,SCADA係統如何與其他非實時係統的連接成為SCADA係統研究的重要課題。SCADA係統與電能量計量係統,地理信息係統、水調度自動化係統、燃氣調度自動化係統以及辦公自動化係統的集成成為SCADA係統的一個發展方向。
(2)遠端(受控端)綜合自動化以RTU、微機保護裝置為核心,將遠端站的控製、信號、測量、計費等回路納入計算機係統,取代傳統的控製保護屏,能夠降低遠端站的占地麵積和設備投資,提高二次係統90的可靠性。(3)專家係統、模糊決策、神經網絡等新技術研究與應用利用這些新技術模擬監控網絡的各種運行狀態,並開發出調度輔助軟件和管理決策軟件,由專家係統根據不同的實際情況推理出最優化的運行方式或故障的方法,以達到合理、經濟地進行監控監測,提高係統效率的目的。(4)移動通信技術、麵向對象技術、Internet技術的應用3.SCADA係統在燃氣管網的應用狀況國外於20世紀60年代初開始對SCADA係統進行研究,在實際應用中得到廣泛的應用,在工業發達國家已成為燃氣輸配係統中的普通設施,監控係統在技術上已經成熟。並且湧現出了像美國摩托羅拉、澳大利亞ACTION、德國西門子等名牌SCADA係統成套產品,設備性能先進、技術成熟。目前的發展方向及重點放在地下管網的信息管理係統開發與利用上,即除對城市燃氣進行實時監測、測控、輔助調度外,還具有采用CAD技術進行輸配管網的自動設計,采用GIS係統(地理信息係統)完成燃氣管線查詢、竣工圖管理、設備數據庫建立、信息統計分析、用戶信息管理以及水、電、路、規劃等信息管理的功能。構成一套完整的燃氣輸配信息管理係統。東京煤氣公司、德國城市天然氣公司、中國香港中華煤氣公司等是典型的用戶代表。
我國於20世紀80年代開始引進和開發SCADA係統,使之服務於燃氣輸配調度管理,並且得到了迅速發展。進入90年代後,隨著燃氣事業在國內的快速發展,很多燃氣企業開始這一方麵的工作,大多數企業采用國外廠家的PLC產品作子站的RTU部分,傳輸方式多以無線為主,中心控製係統也一定程度上采用了大型關係數據庫,實現的功能多是以監測壓力點為主。
目前使用燃氣管網的城市中70%都建立了自己的SCADA係統,總的來說,現代化的燃氣管網自動監控係統為城市燃氣行業的管理起到了積極的作用,確實提高了燃氣輸配調度水平。由於建立和應用SCADA係統不是一件簡單的事情,再加上開發和應用的經驗不足,已建成的SCADA係統發揮的作用大小不一,參差不齊,還存在許多問題,大多數並沒有取得預期的目的。
4.燃氣SCADA係統存在的主要問題及原因SCADA係統的應用為燃氣生產調度水平的提高提供了可靠的技術保證,但同時也存在著以下主要問題:係統穩定性不強;係統擴展性不好;自身維護能力不足;采集數據後期處理不夠等。分析其主要原因包括以下幾個方麵:(1)按照國外管理模式,全套引進國外係統我國燃氣行業的管理模式與國外有較大的差別,而且按國外經營管理模式建立的係統無論是采購、安裝還是維護等方麵的收費均按發達國家的標準,所需費用極為可觀,因此燃氣公司除在資金上要承受巨大的壓力外,國外的係統並不一定能直接交付使用,這是因為國外的係統要投入運行,還要進行軟件修改,操作界麵漢化、操作方式中國化等等。調查表明,燃氣公司花大量資金成套引進國外係統後,仍要投入相當大的人力、資金、時間用於係統消化、二次開發和係統維護,同時由於管理模式的差別,許多成套引進91的係統並沒有發揮應有的作用,造成資金的巨大浪費。造成這種後果的原因主要有三個:一是盲目崇洋,沒有結合自身的實際情況;二是國外政府貸款,必須采購國外公司的係統的條件限製;三是一些國外、國內的設備供應商以出國學習、考察為條件,引誘燃氣公司全套引進國外係統。
(2)不注重係統功能,隻看重係統價格目前,燃氣行業在很多地方屬於公共福利事業單位,建設資金非常緊張,燃氣公司能在有限的資金中擠出一部分用於SCADA係統建設已實屬不易,係統的價格因素是一個必須考慮的因素。部分燃氣公司在方案選定時,過於聽信廠商的宣傳,僅注重係統價格因素,購進廉價的係統,未將係統的功能、可靠性、可維護性設計、係統的售後服務、係統的技術支持等因素考慮進去。這樣的係統價格確實很低,但因其設計起點低,從最底層的數據采集單元開始就存在可靠性差、精度低、壽命短、維護工作量大的缺點,雖說可以應付驗收,可一旦投入業務運行,故障頻繁,得不到及時維護,難以滿足燃氣調度係統不間斷運行的嚴格要求。有的係統近於癱瘓,同時造成資金的浪費。(3)依靠自身的力量,獨立開發SCADA係統的不足燃氣公司依靠自身的技術力量,獨立開發建立SCADA係統,雖說能完全按照自身的業務要求和管理模式進行係統開發,係統運行後能夠得到較好地維護,可問題在於SCADA係統不是一項簡單的工作,涉及多項高新技術:計算機、自動控製、測量、通訊、圖像處理:燃氣等:是項係統工程。係統的開發需要各種專業人才和豐富的開發經驗,燃氣公司很難具備這樣的條件,隻能臨時和有實力的大專院校和科研單位合作。事實表明,這種方式的開發周期長,較少考慮係統的通用性、可擴充性,係統的總體方案規劃不周全,專業水平不高,難以隨燃氣公司業務的擴大而進行功能擴充,造成重複勞動,資源的浪費。
(4)忽視自身專業隊伍的建設,維護人才匱乏SCADA係統是一個綜合業務係統,由大量的高精端設備組成,同時各種設備不可能不出現問題和故障,需要各種專業的維護技術人員。目前,許多燃氣公司隻注意燃氣輸配調度人員的培養,而燃氣、計算機軟硬件、測量、控製、通訊等專業人員奇缺,係統維護力量與現代化的輸配係統不相匹配,一旦SCADA係統出現故障,得不到及時有效的維護,往往一個小的故障,導致整個係統趨於癱瘓。事實表明,缺乏專業人員,維護力量不足是現有SCADA係統不能發揮應有作用的重要因素之一。
(5)缺少關於燃氣SCADA係統的專業標準目前,我國尚無關於燃氣SCADA係統的專業標準。
6.1.5如何建立和完善燃氣SCADA係統建立和完善SCADA係統應切實注意並解決以下問題:1.認識建立SCADA係統的重要性SCADA係統是一個涉及多種新技術的係統工程,需要大量的資金投入,同時可能在建設過程中會走一些彎路,這就要求從領導到基層的全麵重視和理解,特別是領導層的92重視,充分認識到建立SCADA係統的重要性,在項目實施過程中才有可能使人力和資金上得到有力的支持。
2.加強各企業間的信息交流對於城市燃氣行業來說,許多企業的SCADA係統都是相同的,有必要加強各企業間的信息交流,特別是學習一些比較成功的企業的寶貴經驗,結合自己的實際情況,少走或不走彎路,避免不必要的資金、人力、物力的浪費。
3.認真做好係統總體方案選型設計在進行係統總體方案選型設計中,主要應考慮如下因素:係統可靠性、係統實時性、係統先進性、係統可維護性、係統可擴展性、係統投資規模及用戶功能需求等。確定總體目標計劃時,應根據資金情況,正確劃分近期、中期、遠期目標,采取一次規劃設計,分階段、分步驟進行實施。
4.係統開發研製單位和硬件設備的選擇SCADA係統的開發需要各種專業人才和開發經驗,係統開發研製單位應是專業開發單位,有成熟的SCADA係統開發經驗,熟悉燃氣行業規範和業務要求。並應與其建立長期合作的戰略夥伴關係,以彌補企業在技術和專業人才方麵的缺陷。硬件設備應選擇性能價格比較高的,必須選擇具有良好的防爆性能、高精度、高可靠性的測控儀表。燃氣公司的資金若充足,可選擇進口的測控儀表,以求獲得較高的性能;若資金不足,在儀表的精度和其他性能指標滿足要求下,采用國內合資企業生產的測控儀表也可以取得較高的性能,使係統的總體性能價格比較高。
5.建立高質量的通訊係統SCADA係統實質上是一個信息處理係統,容易出現的故障就是通訊問題。因此,建立SCADA係統必需充分考慮各方麵因素,選擇合適(可靠、經濟)的通訊方式。
通訊係統是SCADA係統的一個重要部分,雖然城市裏的幹擾很嚴重,但是通過合理的係統設計,仍然能夠達到高質量設計傳輸的要求,同時應建立備用的通訊手段,當一種通訊方式受到幹擾時,可通過備用的通訊方式保障監控數據實時傳送到調度中心,以保證SCADA係統正常運行。
6.建立高質量的管網模型分析係統管網模型分析係統水平的高低是SCADA係統性能好壞的一個重要標誌。高質量的管網模型分析係統可以真實模擬實際的管網運行環境,可以進行各類分析、預測(負荷預測、發揮優化調度控製方案的作用,在緊急事故發生時提供相應的參考處理方案等。
7.人才的引進和培養要建立和完善SCADA係統,就必須加強對人才的引進和培養。燃氣公司應抓好燃氣輸配、計算機、控製、通訊等專業人員的培養,組建一支精幹的企業信息化隊伍。一方麵可確保SCADA係統正常運行,另一方麵又能有力地推動企業信息化係統的不斷前進。
936.2燃氣GIS係統6.2.1燃氣管網GIS係統概述燃氣管網是城市建設的重要內容,加強燃氣管網資料的管理對城市安全和燃氣行業的發展具有重要意義。近年來,地理信息係統(GIS係統)技術不斷成熟,為燃氣管網規範化、自動化、科學化的管理創造了條件。
所謂GIS係統,即GeographicInformationSystems的簡稱,就是“地理信息係統”。
它是一種采集、儲存、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機係統,是分析和處理海量地理數據的通用技術。它是集計算機科學、地理學、測繪遙感學、環境科學、城市科學、空間科學、信息科學和管理科學為一體的新興的邊緣學科。
6.2.2GIS技術發展概況目前,地理信息係統(簡稱GIS)在國內外應用已相當廣泛,不但成功地應用於測繪、製圖、資源和環境等領域,而且已成為城市規劃、公共設施管理、工程建設等的重要工具。據估計,人類信息的75%~80%的信息量與地理信息係統密切相關,因此,GIS開發和應用的前途是不可限量的。GIS被認為是21世紀支柱性產業,是信息產業的重要組成部分。
1.國外發展概況自20世紀60年代加拿大Tomlison博士提出地理信息係統的概念,在加拿大首先建立了CGIS(加拿大地理信息係統)。70年代初,美國推出了兩個著名的GIS係統,即美國環境係統研究所(ESRI)開發的ARC\/INFO和美國商業部人口普查局開發的TIGER係統。這兩個GIS係統提出的關於地理信息的組織方式,對GIS發展產生了深遠的影響。經過30多年的發展,數據庫的結構設計、空間數據的處理與分析及GIS通用軟件等都已發展成為較成熟的體係。特別是80年代以來,GIS軟件的商品化已在全世界全麵展開,先後出現了ARC\/INFO,SYSTEM-9,INTERGRAPH,GENAMAP等大型GIS軟件及SPAM,ILWIS,MAPINFO,ATLAS等中小型軟件,並在土地評價、土壤侵蝕控製、水資源調查與管理、社會經濟規劃、災害評估以及野生動植物保護等方麵得到廣泛應用。目前,國外軟件主要有:MapInfo、AreInfo、ArcView等。
2.國內發展概況我國“九五”期間將GIS列為“重中之重”的項目,並重點支持發展我國的GIS產業,在我國建立了27個省級環境信息中心。GIS在城市方麵的應用有城市自來水、城市燃氣、城市規劃、城市地下管線、城市環境、城市道路、城市土地等。新一代的GIS軟件技術—ComGIS(ComponentsGIS,組件式GIS)和WebGIS(WorldWideWebGIS,萬維94網GIS)已迅速興起。ComGIS與傳統的GIS相比,其優勢在於它不依賴於某一種開發語言,便能嵌入到通用的開發環境(如VisualBasic,Del2phi)中實現GIS功能;或將其他軟件功能(包括由高級語言如C++,FORTRAN開發的其他專業性模型)引入到GIS中,使軟件的可配置性、可擴展性和開發性更強,更易於GIS的推廣應用。而WebGIS是Internet技術與GIS相結合的產物,是利用萬維網技術對傳統GIS的改造和發展,目前尚處於試驗研究階段,其最終目標是通過萬維網使得GIS成為大眾使用的技術和工具,即在萬維網任意一個節點上的Internet用戶都可以瀏覽檢索WebGIS上的各種空間信息,進行各種空間分析與預測、空間推理和決策等,從而使GIS進入千家萬戶。目前,國內軟件主要有:GeoStar、MapGIS等。
6.2.3GIS係統的組成地理信息係統是由軟件、硬件和描述地理信息(如街道、地界、燃氣管道等)及相關附屬信息的數據所組成的計算機係統。它與地圖及普通的信息資料係統的主要區別在於:它不僅可以展示一條街道,從中還可以知道街道名稱、鋪設時間、是否單行線等信息,並可把不同類型的數據按用戶的需求有機地結合在一起,使用戶能更有效地管理和使用這些數據。地理信息係統是一種功能強大的、形象化的分析工具。
係統硬件包括工作站(如可由兩台服務器組成網絡,由PC機與數字化儀組成的數字化工作站)以及打印機、繪圖儀等外部設備組成。
係統軟件包括操作係統、GIS軟件、數據庫軟件等。常用軟件:GIS軟件中國外的有MapInfo、AreInfo、ArcView等,國產的有GeoStar、MapGIS等;數據庫軟件有Foxpro、Access、Orcal等。係統數據庫由三部分組成:全景數據庫、底圖數據庫和管線數據庫。
全景數據庫為整個城市的一幅地形示意圖。
底圖數據庫為由1∶500的地形圖圖幅所組成。為了便於管理,將這些圖幅組合成一幅地形索引圖;為了便於查詢分析,對所有地形圖上的地理要素均進行了編碼。
管線數據庫由燃氣管線索引圖組成。管線的空間數據與拓撲數據均存於GIS內,而其屬性數據主要存於關係數據庫內。
6.2.4建立GIS係統的必要性GIS係統是一個利用現代計算機圖形和數據庫技術來輸入、存儲、編輯、查詢、分析、顯示和輸出地理圖形及其屬性數據的計算機係統。燃氣行業主要承擔燃氣輸配、銷售業務等。長期以來對燃氣管網設施的管理都是沿用傳統的做法———圖檔管理手工操作。它的弊端是:圖檔資料不齊全,輸配調度缺乏依據;速度慢而煩瑣,遇到緊急情況時可能要在一堆堆的圖板中尋找,找到的圖板也可能由於時間久遠內容已經顯示不清晰了或失去了其原有的價值,因而無法及時得知準確信息而采取相應的措施。使得設備管理相當困難,管網設計也很難優化。建立燃氣管網GIS係統則可以克服這些困難,實現燃氣管網設施資料管理的電子化和信息化。為燃氣的輸配調度、圖檔管理、管網規劃、管網搶修決策、日常運行管理、施工管理以及綜合輔助決策等提供現代化處理手段。
956.2.5GIS係統總體目標建立一個實用、先進的GIS應用係統,使計算機自動化管理落實到基層業務部門,大大提高業務管理水平和工作效率。將先進的技術管理手段和方法與目前的具體業務工作緊密結合,爭取創造一個先進、科學和高效的業務工作模式,在國內同行業的信息化建設中處於領先地位。
1.電子化圖檔管理實現管線設施圖檔管理全過程電子化運作。使圖檔查詢、屬性查詢和相關業務統計等項工作圖形化、電子化;圖檔更新便捷、及時。
2.應急搶修指揮實現接報(修)、定位、停氣決策、影響範圍統計及用戶通報一體化處理。提高報修響應效率和搶修決策的正確率,將事故造成的損失和對用戶的影響降到最低程度。
3.輔助決策支持進行燃氣輸配調度分析,調壓監控,為天然氣轉換工作提供參考信息。在獲得相關輔助數據(如人口、居住區規劃等)的前提下,進行規劃預測分析。
4.科學的設施管理根據設施的使用、維修和保養狀況進行設施的科學化管理,提出合理的維護、更新措施建議。
5.全方位信息化管理逐步替代手工的、圖紙化的業務查詢、統計報表製作、圖形繪製等工作,實現信息管理一體化。通過便捷的Web應用方式,大大拓展係統的應用麵和覆蓋範圍。
6.2.6GIS係統的主要功能1.GIS係統功能模塊如圖6-3所示的為城市燃氣管網GIS係統的功能模塊。(1)數據處理模塊該模塊的一個主要功能是對管線數據及地形圖進行輸入、分類和入庫;另一個主要功能是對管線數據及地形圖的動態更新,係統提供多種工具完成對圖形、屬性等數據的更新,保證數據的準確性和現勢性;另外,還對圖幅及其索引圖進行管理。(2)查詢檢索模塊係統提供數圖、圖數及緩衝區等多種方式對管線、附屬物等進行綜合查詢。具體包括:對地形屬性查詢,坐標位置查詢,管線測量點查詢,管線管段查詢,圖例(地形圖與管線)查詢,利用SQL進行屬性查詢,利用SQL進行圖形查詢等。(3)統計分析模塊該模塊的主要功能是對各種條件的管線進行統計,對管線進行緩衝區分析,對管線和地形圖進行疊置分析,計算路程,最佳路徑分析等。還有一個主要功能是管線剖麵圖的生成及三維顯示等。(4)顯示輸出模塊96除了完成各類報表的輸出,還對管線和地形圖進行各種各樣的顯示與輸出。(5)輔助設計模塊該功能通過AutoCAD實現開發輔助設計子係統技術,具有管網的平麵設計、管網縱截麵設計、常規設計工具、設計圖紙輸出、修改原設計及設計變更資料管理等;同時設計數據接口轉換程序,將CAD數據轉人工開發係統。(6)維護工具模塊該模塊對係統所用的參數進行設置,提供安全機製以免數據的非法使用及流失,提供各種工具,保障係統安全、高效的運行,支持多種外部存儲設備的備份和恢複,完成和微機間的數據交換等。(7)在線幫助模塊在係統運行中提供在線的使用幫助信息。
2.GIS係統的功能與作用(1)對圖形和屬性數據檢索和查詢,了解管線的確切位置、埋深、走向、填埋情況、直徑、材質等。
(2)對各類管線數據及各類屬性數據進行統計、緩衝分析、三維分析等。(3)為規劃設計部門提供確實可靠的數據,從而在建設施工中避免重大事故的發生。(4)通過監測設備對供氣設備(包括節點、閥門、氣站)進行實時監控,並以二維和三維圖形顯示運行設備的運行狀態。(5)根據報警信號分析確定故障點,並提供最佳故障檢修方案。(6)突發事故的應急處理:根據報修電話,快速確定請求地點以及事故發生地,並與119消防指揮中心計算機聯網,密切供氣係統與消防係統的關係,增強安全防範措施,提高對重大事故及突發事件的應急處置能力。
(7)製作用戶所需的各種不同比例尺的路網圖、管線圖、縱橫截麵圖和各種類型的數據報表,輸出打印。
6.2.7GIS在燃氣行業中的綜合運用GIS係統在燃氣行業中的運用主要包括以下三個層次:1.信息管理管理燃氣行業中的管網信息、設備信息、用戶信息、經濟信息和環境信息等。
2.輔助決策燃氣管網分析、現狀診斷、動態監控和優化調度、項目選址、能源方案選擇、方案經濟分析等。
3.模擬與仿真水力計算、方案模擬和安全評價等。
燃氣管網係統是地理信息係統的一個較新的應用領域,在數據采集的廣度和深度方麵,在數學分析模型的建立與開發方麵,在係統功能的擴充方麵等,都有很大的可塑性。同時,燃氣行業還應與市政、交通、電力等其他部門協作,建立整個地下管網的綜合數據管理係統,以促進城市的信息化進程。
97圖6-3燃氣管網GIS係統的功能模塊圖986.3燃氣OAS係統6.3.1燃氣OAS係統概述所謂燃氣OAS係統,即OfficeAutomaticSystem,辦公自動化係統的簡稱。
燃氣企業傳統的辦公管理模式是人工記錄、人工計算、人工翻賬查詢的模式,這種全部人工的管理模式在信息高速發展的今天顯現了費工、費時、費力、辦公效率低、領導不能隨時了解經營數據、服務反應速度慢、易出問題等缺點。人工管理模式的這些不足也正是長期導致燃氣企業不能提高工作效率、不能擴大效益、降低成本的主要原因。
解決這種不足的有效辦法就是實現計算機管理和人工管理的有效結合,也就是發揮計算機處理數據效率高、數據能充分共享、安全保密的特點和人工的靈活多變。將所有的客戶信息(包括燃氣用戶和其他客戶的原始信息、變更信息)、工程信息(工程計劃、工程進度、工程竣工)、勞資人事信息(員工基本情況、退休員工)、檔案文件管理、設備管理、經營計劃管理等數據錄入到計算機中。數據的查詢就可以按各種方式由計算機來完成,避免了人工翻賬的麻煩。數據報表的統計計算也可統一完成,降低錯誤率。更主要的是所有數據在計算機上可以充分共享,領導可以隨時通過計算機直接了解燃氣公司經營的數據,以便及時做出經營決策。數據共享的同時對保密數據進行嚴格的安全限製,進行級別性和業務權限性的共享,避免數據的泄露。
當前,辦公自動化係統已進入到第三代,即以知識管理為核心的辦公自動化,其目的是把長期保存下來的信息資源,連同專家、員工積累的實踐經驗和創新思想進行有效地整理、挖掘、共享和利用,使企業了解自己擁有哪些獨特的知識以及如何利用這些知識來進一步發展壯大。
燃氣企業內部應用第三代辦公自動化軟件實現日常辦公和協同工作的自動化,使各項工作均處在有效、有序的管理之中,並對各種信息、數據進行積累分析,為各級領導的決策提供有效的支持。辦公自動化係統就是要創造一個集成的辦公環境,使所有辦公人員都在一個同樣的桌麵環境下一起協同辦公。
6.3.2OAS係統設計原則根據《計算機軟件開發規範》(GB8566-88),采用先進和成熟的技術,設計成一個全麵、優質、高性能價格比的辦公自動化係統。
企業信息化建設的目的是使公司各部門的計算機實現網絡互通和資源共享,公司領導及各專業主管部門可以根據各自不同的權限,調用相應的資料,提高工作效率,最終提高經濟效益。
係統設計致力於建立一套運行於Windows2000\/XP\/VISTA\/7,WindowsNT環境99下的一個綜合性管理信息係統平台。將應用係統、數據庫、信息文件和應用軟件工具產生的結果擴展到以web為中心的環境中,實現了公司信息係統易用性、智能化和集成性的基礎性工作。在這一基礎上,使得用戶都能夠方便地組織、發布、瀏覽信息,可以實現公司與下屬單位,公司和上級單位,公司內部的信息傳遞和信息共享的需求。可以方便靈活地實現和拓展子係統功能,從分布結構上,整個係統可以方便靈活地構建以組織結構劃分或以業務結構劃分的信息子係統。不同的係統之間可以根據管理業務的需求發布信息。信息平台是公司內部的主頁,可以進行信息的發布、瀏覽、方便地定義公用和專用工作桌麵,對公司未來的無紙化辦公,提供一個良好的信息瀏覽平台,為進一步提高企業水平提供一個良好的工具。
6.3.3企業辦公自動化係統的結構和功能1.係統結構辦公自動化係統是對公司的日常文件收發、安全技術、資金預算、工程信息、勞資人事、設備使用等方麵進行計算機管理,同時對數據在網絡上進行有級別的共享。整個係統包括8個子係統,其結構見下圖。
圖6-4企業辦公自動化係統結構圖2.收發文管理子係統收發文管理子係統是利用網絡對文件的上傳、下達進行管理,主要功能如下。(1)發文管理利用計算機網絡幫助部門向其他同級、上級或下級發送或回複文件和相應的附加信息。發送的文件可以分類,包括通知類、請求審批類、命令執行類、審批意見類和其他類。發送文件的同時可以標記在對方收到文件後係統自動通知發送人員。在係統啟動時如果有新的文件發送過來,係統自動提示查看文件。(2)接收文件管理利用計算機網絡接收其他部門發送過來的文件及相應信息;在文件接收時可以根據情況查看新近收到的沒有看過的文件、查看過去已經看過的文件、查看曾經發送過的文件;對每個文件可以直接查看其內容或下載,也可以直接回複對方。
1003.安全技術管理子係統安全技術管理子係統主要是進行操作員工管理和防火檔案管理、駕駛員及車輛管理等,主要包括:(1)操作員工管理對公司內各種特殊的操作工及其所進行的培訓進行管理,並對到期需要進行考核的操作工進行自動提示。(2)防火檔案管理對企業內的各個單位的防火情況、事故記錄進行備案,同時提供查詢和統計彙總。(3)駕駛員及車輛管理可以對企業的駕駛員和車輛的基本情況建立數據庫,對數據庫中的數據進行各種查詢和統計,並自動提示進行駕駛員和車輛年檢。
4.資金預算子係統資金預算子係統主要對各個部門的費用預算、費用開支等進行管理,主要功能如下:(1)預算初始化在年初對該年度的每項預算費用初始化。(2)費用支出在各個部門到財務部門提款時,財務部門根據該部門所剩預算餘額支出資金。(3)費用查詢幫助主管領導查詢某段時間內各個部門資金使用情況和預算餘額。(4)預算提升用於主管領導根據部門情況增加其預算資金。
5.檔案管理子係統檔案管理子係統主要對企業的檔案進行歸類、查詢和瀏覽,主要功能如下:(1)案卷盒管理對檔案盒種類、分類及卷宗的類別進行管理。(2)檔案文件管理對每個具體的檔案文件進行歸檔、查詢、瀏覽。(3)檔案利用管理對每個檔案文件的借閱情況進行登記、查詢。
6.工程管理子係統工程管理對工程進行前期的及動態的管理,查詢、統計相關數據。(1)添加工程信息將接到的工程信息的基本情況輸入到係統中。(2)工程進度跟蹤對從工程接受到工程移交的整個過程進行跟蹤,使相關人員了解每項工程的當前狀態。
(3)工程查詢101根據提供的一個或多個信息查詢相應的工程情況。(4)報表生成打印滿足相應條件的工程情況報表。
7.勞資人事管理子係統勞資人事管理子係統對企業及其下屬機構的全體職工以及退休人員人事檔案資料進行管理。(1)基本數據錄入輸入工種崗位等基本信息,這些數據是其他數據錄入的基礎。(2)職工基本情況錄入錄入職工檔案信息。(3)退休製度管理對退休、內退規定的管理。(4)職工查詢對全體在職職工根據姓名、性別、年齡段、學曆、工齡、收入水平等條件進行查詢,對全體退休職工根據姓名、性別、年齡段等條件進行查詢,查詢當前日期已達到內退及退休標準的職工。(5)工資管理包括員工工資的計算、發放、查詢、報表統計等。(6)機構管理根據部門信息、崗位信息以及職工信息列出分層次結構的機構示意圖。
8.經營計劃管理子係統經營計劃管理子係統對企業內部的費用、業務、財務、勞資、經濟指標的計劃以及完成情況進行統計管理。(1)業務指標業務指標的錄入及相關報表。(2)財務指標財務指標的錄入及相關報表。(3)勞資指標勞資指標的錄入及相關報表。(4)經濟指標經濟指標的錄入及相關報表。(5)大修工程大修工程的錄入及查詢。
9.設備管理子係統設備管理子係統主要對設備的自然情況、使用情況、維修情況進行管理,主要功能如下。(1)信息輸入錄入設備的自然情況、使用情況和維修情況。
102(2)設備查詢可以按設備類型、設備名稱、管理部門、時間查詢設備的自然情況、使用情況和維修情況。
(3)維修報警按設備維修日期、期限等情況對需要維修的設備,提示相應管理部門或人員進行維修。(4)數據報表根據設備情況按月、年生成設備維護情況表、設備明細表等報表。
6.3.4OAS係統特點1.業務的實用性該係統是針對企業的業務流程和工作特點進行設計開發的,適合在企業應用。係統允許用戶建立部門辦公子係統,各部門的數據在係統中均彼此獨立、互不幹擾。由於各個企業具有自身的特點、特有的業務,可以針對不同的要求進行具體的設計和開發,形成適合該企業的辦公自動化係統。
2.技術的先進性應選擇應用軟件豐富並且符合發展潮流的計算機係統,操作係統應支持TCP\/IP等各種標準網絡協議,支持多廠家產品互連,能實現異種機、異種網之間的相互通信和資源共享。
3.係統的可擴展性一個係統是否開放關係到該係統是否具有生命力。當今技術的發展日新月異,用戶的需求不斷變化。為適應這種變化,係統具有良好的開放性,采用開放的接口技術,建立開放的軟件結構體係,允許其他係統動態地連入與解出。
4.係統的穩定性和安全性該係統具備係統容錯、用戶權限設置、抗幹擾、抗故障等功能以及具有高度的可靠性,從技術手段上保證係統穩定運行。係統定期將所有數據進行備份,可以保證數據安全。係統在安全性上提供了不同的操作權限,首先根據不同的業務劃分了不同權限,業務員不能修改和查詢與自己不相關的業務數據;另外根據級別進行不同的權限設置,任何人不能進行越級操作和數據查詢。
5.係統的健壯性在係統的長期運行中,軟件的維護是不可避免的,也是在軟件整個生命周期中花費大量人力的一項工作。我們開發的企業辦公自動化係統采用非常嚴格的版本控製,並提供相應的係統資料,從而確保係統的健壯性和長期可維護性。係統客戶端版本升級可以進行智能升級,就是隻要對係統的服務器進行版本升級,各個客戶端係統會自動檢測到新的版本,並自動更新為新的版本。
6.文件接口的通用性係統與Office軟件建立了良好的接口,可以將所有的數據報表輸出到Excel文件中,也可以對Word文件進行直接的操作,就像自己設計的文件一樣。
1036.4自動化抄表係統目前,國內燃氣公司在燃氣抄表作業時部分仍采用手工操作,用抄表本作為記錄用戶表數信息的載體,抄表員工作效率低,而且難免發生計算誤差。一個龐大的城市燃氣供應企業,要保證其穩定、高效的運營必須保證企業內部信息的可靠傳遞和數據的價值,這就要求將信息化建設引入燃氣企業。通過信息化係統,企業將綜合生產調度、管網管理、營業收費的各種信息,結合公司的營業策略,對整個企業的運營進行科學合理的決策,從整體上實現對公司營業的宏觀管理。
從生產環節來看,普遍存在重生產節能輕供應損耗、重修理維護輕檢測預警。大多數燃氣公司普遍存在管網損耗巨大,遠遠超出國家標準。可沒有辦法知道這些損耗到哪裏去了。是被盜用還是管網破損?這種現象如果出現在民營企業身上,則每增加一個百分點的損耗都意味著股東增加一個百分點的利益損失。從目前城鎮燃氣公司看,很多燃氣公司都配備了強大的維修隊伍,能夠及時地處理各種故障,但維持這樣一個維修隊伍是要付出巨大的利益代價的。與其常年投入巨資被動地處理故障不如一次性增加在管網監控和調度方麵的投資,從根本上提高管網運營的質量,提高運營的可靠性,並最終實現提升效益水平,提升用戶服務滿意度的目標。
6.4.1自動化抄表係統背景隨著人民生活水平的提高、住宅商品化的發展,居民住宅的質量和檔次越來越高,住戶對住宅環境、物業管理水平的要求也日益提高。對供水、供電、供氣部門和用戶來說,傳統的抄表收費方式存在的弊病越來越突出,抄表收費難也成了水、電、氣部門經營管理上的問題,其原因主要有以下幾點:(1)入戶難:由於居民生活水平的提高、家庭財產價值越來越高、越來越重視隱私權等原因,用戶不希望被人打擾;同時入戶抄表隻能在早、晚居民休息時間,抄表人員實際可利用抄表時間較短,因而使抄表率、收費率達到專業公司要求很難,水、電、氣費漏抄、欠收、漏收嚴重,實際收費遠低於統計值,費用流失嚴重。
(2)水、電、氣部門負擔重:現行抄表收費結算方式給水、電、氣部門經營帶來困難。
(3)管理費用開支過高:如10萬戶燃氣用戶,抄表和管理人員有40~80人,年費用近100多萬元。特別是隨著城市的發展,抄表收費問題更為突出,嚴重製約了相關企事業單位的發展。
(4)抄表勞動強度加大:抄表收費人員工作條件差、效率低、勞動強度大;由於樓層越來越高、各住戶逐步裝修,所以入戶難,且隻能在早、晚入戶抄表收費;現行抄表收費大多是人工抄表、人工收費、手工結算,效率低、誤差大,已不適應企業管理現代化的要求。
(5)問題多:用戶、收費人員竊氣、竊水、竊電、作弊、拒交費用時有發生,造成各類費104用不能及時準確地收繳,如日供氣100萬立方米的能力下,收費率提高一個百分點,每年就可增收365萬立方米的氣費,而實際上少收、漏收遠高於此,有的地區高達20%以上,供水、供電更為嚴重。以某城市為例,國家規定供水漏收率為8%,而實際漏收率大於14%,如果能使漏收率降低1.5個百分點,即可增收1000多萬元。
根據建設部提出的小康型住宅小區規劃要求,今後要對新建和改建的住宅統一規劃,逐步實行水、電、氣三表出戶統一管理,實現微機自動監測、計量、收費。自動化抄表係統解決了這個難題。該係統徹底改變了傳統的居民住宅水、電、燃氣等生活耗能數據逐月入戶抄表收費方式,解決了城市住宅耗能管理的離散性和抄表數據人工處理及收費的煩瑣過程,從而節省了大量的人力,且避免了入戶抄表對居民用戶的幹擾。自動抄表係統主要由管理中心計算機及管理軟件、數據采集器組成,是一種智能化多用戶遠程集中抄表裝置。其原理是將原計量表的流量轉換為脈衝信號,該信號經傳輸線傳送至數據采集器,由數據采集器進行采集累計等處理,然後通過線纜傳輸到管理中心計算機,進行機計量表數據的自動處理。該係統的應用可將大量的住宅耗能信息集中統一管理,而管理機構隻需投入少量人員即可實現遠程集中抄表,並完成數據的采集、累計、費用計算、費用收取,實現住宅耗能計量的高質量管理。
6.4.2遠程集中抄表能夠解決的問題遠程集中抄表能夠解決的問題:(1)及時抄表:抄表不需入戶,燃氣公司可以根據需要設定係統自動定時抄表或隨時選取任意用戶抄表,不擾民;可以實現100%的抄表率,抄表精度高於99%;不會漏抄、欠收。
(2)周期短:縮短氣費回款周期,減少資金占用時間,可以實現資金的零占用,降低公司的財務成本,提升經營利潤。
(3)管理費用低:大大降低管理費用。仍以10萬戶燃氣用戶為例,抄表收費係統的管理維護人員隻需4~5人,隻及原來的5%~10%,除大量減少直接費用外也降低了管理大量員工的難度。
(4)降低公司經營風險:由於不需入戶抄表,杜絕了各種打著燃氣公司名義發生的違法犯罪現象,維護了公司的聲譽,減少了不必要的投入。
(5)杜絕人為損耗:對用戶燃氣表和使用狀況的實時監控可以從源頭上杜絕竊氣等現象。徹底排除用戶、收費人員竊氣、作弊、拒交費現象,如日供氣100萬立方米的能力下,收費率提高一個百分點,每年就可增收365萬立方米的氣費,而實際上增收遠不止此。
6.4.3自動抄表係統首先介紹一下自動化抄表係統和燃氣行業中經常用到的一些術語。
1.專業術語解釋(1)遠程抄表係統和計量收費係統遠程抄表係統和計量計費係統是燃氣結算數105量、信息采集、處理和監控係統,實現燃氣用量數據自動采集、計量異常、用氣分析和管理等功能。
(2)采集終端\/采集模塊燃氣表\/流量計信息采集終端是負責各信息采集點的燃氣信息的采集、數據管理、數據傳輸以及執行或轉發主站下發的控製命令的設備。采集終端按應用場合可分為廠站采集終端、工建用戶采集終端、居民用戶抄表終端等類型。
(3)中繼模塊\/中繼器是指能進行無線數據轉發的傳輸設備,可以是邏輯設備,也可以是獨立的硬件設備。
(4)手抄器是指能與主站、數據終端設備及表計進行數據交換的便攜式設備。(5)集中器集中器是指安裝於居民公共區域,收集所有燃氣表的數據,並進行存儲的設備。集中器能通過無極性兩芯總線方式與遠傳水表通信,讀取表計數據,並通過通信網絡自動抄表主站通信。
集中器主要具有以下功能和特點:1)數據采集功能通過M-BUS總線讀取直讀式遠傳水表數據信息。
2)數據存儲功能集中器具有大容量的存儲體,掉電後數據保證十年不丟失,可長期保存各種數據。數據存儲帶校驗措施,避免無效數據送出。集中器還存儲由主站或抄表機下發的表計地址、通信規約等運行參數。
3)時鍾功能集中器內置實時時鍾,以便滿足分時段計費的要求。時鍾可經主站進行設置和對時。
4)數據通信功能集中器配置四種通訊接口,實現與直讀式遠傳水表和主站的通訊。四個M-BUS接口,每個接口標準接入40塊表,共接入160塊(最多可接50塊表,總計200塊);1個RS232接口,用於現場維護與抄表機通訊;1個RS485接口,實現專線(兩芯屏蔽電纜)通訊;5)集中器可由自動抄表主站進行遠方維護,也可通過抄表機或筆記本電腦進行現場維護。包括設置、修改各種參數,監視集中器的狀態。
(6)主站主站是整個係統的管理中心,管理全係統的數據傳輸、數據處理和數據應用以及係統的運行和安全。它是一個包括軟件和硬件的計算機網絡係統。
(7)燃氣基表是指用於燃氣計量的基本單元,是一種通過內部可柔變的內膜倉來測定燃氣容積的燃氣容積表。
1)有線直讀遠傳燃氣表有線直讀遠傳燃氣表是一種以機械膜式燃氣表為計量基表,使用直讀傳感器采集用氣量,並通過有線通信方式將表計信息與外界設備進行數據交換的燃氣表。2)有線脈衝遠傳燃氣表有線脈衝遠傳燃氣表是一種以機械膜式燃氣表為計量基表,使用脈衝傳感器采集用氣量,並通過有線通信方式將表計信息與外界設備進行數據交換的燃氣表。3)有線直讀IC卡燃氣表有線直讀IC卡燃氣表是一種以機械膜式燃氣表為計量基表,使用直讀傳感器采集用氣量,以IC卡為媒體,加裝電子控製器和有線遠傳裝置所組成的一種具有預付費功能106和有線遠傳功能的燃氣表。4)有線脈衝IC卡燃氣表有線脈衝IC卡燃氣表是一種以機械膜式燃氣表為計量基表,使用脈傳感器采集用氣量,以IC卡為媒體,加裝電子控製器和有線遠傳裝置所組成的一種具有預付費功能和有線遠傳功能的燃氣表。
5)無線直讀遠傳(閥門可選)燃氣表無線直讀遠傳(閥門可選)燃氣表是一種以機械膜式燃氣表為計量基表,使用直讀傳感器采集氣量,並通過無線通訊方式將表計數據與外界設備進行數據交換的燃氣表。6)無線脈衝遠傳燃氣表無線脈衝遠傳燃氣表是一種以機械膜式燃氣表為計量基表,使用脈衝傳感器采集用氣量,並通過無線通訊方式將表計數據與外界設備進行數據交換的燃氣表。7)無線直讀IC卡燃氣表無線直讀IC卡燃氣表是一種以機械膜式燃氣表為計量基表,使用直讀傳感器采集用氣量,以IC卡為媒體,加裝電子控製器和無線遠傳裝置所組成的一種具有預付費功能和無線遠傳功能的燃氣表。8)無線脈衝IC卡燃氣表無線脈衝IC卡燃氣表一種以機械膜式燃氣表為計量基表,使用脈衝傳感器采集用氣量,以IC卡為媒體,加裝電子控製器和無線遠傳裝置所組成的一種具有預付費功能和無線遠傳功能的燃氣表。(8)收費方式1)預付費收費方式預付費收費方式是指用戶在使用業務之前必須預先支付費用,且該費用在用戶成功使用相應業務之後再給予實際扣除的收費方式。
2)金額型預付費金額型預付費是指用戶預先支付費用,且以金額方式輸入設備,並通過金額遞減方式實現的收費方式。
3)體積型預付費體積型預付費是指用戶預先支付費用,且以體積方式輸入設備,並通過體積遞減方式實現的收費方式。
4)後付費收費方式後付費收費方式是指用戶成功使用某業務之後再支付相應費用的收費方式。
5)代扣式後付費代扣式後付費是需要定期向某企業交費,並通過簽訂委托銀行代理扣交該費用的協議,進而實現費用自動扣交的付費方式。
6)上門式後付費上門式後付費是指經收費企業授權的人員進入用戶住所,並由收費人員直接收取現金的付費方式。
(9)安裝方式及類型1)戶內安裝戶內安裝是指表具安裝在用戶房間以內的位置特性。
2)戶外安裝戶外安裝是指表具安裝在用戶房間以外的位置特性。
3)安裝用戶安裝用戶類型是指用戶表具批量安裝的時間特性。
4)新戶安裝新戶安裝是指在特定時間內,所有安裝表具的用戶全是首次安裝。
1075)舊戶改造舊戶改造是指在特定時間內,所有安裝表具的用戶不全是首次安裝。
6)建築類型建築類型是指安裝表具的、建築的空間特性。
2.自動抄表係統簡介目前,自動化抄表係統的主流分類分為以下三種:按信號轉換方式分類、按照抄一次表方式分類、按照轉換信號傳輸的網絡分類。
(1)按信號轉換方式分類在抄表係統中,根據一次表的機械信號轉換成電信號的方式,可以將遠傳燃氣表分為脈衝式遠傳燃氣表、直讀式遠傳燃氣表和無線燃氣表三大類。
1)脈衝式遠傳燃氣表對於燃氣行業舊城改造工程的脈衝式氣表抄表,我們建議采用散戶數據局部集中,局部集中的數據選擇通過寬帶網或電話網傳輸到管理中心,散戶的數據局部集中,本方案采用脈衝式抄表技術解決,詳細情況請看圖6-5和係統說明。
係統結構圖:圖6-5脈衝式遠傳燃氣表係統結構圖係統說明:遠程集中抄表係統,集微電子技術、自控技術、通信技術及網絡技術於一體,采用集散結構,模塊化設計,所有設備均帶有微處理器,能獨立運行,集中器與采集終端或智能電表之間的通信采用電力載波或RS485技術,實現雙向數據傳輸,集中器與管理中心計算機之間的通信可通過RS232或市話線、無線數傳電台實現小區內或遠距離的數據通信。
係統管理軟件基於Windows98\/NT操作係統,采用Windows標準窗口界麵,所有功108能都有菜單,所有基本常用操作均提供工具條,非常方便,容易使用。支持客戶原有綜合管理係統,靈活支持不同客戶的獨特要求。係統軟件與係統硬件的無縫集成,構築了一個功能強大、穩定可靠、容易管理、數據精確、可擴展性極強的多功能水、電、氣表聯網管理係統。
遠程集中抄表係統具有多種通訊方式,組合靈活、擴充方便、獨特靈活的組網方式,適應於各種安裝使用環境,從不同角度滿足了用戶的多種需求,真正實現了能源計量的科學化管理。
遠程集中(脈衝式)抄表係統由管理計算機、集中器、采集終端、基表四級組成。
管理計算機:利用係統管理軟件,通過轄下的集中器隨時調用采集終端內任一表計的數據並進行處理,同時可以對係統內設備發出各種指令。
集中器:是整個自動抄表係統的橋梁,用於終端管理數據緩存,負責向上傳送采集終端的數據信息及向下傳達計算機對采集終端的各項指令,起上傳下達的作用。
采集終端:可采集並處理多個表計的脈衝信號及檢測信號,進行數據轉換和存貯,並接受來自集中器的指令,把各類數據上傳給集中器。
基表:通過發訊裝置將機械信號轉換為脈衝信號進行輸出。主站功能說明:費用管理:費用的統計、查詢、備份、報表、收費單的生成。
氣表管理:設置氣表原始參數、地址、費率及其狀態。
小區管理:設置小區有關參數。
用戶管理:管理和控製每戶的用量及結算方式等。
事務日誌:係統工作情況的保留、查詢。
分級管理:可以設定不同的管理操作人員及其權限。
定時抄表:對係統所有表計進行定時抄表,每天最少抄一次,抄表次數可設定並保留末次抄表數據。
實時抄表:實時抄取任一表計當前數據及狀態。
自動校時:定時抄表時自動校正係統內裝置的時間。
斷線檢測:信號線接觸不良或斷線時,係統自動顯示。
防磁功能:外界磁性物質靠近表計影響係統工作時,係統自動顯示。
數據保留:係統或某設備斷電時,數據長期保留。
斷電保護:停電時,終端保證正常工作時間不少於八小時(增加蓄電池容量可以增加後備供電時間)。
可按編號、地址、姓名、電話等信息查詢用戶資料。對用戶每月的用量進行統計並計算出金額。2)直讀式燃氣表對於燃氣行業舊城改造工程中,準備使用直讀式氣表抄表的項目,我們建議采用局部散戶數據集中,而集中後的數據,選擇通過寬帶網或電話網傳輸到管理中心(計算機)。局部散戶的數據集中方法,本方案采用RS485總線橋接分線盒到戶的直讀式抄表技術解109決。
係統結構圖:圖6-6直讀式燃氣表係統結構圖係統說明:直讀式集抄係統的工作過程大致是這樣的:投入運行後,係統進入“待命”狀態,此時隻有集中器和中繼器處於工作狀態,可以隨時接收來自管理中心的命令。如果集中器接收到來自上層的操作命令,或者集中器內預設的定時抄表時間到,係統即進入“工作”狀態,此時中繼器先接通各直讀表的電源,然後就可根據操作命令執行各項操作了。如果連續15分鍾(此時間可設置)內沒有新的操作,則係統自動返回“待命”狀態。
在日常情況下,管理層電腦不幹預係統的運行,由集中器根據預先設定的時間和次數對其下屬表計進行抄表,並對所抄數據按一定格式存儲在具有掉電保護功能的存儲器中。集中器對下的定時抄表次數至少每天1次。根據需要,管理層電腦可隨時讀取集中器中所儲存的數據;也可以通過集中器實時地對任一表計進行操作(如讀取抄表數據、執行通斷控製、設置相關參數等等)。管理層電腦對所讀取的數據作進一步處理後,向用戶提供查詢服務及輸出各種報表。橋接分線盒的好處在於,可有效地避免總線各戶串接出現斷路時,斷路之後的所有數據無法傳輸的情況發生。
集中器:數據集中層的作用是定時讀取和儲存下屬各表計的數據及傳遞實時操作命令。
中繼器:作用有兩個,一是向下屬的直讀式表計提供可控的工作電源;二是對通信線路上的信息進行中繼。該層的主要設備是中繼器(CRU)。
主站功能說明:①費用管理:費用的統計、查詢、備份、報表、收費單的生成。
②三表管理:不需設置表底數、表常數。
110③小區管理:設置小區有關參數。
④用戶管理:管理和控製每戶的用量及結算方式等。
⑤事務日誌:係統工作情況的保留、查詢。
⑥分級管理:可以設定不同的管理操作人員及其權限。
⑦實時抄表:實時抄取任一表計當前數據及狀態。
⑧自動校時:定時抄表時自動校正係統內裝置的時間。
⑨數據保留:係統或某設備斷電時,數據長期保留。
⑩可按編號、地址、姓名、電話等信息查詢用戶資料。對用戶每月的用量進行統計並計算出金額。3)工業用戶(大口徑表)解決方案本計量測控係統,適用於燃氣工業用戶大表分散且距離較遠的情況,我們采用測控終端,抄取的氣表數據,通過GPRS信道、電話網或局域網傳送給遠端的管理部門,作為結算依據。
係統組網圖:圖6-7工業用戶測控係統結構圖係統說明:測控終端:係列測控終端可按要求抄取現場一次儀表數據,並通過GPRS信道市話網或局域網傳送給遠端的管理部門。
主站:主站由前置機、主服務器和若幹工作站組成,一般情況下它們處於一個局域網中。主站中的前置機通過GPRS公網、局域網或市話網與遠程測控終端連接,實現雙向的數據傳輸任務。
111主站的各種服務器與前置機建議采用機架式PC服務器,其他相關配件也應使用機架式設備,以減少占地空間;前置機、應用服務和數據庫服務器有條件的話均應采用雙機備份係統;建議數據服務器的存儲係統采用磁盤陣列RAID;主站可選設標準GPS天文時鍾,以支持係統校時;軟件構成采用C\/S還是B\/S結構,由用戶需求決定;主站的公網接入點應考慮充分的安全防範措施。
前置機:通信監視:通信監視提供操作者察看前置機和主站、協議分析模塊、通信模塊和終端的通信內容,便於係統調試、分析。
前置機係統參數設置:前置機參數設置主要提供前置機心跳間隔、標準報文是否轉發等參數。
係統安全管理:前置機係統安全管理包括:前置機賬號管理、前置機操作記錄等。
終端參數:終端參數主要實現對終端的各項參數進行設置、查詢操作。終端參數包括:通信參數、測量點配置、測量點參數、任務參數、終端配置、終端功能查詢等。
主站功能:①采集燃氣大表的數據;②存儲器容量滿足存儲4台一次儀表的數據;掉電後能長期存貯數據信息;③能符合不同調度端,不同采集周期的計費數據要求;④可記錄並報告開機時間、關機時間、各模塊工作情況、電源故障、參數修改記錄等狀態信息及事件順序記錄,並可遠方查詢和當地查詢;⑤具有對時功能,能與主站或全球定位係統GPS對時(需硬件支持);⑥具有設備自診斷和接受遠方診斷的功能及聲和光的故障報警;⑦具有監控程序遠程升級功能;具有程序自恢複功能;⑧能適應電話通道、專線通道和數據網絡等多種通信方式,對於電話通道由軟件撥號;⑨具有當地或遠方參數設置功能;⑩具有密碼設計和權限管理功能,防止非法操作;具有異常檢測及報警功能;數據采集周期20s~600s可設定。(2)按照集中器抄表方式按照抄表的自動化程度可將抄表方式分為:人工集中抄表方式和集中器自動上傳方式。
1)人工集中抄表方式目前,燃氣行業居民戶用燃氣表大多采用先使用後抄表交費的管理模式,燃氣公司的抄表人員定期進行抄表、收費的工作。人工集中抄表方案可以解決抄表人員入戶難,抄表效率低的問題。
該方案居民用戶安裝了直讀式遠傳燃氣,將燃氣表通訊電纜組網,按照樹型結構布線後,在樓下安裝通道識別器,抄表人員使用抄表機直接連接到通道識別器上進行抄表。
112這樣抄表人員不用入戶就可完成遠程抄表工作,而且工作效率大大提高。抄表人員回到抄表中心後通過串口與抄表主站計算機通訊,可將抄表器中的所有數據傳輸到計算機。抄表器可至少保存10000塊表計數據。
該方案不設集中器,減少了集中器的投資,同時減少了集中器和自動抄表主站之間通訊的投資和維護。此方案比較符合當前的燃氣行業管理部門的管理模式以及抄表和係統維護人員技術的現狀。
人工集中抄表係統示意圖如下:圖6-8人工集中抄表係統示意圖主要設備選擇:直讀式遠傳燃氣表、通道識別器、抄表器及轉換器、直讀式自動抄表主站軟硬件。直讀式遠傳燃氣表和通道識別器安裝在居民用戶現場;抄表機和轉換器為抄表員配置,一個抄表員配置一套,燃氣公司可根據公司直讀式遠傳燃氣表的安裝情況確定抄表員的數量;直讀式自動抄表主站軟硬件安裝在燃氣公司內,隻需一套。
2)自動抄表方式該方案居民用戶安裝了直讀式遠傳燃氣表,將燃氣表通訊電纜組網,按照樹型結構布線後,在樓下安裝集中器,當抄表中心與用戶端之間有了專門的通訊手段,采用遠程自動抄表方案可以實現對居民用氣的實時抄表和控製,替代現有抄表人員的工作,大大提高了燃氣抄表、收費管理的自動化水平。
集中器遠程自動抄表方案綜合示意圖如下:113圖6-9集中器遠程自動抄表方案綜合示意圖根據主站和集中器的距離遠近可以分為以下通訊方式:a.距離較近時采用:有線方式集中器:RS-485專線型圖6-10有線式集中器遠程自動抄表方案綜合示意圖b.距離較遠時采用:公用電話網通過撥號MODEM方式通訊、GPRS無線通訊、寬帶網、ISDN等網絡方式通訊。通訊示意圖如圖6-15所示。
集中器:modem撥號型(1)—基本方式114集中器:小無線通訊型集中器:GPRS型集中器:寬帶通訊型圖6-11集中器遠程自動抄表方案綜合示意圖115主要設備選擇:直讀式遠傳燃氣表、集中器、通訊控製器、直讀式自動抄表主站軟硬件、通訊設備。上述設備,直讀式遠傳燃氣表、集中器和通訊控製器安裝在居民用戶現場;直讀式自動抄表主站軟硬件和通訊設備安裝在燃氣公司內,隻需一套。
(3)按照信號傳輸網絡分類無線自動抄表係統是一種先進高效的計量管理手段。采用低功耗無線通信技術,實現對燃氣計量表具的自動抄讀和監控,解決上門入戶抄表帶來的擾民、數據上報不及時、管理不便等難題。
圖6-12無線自動抄表係統示意圖特征與益處:抄表自動化,收費網絡化,管理人性化。
全自動、網絡化抄表收費係統,完全不用上門,更不用入戶;抄表網絡實現多級路由,適合各種複雜建築結構和地形條件;終端表具超低功耗,無需內置電池,用戶電池壽命1年以上;多種抄表方式無縫切換:自動化網絡抄表、手持抄表、小區集中抄表、移動抄表等;抄表效率極高;支持預收費,網絡化接口提供銀行或者物業代收費等;對終端用戶表具完全監控,可以隨時調整預付費表的費率;與其他燃氣表的比較它的優勢在於:相比傳統燃氣表,不用入戶抄表,並且有強大的監控功能,遠程控製用戶表具閥門。
116相比IC卡預付費表,可以解決“長通閥”、竊氣、囤氣以及產銷差問題。
相比其他遠程抄表係統,無線遠傳抄表係統不需增加額外的布線,安裝實施方便。與普通手抄遠傳燃氣表比較它的優勢在於:普通手抄燃氣表實現了不入戶抄表,但是抄表人員必須到樓前抄表,所以不是真正的自動化抄表。WAMR實現了完全意義上的自動化抄表。普通手抄燃氣表抄表距離近,WAMR通過多級路由,可以將集中器抄表半徑拓展到至少2公裏範圍,而集中器(GPRS\/CDMA)的通信距離不受限製。
WAMR包括路由器、集中器、抄表\/監控\/收費軟件,構成完整係統,實現更高級的管理功能。它一般應用於新建小區,直接采用無線遠傳表,建設無線自動抄表係統。老表改造,可在原表上加裝具有計量采樣功能的無線模塊和路由器、集中器實現自動抄表係統。係統詳細介紹如下。
係統組成包括:無線遠傳燃氣表、手持抄表器、無線路由器、無線集中器、無線抄表收費軟件。
1)無線遠傳燃氣表功能:超低功耗,靜態電流<20uA;計量精確;防破壞、防竊用,表具自動檢測通信故障、磁幹擾等,如有故障發生,氣量不足或欠費等,自動關閉閥門;故障及時上報,發生故障時,表具及時報警、關閥,並將故障上報監控中心;具有預付費功能;內置IC卡功能。
2)無線抄表的功能包括:批量自動抄或點對點抄、數據存儲與交換、表具故障診斷、參數設置。3)無線路由器:供電方式:220V市電或太陽能電池板;通信距離:300~500米;防護等級:IP65;即裝即用,無需特殊配置;可故障診斷。
4)無線數據集中器遠程通信方式:GPRS\/CDMA、RS232;供電方式:220V市電或太陽能電池板。
6.4.4自動抄表主站軟件自動抄表主站軟件大部分采用先進的MicrosoftWindows2000操作係統和Office2000應用平台,可滿足顧客當前和未來的擴展需求。
直讀式自動抄表主站係統的人機界麵如下:117主要功能包括:數據采集及處理、定時抄取居民用戶燃氣表窗口顯示值數據、即時抄取居民用戶燃氣表、窗口顯示值數據、統計當月用氣量數據、指定抄表日用氣量(抄表日可設置)、對數據進行統計分析,判斷用氣量等是否異常、對總表的數據與居民用戶直讀式遠傳燃氣表的數據進行統計分析,判斷水供應的損耗情況。校時功能,係統主機時鍾校準所有集中器時鍾和抄表器時鍾。圖形分析,近30日用量曲線。報表打印:用戶清單、儀表清單、用戶每月用氣量報表、費用清單,可用作收費單據、數據安全:操作員權限設置、用戶口令管理、儀表密碼管理、運行狀態監視、監視每個集中器的通信狀態和工作118狀態,如有異常則報警並形成事件記錄。
監視直讀式遠傳氣表通信狀態。集中器將每塊表的通信狀態傳送給主站,係統可以判斷每塊氣表當前的通信狀態,對於不能抄取數據的氣表,可以報警和進行事件記錄。
6.4.5係統可靠性可靠性是本係統設計中所考慮的重要問題。在設計中采取了一係列軟、硬件措施來保證係統的可靠性。
1.電源電源是維持整個係統正常運行的必要條件,係統采用了以下供電方法:(1)220V交流供電:係統將220V交流電壓轉換成穩定的12V直流電壓後供係統工作。
(2)UPS供電:當220V交流供電出現故障時,UPS為係統提供電源。根據維持係統工作的時間要求來配置UPS的蓄電池數量。
(3)數據采集器內有可充電電池供電(可選)。另外,本係統采用當今先進技術,在所有電源都突然斷掉後,也能夠把數據正確地存儲起來。
可靠供電是自動抄表係統正常運行的基礎,為此分別為調度控製中心係統和壓力監測點選配在線式不間斷電源係統(UPS)和電池設備,以保障係統的不間斷供電。
配備性能穩定可靠的UPS電源係統為調度控製中心的計算機係統供電,UPS供電電壓為220V±10%AC,50±1Hz,電流20A。在外電源斷電的情況下,UPS能保證調度控製中心的計算機係統的主要設備4小時的正常工作時間。UPS具有自動\/手動旁路功能。
配置示意圖如圖6-13:圖6-13調度控製中心電源配置示意圖2.遠傳耗能表信號本係統采用12V電源為耗能表的工作電源,極大地加強了遠傳耗能表信號的抗幹擾能力及遠傳能力;有軟件濾波功能。使本係統保證了遠傳信號的準確累計。
3.數據通訊管理中心和數據采集器之間采用專用加強型RS485通訊接口,是一般485負載能力的4倍,具有很強的抗共模幹擾能力,同時通訊數據采用多種校驗,從而保證數據傳輸的正確性。
1197.1燃氣的燃燒計算燃燒計算是燃氣燃燒應用的基礎。它為工業及民用燃燒設備的設計提供可靠的依據。燃氣燃燒計算包括三方麵內容:(1)確定燃氣的熱值;(2)計算燃燒所需的空氣量及產生的煙氣量;(3)確定燃燒溫度和繪製焓溫圖。
7.1.1燃燒及燃燒反應計量方程式對於氣體燃料來說,燃燒是指氣體中的可燃成分在一定條件下與氧發生劇烈的氧化作用,並產生大量的熱和光的物理化學反應過程。
燃燒反應計量方程式是進行燃燒計算的依據。它可以表示出燃燒反應前後,燃氣中的各種可燃物質與其燃燒產物之間的量值比例關係。任何一種形式的碳氫化合物CmHn的燃燒反應方程式都可以用以下通式表示:CH+?
n÷
n7-1?
?
2m22H()mnèm?
式中:H—1molCmHn為完全燃燒後所放出的熱量。
7.1.2燃氣熱值的確定在工業與民用燃氣應用設備中,煙氣中的水蒸氣通常是以氣體狀態排出的,因此,實際工程中經常用到的是燃氣的低熱值。有時為了進一步利用煙氣中的熱量,把煙氣冷卻至其露點溫度以下使水蒸氣冷凝,隻有這時才用到燃氣的高熱值。
實際使用的燃氣是含有多種組分的混合氣體。混合氣體的熱值一般由各單一氣體的熱值計算得出。
7.1.3燃燒所需空氣量燃燒所需的氧一般是從空氣中直接獲得的。若不考慮空氣中含有的少量的二氧化碳和其他稀有氣體,幹空氣的容積成分可按含氧氣21%、含氮氣79%計算。在燃氣的燃120燒過程中要供給適量的空氣,過多或過少都會對燃燒產生不利影響。
1.理論空氣需要量理論空氣需要量是指按燃燒反應計量方程式,1m3(或1kg)燃氣完全燃燒所需的空氣量,是燃氣完全燃燒所需的最小空氣量,單位為m3\/m3或m3\/kg。
當燃氣組分已知時,可根據各組分的反應方程式,按下式計算燃氣燃燒所需的理論空氣量:V
1?
?
[2
?mn÷22]
()0
=21è
?mn0.5H+0.5CO+∑+4CH+1.5HS-O7-2式中:V0—理論空氣需要量,3幹空氣\/3幹燃氣;2、、mn、2m
m—燃氣中各種可燃組分的容積成分;HCOCHHSO2—燃氣中氧的容積成分。
一般情況下,燃氣的熱值越高,燃燒所需的理論空氣量就越多。
2.實際空氣需要量理論空氣需要量是燃氣完全燃燒所需的最小空氣量。由於燃氣與空氣的混合很難達到完全均勻,如果在實際燃燒裝置中隻供給理論空氣量,則很難保證燃氣與空氣的充分混合、接觸,因而不能完全燃燒。因此,實際供給的空氣量應大於理論空氣需要量,即要供應一部分過剩空氣。過剩空氣的存在增加了燃氣分子與空氣分子接觸的機會,也增加了其相互作用的機會,從而促使其燃燒完全。
實際供給的空氣量V與理論空氣需要量V0之比稱為過剩空氣係數α,即()αV\/V0=
7-3通常α>1。實際中,α的取值取決於所采用的燃燒方法及燃燒設備的運行狀況。在工業設備中,α一般控製在1.05~1.2;在民用燃具中,α一般控製在1.3~1.8。
在燃燒過程中,正確選擇和控製α值的大小是十分重要的,α過小或過大都會導致不良後果;α過小會導致不完全燃燒,造成能源的浪費和對環境的汙染;α過大則使煙氣體積增大,爐膛溫度與煙氣溫度降低,導致換熱設備換熱效率的降低與排煙熱損失的增大,同樣造成能源的浪費。因此,先進的燃燒設備應在保證完全燃燒的前提下,盡量使α值趨近於1。
7.1.4完全燃燒產物的計算燃氣燃燒後的產物就是煙氣。當隻供給理論空氣量時,燃氣完全燃燒後產生的煙氣量稱為理論煙氣量。理論煙氣的組分有CO2、H2O和N2。一些燃料中含有一定的硫分,則在它們的燃燒產物中還含有SO2。由於在做氣體分析時,CO2和SO2的含量經常合在一起,而產生CO2和SO2的化學反應式也有許多相似之處,因此,通常將CO2和SO2合稱為三原子氣體,用符號RO2表示。當有過剩空氣時,煙氣中除上述組分外還含有過剩空氣,這時的煙氣量稱為實際煙氣量。如果燃燒不完全,則除上述組分外,煙氣中還將出現CO、CH4、H2等可燃組分。
根據燃燒反應方程式,可以計算出燃氣中各可燃組分單獨燃燒後產生的理論煙氣量。
1211.
α=1時)理論煙氣量(1
()三原子氣體體積+
=0.01CO+CO+∑CH+HSVRO2=
VCO2VSO2(
2mmn2)mm式中:VRO2—三原子氣體體積,3\/3幹燃氣;CO和
SOmmVCO2、VSO2—2
2的體積,3\/3幹燃氣。
2()水蒸氣體積n
0+
VH2O=0.01H+HS+∑2CH+120[
22
mn(dgV0da)]mm式中:V0H2O—理論煙氣中水蒸氣的體積,3\/3幹燃氣;kgmdg—燃氣的含濕量,\/3幹燃氣;kgmda—空氣的含濕量,\/3幹空氣;HHSCH2、2、mn—燃氣中各種可燃組分的容積成分;V0—理論空氣需要量,m3幹空氣\/m3幹燃氣。(3)氮氣體積VN2=0.79V0+0.01N20
式中:V0N2mm—理論煙氣中氮氣的體積,3\/3幹燃氣;N2—燃氣中氮的容積成分。
()理論煙氣總體積4
00
0Vf=VRO2+VH2O+VN2mm式中:V0f—理論煙氣量,3\/3幹燃氣。
2.
α>1時)實際煙氣量(1
7-4()三原子氣體體積計算,同式()。
(2)水蒸氣體積V=0.01[H+HS+∑nCH+120(d+aVd)]HO222mng0a2
式中:VHO—實際煙氣中水蒸氣的體積,m3\/m3幹燃氣;2
α—過剩空氣係數。(3)氮氣體積VN=0.79αV0+0.01N22
式中:VN—實際煙氣中氮氣的體積,m3\/m3幹燃氣。
2(4)過剩氧體積VO=0.21(α-1)V02
式中:VO—實際煙氣中過剩氧的體積,m3\/m3幹燃氣。
2(5)實際煙氣總體積Vf=VRO+VHO+VN+VO2222式中:Vf—實際煙氣量,m3\/m3幹燃氣。
3.煙氣的密度在標準狀況下煙氣的密度可按下式計算:
(7-4)(7-5)(7-6)(7-7)(7-8)(7-9)(7-10)(7-11)122ρf+1293+
+()0
ρgdr.αV0(dgαV0da):—=
Vf7-12\/;ρ
kgm式中0f標準狀態下煙氣的密度3kgmρgdr—燃氣的密度,\/3幹燃氣;α—過剩空氣係數;m
mV0—理論空氣需要量,3幹空氣\/3幹燃氣;kgmdg—燃氣的含濕量,\/3幹燃氣;kgmda—空氣的含濕量,\/3幹空氣;mmVf—實際煙氣量,3\/3幹燃氣。
7.1.5燃氣燃燒溫度燃氣燃燒時所放出的熱量加熱煙氣,使之能到達的溫度稱為燃氣的燃燒溫度。它由燃燒過程的熱量平衡來確定。
一定比例的燃氣和空氣進入爐內燃燒,它們帶入的熱量包括兩部分:①由燃氣和空氣帶入的物理熱(燃氣和空氣的熱焓Ig和Ia);②燃氣的化學熱(熱值Hl)。而熱平衡的支出項包括:①煙氣帶走的物理熱(煙氣的熱焓If);②向周圍介質散失的熱量Q2;③由於不完全燃燒而損失的熱量Q3;④煙氣中的CO2和H2O在高溫下分解所消耗的熱量Q4。由此可列出燃燒過程的熱平衡方程式:+
+=+
++
713HlIgIaIfQ2Q3Q4(-)kJm式中:Hl—燃氣的低熱值,\/3幹燃氣;kJmIg—燃氣的物理熱,\/3幹燃氣;kJm1mIa—3幹燃氣完全燃燒時由空氣帶入的物理熱,\/3幹燃氣;1mkJmIf—3幹燃氣完全燃燒後所產生的煙氣的焓,\/3幹燃氣。
7-14其中:Ig=
(cg+120.cH2Odg)tg()=
+1207-15=
IaαV0(ca.cH2Oda)ta()If(VRO2cRO2+
++
7-16VH2OcH2OVN2cN2VO2cO2)tf()式中:cg、cH2O、ca、cRO2、cN2、cO2—分別為燃氣、水、空氣、三原子氣體、氮氣和氧氣的平kJmK
1.20均定壓容積比\/3·;mkg—水蒸氣的比容,3\/;kgmdg、da—燃氣、空氣的含濕量,\/3幹燃(空)氣;tg、t、tf—、
、,;a
燃氣空氣煙氣的溫度℃
VRO2、VH2O、VN2、VO2—1m3幹燃氣完全燃燒後所產生的三原子氣體、水蒸氣、mm氮氣、氧氣的體積,3\/3幹燃氣。
由此可以得到煙氣的實際燃燒溫度:+120---()tf+
(cg+120+
=Hl.cH2Odg)tgαV0(ca.cH2Oda)taQ2Q3Q47-17VcVcVcVcRO2RO2+H2OH2O+N2N2+O2O2為了比較燃氣在不同條件下的熱力特性,假設出多種簡化了的熱平衡條件,從而得到了不同定義的燃燒溫度:123(1)熱量計溫度tc假設燃燒過程在絕熱條件下(Q2=0)進行,且完全燃燒(Q3=0),忽略煙氣成分的高溫分解(Q4=0),由燃氣和空氣帶入的全部熱量完全用於加熱煙氣本身,這時煙氣所能達到的溫度稱為熱量計溫度tc,即:+120()tc+
(cg+120+
=Hl.cH2Odg)tgαV0(ca.cH2Oda)ta7-18VcVcVcVc2
RO2RO2+H2OH2O+N2N2+O2O21
()燃燒熱量溫度ther在上述()的假設條件下,若不計燃氣和空氣帶入的物理熱==0=1(IgIa),並且假設a,得到的煙氣溫度稱為燃燒熱量溫度ther,即:7-19=VcVcVcVctherHl()RO2RO2+H2OH2O+N2N2+O2O2可見,ther隻與燃氣組成有關,即取決於燃氣性質,所以它是燃氣的熱工特性之一,是從燃燒溫度的角度評價燃氣性質的一個指標。
3在絕熱且完全燃燒的條件下,所得到的煙氣溫度稱為理論燃()理論燃燒溫度th燒溫度th,即:+
(cg+120+
+120-
()th=
Hl.cH2Odg)tgαV0(ca.cH2Oda)taQ47-20VcVcVcVcRO2RO2+H2OH2O+N2N2+O2O2th是燃氣燃燒過程控製的一個重要指標。它表明某種燃氣在一定條件下燃燒,其煙氣所能達到的最高溫度。
4()實際燃燒溫度tact實際燃燒溫度與理論燃燒溫度的差值隨工藝過程和爐窯結構的不同而不同,很難精確地計算出來。人們根據長期的實踐經驗,得出了實際燃燒溫度的經驗公式:=
7-21:—。
tactμth(),
=0.65~0.85;式中μ高溫係數對於一般燃氣工業爐窯可取μ無焰燃燒器的火道,可取μ=0.9。
7.2燃氣燃燒過程7.2.1燃氣燃燒反應機理絕大多數化學反應的機理都十分複雜,它們並不是按照反應方程式由反應物一步就獲得生成物的,而是要經過複雜的中間過程,產生各種中間活性產物(或稱活化中心),一步步完成的。
物質能量在分子間的分布總是不均勻的,總存在一些不穩定的分子。參與反應的物質中的這些不穩定分子在碰撞過程中不斷率先變成化學上很活躍的質點—活化中心,這些活化中心大多是不穩定的自由原子和遊離基。活化中心與穩定分子相互作用的活化能是不大的,從而使化學反應避開了高能的障礙。因此,通過活化中心來進行反應,比原來的反應物直接反應容易得多。
124(7-22)(7-23)(7-24)通過活化中心與穩定分子的反應,又會不斷形成新的中間活性產物。因此,一旦中間活性產物形成,不僅本身發生化學反應,而且還會導致一係列新的活化中心的生成,就像鏈鎖一樣,一環扣一環地相繼發展,使反應一直繼續下去,直到反應物消耗殆盡或通過外加因素使鏈環中斷。
燃燒反應過程中,每一鏈環都有兩個或更多個活化中心可以引出新鏈環、鏈形分支,使反應速度急劇增長,這種鏈反應稱為支鏈反應。一旦著火,燃燒反應即具有不斷分枝、自動加速的特性。
燃燒反應的過程都很複雜,人們隻對最簡單的氫和氧的反應機理較為清楚。從化學計量方程式2H2+O2=2H2O來看,按照分子熱活化理論,要使三個穩定的分子同時碰撞並發生反應的可能性是很小的。試驗表明,在氫和氧的混合氣體中,存在一些不穩定的分子,它們在碰撞過程中不斷變成化學上很活躍的活化中心(H、O、OH基)。通過活化中心進行反應,比原來的反應物直接反應容易很多。
最初的活化中心可能是按下列方式得到的:H2+O2→2OHH2+M→H+H+MO2+O2→O3+O式中:M—與不穩定分子碰撞的任一穩定分子。
活化中心與穩定分子相互作用的活化能是不大的,故在係統中可發生以下反應:2
()
H+O→O+OH7-252
()
H+O→H+OH7-262
2(
)H+OH→H+HO7-27在上麵三個基元反應中,(7-25)式的反應較(7-26)、(7-27)慢些,因此它的反應速度是決定性的。氫和氧的鏈鎖反應可以用如下的枝狀圖來表示:O+H2→H→HH
→OH+H2+
O2
2→H2O→HOOH+H2→H從一個氫原子和一個氧分子開始,最後生成兩個水分子和三個新的氫原子。新的氫原子可以成為另一個鏈環的起點,使鏈反應繼續下去;也可能在氣相中或在容器壁上銷毀。銷毀的方式可以是:2H+M→H2+M(7-28)H+OH+M→H2O+M(7-29)如果上述鏈環中形成的三個活化中心都銷毀了,鏈反應就在這個環上中斷。
7.2.2燃氣的著火與點火燃燒反應能夠進行必須具備一定的能量條件,即必須有一個能量積聚的吸熱準備125過程。
除了在一定條件下會自發進行的自燃著火外,在實際工程中更廣泛采用的是用強製點火的方法引燃可燃氣體混合物。常見的著火源有電火花、小火焰及電熱線圈等。若要點火能夠成功,首先應使局部的可燃氣體著火燃燒,形成初始的火焰中心,然後還要保證初始火焰中心能向其他未燃區傳播開去。下麵以電火花點火為例說明點火成功所必需的條件。
把兩個電極放在可燃混合物中,通電打出火花釋放出一定能量,使可燃混合物被點著,稱為電火花點火。電火花可以使局部氣體溫度急劇上升,因此火花區可當做灼熱氣態物體,成為點火熱源。當放電電極間隙內的可燃混合物的濃度、溫度和壓力一定時,若要形成初始火焰中心,放電能量必須達到一最小值。這個必要的最小放電能量稱為最小點火能Emin,初始火焰中心形成以後,大初始火焰中心對電極的散熱,以至於火焰不能向周圍混合物傳播。因此,電極間的距離不宜過小。當電極間距小到無論多大的火花能量都不能使可燃混合物點燃時,這個最小距離就稱為熄火距離dq。
圖7-1表示出了點火能與電極間距之間的關係。另外,最小點火能Emin與熄火距離dq的最小值一般在化學計量比附近,同時Emin及dq隨混合物中燃氣含量的變化曲線均呈U形,如圖7-2、7-3所示。由圖7-2可看出,天然氣所需點火能高,而且點火範圍也窄,因此較難點著;而含氫量較高的人工燃氣則易於點火。
圖7-1點火能與電極間距的關係曲線圖7-2人工燃氣與天然氣最小點火能的比較圖7-3熄火距離隨天然氣—空氣混合物組成的變化1267.2.3燃氣燃燒的火焰傳播1.火焰的傳播方式火焰的傳播有三種形式:正常的火焰傳播、爆炸和爆燃。燃氣在工業和民用燃燒設備中的燃燒過程都屬於正常火焰傳播過程,在工程中常見的是紊流狀態下的火焰傳播。
當某一局部可燃混合物被點燃後,在著火處就形成一層極薄的燃燒焰麵。這層焰麵燃燒放出大量熱,加熱臨近的可燃氣體混合物,使其溫度升高,當達到著火溫度時,就開始著火形成新的焰麵。這樣,焰麵就不斷向未燃氣體方向移動,使每層氣體都相繼經曆加熱、著火和燃燒的過程,從而把燃燒擴展到整個混合氣體中去,這種現象就稱為(正常)火焰的傳播。
2.法向火焰傳播速度Sn火焰處於靜止或層流狀態下的可燃氣體混合物中的傳播速度與氣流向管壁的散熱有關。管徑越大,管壁散熱對火焰傳播速度的影響就越小,火焰傳播速度就越大。當管徑大到一定程度時,可以近似認為散熱影響消失,這是火焰傳播速度趨近於一最大值,該值稱為法向火焰傳播速度Sn。法向火焰傳播速度的物理意義是單位時間內在單位火焰麵積上所燃燒的可燃混合物體積,有時也稱為燃燒速度。
在一定溫度、壓力下,法向火焰傳播速度Sn的大小由可燃混合物的物理化學性質所決定,它是一個物理化學常數。在靜止介質或層流氣體下,可燃混合物的Sn很小,一般為每秒若幹厘米。即使是Sn最大的氫氣,其數值也隻有每秒幾米而已。單一可燃氣體與空氣的混合物在常溫時Snmax如表7-1所示。
7-1Sn表
單一可燃氣體與空氣混合物在常溫時的max單一氣體化學式H
COCHCHCHCHCHCHCHCH2
42
22
42
63
63
84
84
10最大火焰傳播速度2.80.560.381.520.670.430.50.420.460.38Snmax(\/)ms最大火焰傳播速度時一次0.570.460.9—
0.850.90.91.001.001.00空氣係數影響法向火焰傳播速度Sn的因素主要有以下幾個方麵:(1)可燃混合物的性質包括可燃混合物的導熱係數及分子結構等。通常可燃混合物的導熱係數越大,其Sn值也越大。從分子結構上看,越是不飽和的碳氫化合物,Sn越大。其一般規律是:(Snmax)炔烴>(Snmax)烯烴>(Snmax)烷烴。但所有烴類燃氣的Sn值並無數量級的差別。