Как фундаментальный компонент производственных процессов, горелки играют ключевую роль в обеспечении тепловой энергией. Их надёжная и безопасная работа зависит от ряда факторов, среди которых особое значение имеет правильный выбор газовой рампы. Газовая рампа отвечает не только за подачу топлива к горелке, но и непосредственно влияет на эффективность, стабильность работы и безопасность системы.При выборе подходящей газовой рампы для горелки необходимо учитывать такие параметры, как тип газа, требуемое давление и расход газа, протяжённость газопровода, а также требования к безопасности. Игнорирование этих факторов может привести к снижению эффективности, повышению рисков, связанных с безопасностью, и увеличению эксплуатационных расходов.Цель данной статьи — предоставить комплексное руководство по выбору подходящей газовой рампы для промышленной горелки с рассмотрением технических принципов, применимых стандартов и конструктивных требований, чтобы обеспечить оптимальное соответствие конкретным требованиям промышленных горелок.

Роль газовой рампы в работе промышленной горелки

Газовая рампа горелки обеспечивает надлежащую подачу газа от источника питания к горелке с требуемыми давлением и расходом. Любая нестабильность давления или задержка подачи топлива могут привести к нарушению работы горелки, снижению её эффективности или даже остановке производственного процесса. Поэтому газовая рампа должна быть тщательно спроектирована и подобрана с учётом специфических требований конкретной горелки.

Основные факторы при выборе газовой рампы для горелки

К основным факторам относятся параметры, обеспечивающие безопасную и эффективную работу системы газоснабжения. Выбор газовой рампы для горелки зависит от таких характеристик, как тип газа, рабочее давление, требуемый расход газа, длина трубопровода и потери давления. Каждый из этих параметров играет важную роль в проектировании и эксплуатации газовой рампы.Тип газа: Вид используемого газа — природный газ, пропан, бутан или газовые смеси — определяет технические характеристики газовой рампы горелки. Например, природный газ обычно подаётся при низком или среднем давлении, тогда как для сжиженных газов требуются газопроводы и компоненты, рассчитанные на более высокие давления.Рабочее давление: Промышленные горелки требуют подачи газа с определённым давлением, которое должно обеспечиваться газовой рампой.Требуемый расход газа: В зависимости от типа и области применения промышленным горелкам требуется определённый объём газа в единицу времени. Диаметр газопровода необходимо выбирать таким образом, чтобы обеспечить требуемый расход при минимально возможных потерях давления.Длина трубопровода и потери давления: С увеличением длины трубопровода возрастают потери давления. При проектировании газовых рамп для больших расстояний может потребоваться применение труб большего диаметра или установка станций повышения давления.

Соответствующие стандарты и нормативные требования

Выбор и проектирование газовой рампы горелки должны осуществляться в соответствии с применимыми национальными и международными стандартами и нормативными требованиями. 

К основным стандартам относятся:

ASME B31.8: Газопроводы систем транспортировки и распределения газа.

API 5L: Бесшовные и сварные трубы для трубопроводных систем.

NFPA 54: Национальный норматив по газовым топливным системам (National Fuel Gas Code).

Иранский национальный стандарт 7595 (эквивалент BS EN 676:2008): Стандарт распространяется на газовые горелки с вентилятором и устанавливает требования к применению и оснащению газовой рампы.

В соответствии с Иранским национальным стандартом 7595 (эквивалент BS EN 676:2008) все компоненты газовой рампы горелки, расположенные после ручного регулирующего клапана, должны быть рассчитаны на давление подачи газа и оснащены соответствующими предохранительными устройствами, предотвращающими возникновение избыточного давления.Все компоненты газовой рампы, предназначенные для работы с опасными газами, должны изготавливаться из материалов, обладающих соответствующей прочностью, стойкостью и долговечностью.Инструкции по техническому обслуживанию должны содержать информацию о периодичности проведения технического обслуживания, а также о рекомендуемом сроке службы или допустимом количестве рабочих циклов оборудования, необходимых для обеспечения безопасной эксплуатации.

Иранский национальный стандарт 7595 для оборудования газовой рампы горелки

Соблюдение иранских национальных стандартов, таких как стандарт 7595, регулирующий требования к оборудованию системы газоснабжения горелок, обеспечивает безопасность и эффективность работы системы. Данный стандарт содержит технические требования к клапанам, фильтрам, регуляторам давления и предохранительным устройствам защиты от избыточного давления.

Ручной запорный клапан

Перед всеми регулирующими и управляющими устройствами должен быть предусмотрен ручной быстродействующий запорный клапан, предназначенный для полного отключения подачи газа к горелке.Несмотря на то, что данный клапан не входит в комплект поставки горелки, в инструкции производителя должно быть чётко указано требование о его обязательной установке.Кроме того, горелки должны быть оснащены такими ручными запорными клапанами, поскольку они необходимы для обеспечения правильного и безопасного запуска и эксплуатации горелки.

Фильтр / сетчатый фильтр

На входе перед запорным клапаном должен быть установлен фильтр или сетчатый фильтр (фильтр-грязевик) для предотвращения попадания посторонних частиц и загрязнений в газовую арматуру.Максимальный размер отверстий сетки фильтра не должен превышать 5,1 мм, при этом размер ячейки сетки должен обеспечивать невозможность прохождения частиц диаметром более 1 мм.

Регулятор давления газа

Для обеспечения нормальной работы и безопасного запуска горелки подаваемый газ должен проходить через регулятор давления газа. Регулятор должен обеспечивать стабильное давление на основном газовом сопле горелки мощностью более 2 кВт.Основная горелка и запальная горелка (пилотная горелка) могут регулироваться и управляться независимо друг от друга.

Доступ к регулятору давления

Доступ к регулятору давления должен быть организован таким образом, чтобы обеспечить возможность его удобной регулировки. При этом должны быть предусмотрены меры, исключающие несанкционированное изменение настроек.После регулятора давления газа должен быть установлен предохранительный клапан, при этом сброс газа через предохранительный клапан должен осуществляться в безопасную зону.

Устройства защиты от избыточного давления газа

Если регулятор давления газа не установлен или демонтирован из системы, необходимо предусмотреть защитное устройство, предотвращающее возникновение чрезмерного давления газа.Данное устройство, известное как запорный предохранительный клапан, должно перекрывать подачу газа к горелке в случае отказа регулятора давления.

Устройства защиты от низкого давления газа

Горелка должна быть оснащена устройством защиты от низкого давления газа, обеспечивающим контролируемое и безопасное отключение горелки в случае снижения давления газа ниже установленного предельного значения.

Автоматические запорные клапаны

Каждая горелка должна иметь два автоматических предохранительных запорных клапана, установленных последовательно.В случаях, когда основное пламя воспламеняется от запальной (пилотной) горелки, подача газа на запальную горелку должна контролироваться одним из следующих способов:

• Подача газа должна находиться под контролем основного предохранительного запорного клапана, установленного после него, и быть оснащена ограничителем расхода газа на пилотную горелку.
• Подача газа должна находиться под контролем предохранительных запорных клапанов.

Система контроля герметичности (система проверки клапанов)

Система контроля герметичности (Valve Testing System) применяется для горелок мощностью свыше 1200 кВт и предназначена для проверки электромагнитных клапанов на герметичность после каждого отключения горелки.Проверка герметичности также проводится перед повторным запуском горелки после любого сбоя или отключения электропитания.Проверка выполняется в два этапа:Этап 1: При контролируемом отключении электромагнитный клапан V1 немедленно закрывается, в то время как клапан V2 остаётся открытым в течение короткого времени. Это приводит к снижению давления между V1 и V2 через дроссельную (дисковую) заслонку. После закрытия клапана V2 давление между V1 и V2 должно оставаться постоянным, без дальнейшего падения.Этап 2: Электромагнитный клапан V1 кратковременно открывается, в результате чего давление между V1 и V2 повышается. В течение всего периода проверки давление между клапанами не должно опускаться ниже установленного давления газового реле давления.Если давление опускается ниже установленного значения или давление между двумя клапанами снижается на первом этапе проверки, система контроля герметичности блокирует газовый контур.

Введение в оборудование газовой рампы горелки

Газовая рампа горелки состоит из различных компонентов и устройств, предназначенных для подачи, регулирования и управления природным или сжиженным газом от источника до точки его потребления.Эти компоненты предназначены для обеспечения безопасной, эффективной и соответствующей нормативным требованиям подачи газа.Ниже приведены основные компоненты газовой рампы горелки и их функции.

Трубопровод

Трубопровод предназначен для транспортировки газа от источника к потребителю.В системах высокого давления и промышленных газовых системах преимущественно применяются стальные трубы, тогда как полиэтиленовые трубы широко используются для систем низкого и среднего давления, особенно при строительстве городских газораспределительных сетей.

Электромагнитные запорные клапаны

Основной электромагнитный клапан предназначен для управления потоком газа в одно- или двухступенчатом режиме.Предохранительный электромагнитный клапан обеспечивает возможность быстрого перекрытия подачи газа в аварийных ситуациях.

Газовые фильтры

Газовые фильтры предназначены для удаления из газового потока взвешенных частиц, пыли и различных загрязнений, защищая чувствительное оборудование, такое как регуляторы давления и горелки.Газовые фильтры обычно устанавливаются на входе газовой станции либо перед регуляторами давления и конечными потребителями газа.

Регулятор давления газа

Регулятор давления предназначен для снижения и поддержания давления газа на требуемом уровне, необходимом для его потребления.Регуляторы давления подразделяются на регуляторы высокого давления и регуляторы низкого давления.

Предохранительные клапаны

Предохранительные клапаны используются для сброса избыточного давления газа и предотвращения резкого повышения давления.Как правило, в газовой рампе горелки они устанавливаются после регулятора давления.

Приборы измерения давления и температуры

Данные приборы предназначены для контроля давления и температуры газа в различных участках газовой линии.К ним относятся, в частности, манометры и термометры.

Системы предупреждения и безопасности

Данные системы предназначены для обнаружения утечек газа и других опасных условий эксплуатации.К ним относятся такие устройства, как реле давления, датчики давления и системы контроля утечки.

Различные типы газовых рамп

Газовые рампы горелок классифицируются на три категории в зависимости от входного давления газа и максимальной потребляемой мощности горелки:

• газовая рампа низкого давления;
• газовая рампа высокого давления;
• мультиблочная газовая рампа.

Газовая рампа низкого давления

Если входное давление газа в основной газовой рампе составляет менее 5 psi, оборудование газовой рампы выбирается в соответствии со схемой, представленной на рисунке 2.В данном случае применяются регуляторы низкого давления с максимальным входным давлением 360 мбар.

Exampl

Газовая рампа высокого давления

Если входное давление основной газовой рампы превышает 5 psi (360 мбар), применяется газовая рампа высокого давления.Основное отличие данного типа газовой рампы заключается в используемых регуляторах давления.На рисунке 3 представлена принципиальная схема газовой рампы высокого давления, оснащённой запорными клапанами.

Оборудование газовой рампы высокого давления

Мультиблочная газовая рампа

Мультиблочная газовая рампа представляет собой одну из современных и интегрированных систем для управления и контроля потока газа в промышленных горелках, а также в тепловых процессах, работающих при высоком и низком давлении.В данном типе газовой рампы используется мультиблочный клапан, который объединяет несколько различных функций в одном интегрированном блоке, включая:

• перекрытие подачи газа;
• регулирование давления;
• обеспечение безопасности;
• фильтрацию газа.

На рисунке ниже представлена принципиальная схема газовой рампы низкого давления, оснащённой мультиблочным клапаном.На рисунке 5 также показан мультиблочный клапан, используемый в составе газовой рампы.

Оборудование газовой рампы низкого давления с мультиблочным клапаном

Газовая рампа низкого давления с мультиблочным клапаном

Расчёт входного давления газовой рампы для обеспечения максимальной мощности горелки

С учётом важности данного вопроса выбор компонентов газовой рампы горелки осуществляется в соответствии с имеющимися ресурсами и условиями эксплуатации горелки. Расчёты параметров газовой рампы, а также потерь давления, возникающих в её компонентах, подробно рассматриваются ниже, а полученные результаты представлены следующим образом.Минимальное входное давление газовой рампы с учётом потерь давления в различных компонентах газовой рампы горелки рассчитывается по приведённому ниже уравнению.

Расчёт входного давления газовой рампы

Pᵢₙ=ΔPᶠ +ΔPᴿ+ΔPˢᵛ+ΔPᴳᵛ+ΔPᶜᴴ+ΔPᶜᶜ+ΔPᴮᴳⱽ

Параметры, приведённые в приведённом выше уравнении, имеют следующие значения:

• ΔPᶠ — потеря давления, вызванная фильтром.
• ΔPᴿ — потеря давления, вызванная регулятором давления.
• ΔPˢᵛ — потеря давления, вызванная предохранительным клапаном.
• ΔPᴳᵛ — потеря давления, вызванная основным газовым клапаном.
• Pᵢₙ — минимально необходимое входное давление газовой рампы.
• ΔPᶜᶜ — потеря давления в камере котла.
• ΔPᶜᴴ — потеря давления в камере сгорания горелки. (Для газа G25 данный параметр необходимо умножить на 1/3.)
• ΔPᴮᴳⱽ — потеря давления, вызванная дроссельным (дисковым) клапаном.

Для определения минимального давления, необходимого для газовой рампы горелки в установившемся режиме работы, значения потерь давления на каждом компоненте газовой рампы первоначально определяются по соответствующим техническим диаграммам. Затем, используя полученные значения и уравнение (1), рассчитывается необходимое входное давление, которое и принимается в качестве требуемого значения.Минимальное входное давление, рассчитанное данным методом, соответствует установившемуся режиму работы. Поэтому необходимо отличать это значение от статического давления, измеряемого при отключённой горелке.Для обеспечения корректной работы горелки рекомендуется, чтобы входное давление газовой рампы было на 10 мбар выше расчётного значения.Параметр потери давления в камере сгорания котла, как правило, предоставляется производителем котла.

Значение правильного выбора газовой рампы для промышленных горелок

Газовая рампа промышленной горелки непосредственно влияет на безопасность и эффективность работы оборудования. При проектировании газовой рампы необходимо учитывать такие факторы, как рабочее давление, расход газа, тип используемого газа и технологические требования процесса. Соблюдение стандартов, таких как ISIRI 7595, а также применение предохранительных клапанов, фильтров и регуляторов давления имеют решающее значение для обеспечения безопасности и оптимизации рабочих характеристик оборудования.Правильно спроектированная газовая рампа снижает риск утечек газа и взрывоопасных ситуаций, а также позволяет сократить эксплуатационные и технические расходы. Применение современных технологий, таких как мультиблочные клапаны (Multi-Block), повышает эффективность газовой рампы благодаря интегрированной конструкции и высокому уровню безопасности.Промышленные компании, такие как Best Thermo Solutions, обладая специализированными знаниями и практическим опытом, предоставляют полный комплекс услуг — от проектирования до монтажа газовых рамп для промышленных горелок. Услуги подбираются с учетом эксплуатационных параметров оборудования и специфических требований каждого проекта и выполняются в соответствии с международными стандартами.Точное проектирование и качественный монтаж промышленных газовых рамп позволяют не только снизить эксплуатационные расходы, но и обеспечить стабильную эффективность и долгосрочную безопасность технологических процессов. Это особенно важно для отраслей, где требуется стабильное и надежное энергоснабжение, что подчеркивает ключевую роль газовых рамп в современной промышленной инфраструктуре.