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涉及高压天然气分配系统的规范是CFR-2011标题49,卷3,第192部分,天然气和其他天然气管道运输:最低联邦安全标准和ASME B31.8,天然气输配管道系统。
虽然这些规范可能并不特别适用于校园配电系统,但它们提供了许多关于管道材料选择和调节器选择的指导方针,适用于这些小型系统的最佳实践设计。不幸的是,ANSI Z223.1/NFPA 54,国家燃气规范和国际燃气规范并没有非常详细地进入系统设计的这些领域。
我建议与天然气供应商密切合作,并遵循其规则、法规和安装建议,因为供应商将最熟悉适用于该项目的当地规则。这些代码将优先于气体运输和传输代码。
CFR标题49,第192部分涵盖了大多数陆上天然气管道系统,不包括集输管道。
ASME B31.8涵盖了从气井附近的集输管道到配气管道的所有天然气管道。在下游端,其范围超出了ANSI Z223.1/NFPA 54或国际燃气规则接管的客户仪表/调节器设置组件的出口。
在天然气分配系统的设计中,这两个规范都参考了60 psig (414 kPa)。对于运行超过60 psig的系统有一套规则,对于运行低于60 psig的系统有另一套规则。请记住,管道材料和壁厚是基于管道系统的预期最大工作压力。高压系统和低压系统的界限与调压站的设计有关。
天然气系统“起点”
这些规范的目的是为管道和连接到下游系统的所有组件(包括阀门、控制阀、调节器、仪表、压力容器和连接到管道系统的其他组件)提供设计基础。调压站在系统中提供了一个“突破口”,新的压力设计可以控制所有下游系统参数。
在调压站的上游,管道工程师无法控制压力,但需要与天然气供应商确认其站点或调压站的入口可以预期的条件。在很多情况下,天然气供应商提供调压站,业主只负责调压站下游的天然气分配系统。
最大工作压力不是由调节阀的设定点决定的,而是由全流量运行时的安全减压系统决定的。因此,当业主代表与现场的天然气供应商面谈时,他需要供应商提供以下信息。
天然气调压器设定点(冬季);天然气调压器设定值(夏季,如果与冬季设定值不同);天然气调压站安全阀设定点;天然气调压站在全泄压状态下的最大出口压力;天然气比重和标准条件下较高的热值;以及适用于工程地点安装的所有规则和建议。
如果天然气供应商的调节阀位于远离项目现场的地方,并且选择了另一个调节阀作为现场入口,则天然气供应商需要在现场入口提供最低预期压力。
然后,业主将考虑所有其他可能同时在系统上使用的建筑物的峰值负荷,确定从天然气供应商门户到项目建筑入口的天然气分配系统的压降。
在设计天然气分配系统时,旧的联邦设计指南建议使用连接该系统的前15座建筑物的峰值负荷总和,然后才对所有额外负荷采取80%的多样性。
客户监管机构及
超压保护(NFPA 3.3.84)
如前所述,ASME B31.8涵盖了业主天然气系统上游的天然气管道,其中ANSI Z223.1/NFPA 54或国际燃气规则接管。
一般情况下,客户大楼的调压器可能压力很低。ANSI Z223.1/NFPA 54涵盖的调节器包括:
燃气器具压力调节器。用于控制器具歧管压力的调节器,通常与器具一起配备。通常,电器调节器减少5到8英寸的压力。w.c. (1.25 ~ 2.0 kPa)降低到3.5 in的歧管压力。w.c. (0.87 kPa)。器具调节器必须按照ANSI Z21.18/CSA 6.3,燃气器具调节器列出。对于大型锅炉和工业炉,这种压力可能会更高。
管路压力调节器。一种压力调节器,安装在服务调节器和器具调节器之间的气体管道中。当气体供应压力超过所服务器具的最大允许进口压力时,需要管道压力调节器。在应用调节器和器具之间的压降预计为1英寸的地方,可能需要管道压力调节器。w.c. (0.25 kPa)或更高。
管道压力调节器安装在进口压力在14英寸之间的地方。w.c (3.4 kPa)至5 psig (34 kPa),下游器具需要较低的进口压力。管道压力调节器要求按照ANSI Z21.80/CSA 6.22“管道压力调节器”列出,其中出口压力设置为2 psi (14 kPa)或更低。
监测监管机构。与另一个压力调节器串联安装的压力调节器,以防止下游管道系统中的超压。
系列监管机构。与一个或多个其他压力调节器串联的压力调节器。
服务监管机构。由天然气供应商安装的压力调节器,用于降低和限制服务管线的气体压力,使其达到建筑物入口所需的输送压力。对于典型的住宅或小型商业建筑,压力从60 psig降低到2 psig或更低。
该装置通常位于室外,直接位于仪表的上游。应用压力调节阀要求符合AGA ANSI B109.4/CSA 6.18-M95,自动操作隔膜式天然气应用调节阀,出口压力设置为2 psi (14 kPa)或更低,公称管道通径为1 1/4-in。(32毫米)或更小。
对于管道工程师来说,了解下游系统的压力限制是很重要的。在某些情况下,压力可能是2psig (14kpa)或更低,5psig (34kpa)或更低,或者更高。系统设计人员需要审查调节器规格和下游调节器的选择,特别是认证的最大进口压力(2、5和10 psig(14,34和69 kPa)是标准额定值)和紧急暴露限值(高达65 psig (450 kPa))。
一般来说,建筑物内的天然气压力通常限制在5 psig (34 kPa),除非该建筑物是仓库、工业综合体或守则中概述的其他情况之一。
进口压力大于60psig的气体压力的控制和限制
如果家庭、小型商业和小型工业客户的配电系统的最大允许工作压力超过60psig (410 kPa),则需要适当的方法来调节和限制输送给客户的气体压力到最大安全值。这些方法可能包括(ASME 845.2.7(c);CFR 192.197 (c))。
一种应用调节阀,具有进口压力小于60psig的特性,并且位于应用调节阀上游的二级调节阀。二级调节器设置为维持60 psig或更小的压力。在次级调节器和业务调节器之间需要安装一个装置,以便在次级调节器不能正常工作的情况下,将业务调节器进口上的压力限制在60 psig或更小。
这种装置可以是安全阀,也可以是自动关闭阀,当服务调节阀的进口压力超过设定压力时,自动关闭阀将关闭,直到手动复位。(ASME 845.2.7 (c) (1);CFR 192.197 (c)(1))。
一个服务调节器和一个监控调节器,用于将输送给客户的气体压力限制在最大安全值。(ASME 845.2.7 (c) (2);CFR 192.197 (c)(2))。
一种带有安全阀的应用调节阀,安全阀被设置为开启状态,使流向用户的气体压力不超过最大安全值。安全阀可以内置于服务调节阀内,也可以是安装在服务调节阀下游的一个独立装置。
这种组合只能在使用调节阀的进口压力不超过制造商对使用调节阀的安全工作压力额定值的情况下单独使用,并且不建议在使用调节阀的进口压力超过125 psig (860 kPa)的情况下使用。对于较高的进口压力,应采用上述方法a或b。(ASME 845.2.7 (c) (3);CFR 192.197 (c)(3))。
一种服务调节阀和一种自动关闭装置,当调节阀下游的压力上升时关闭,并且在手动复位之前保持关闭状态。(CFR 192.197 (c)(4))。
气体压力的控制和限制进口压力低于60psig
如果分配系统的最大允许工作压力为60 psig (410 kPa)或更低,并且使用具有以下所有特性的服务调节器,则不需要其他限压装置(ASME 845.2.7(a);CFR 192.197 (a))。
一种压力调节器,能够将配电线路压力(psig (kPa))降低到家用电器的推荐压力(英寸(毫米)水柱)。(ASME 845.2.7 (a) (1);CFR 192.197 (a)(1))。
单端口阀门,阀口直径不大于调节阀制造商推荐的调节阀进口最大气体压力。(ASME 845.2.7 (a) (2);CFR 192.197 (a)(2))。
一种由弹性材料制成的阀座,设计用于承受气体、气体中的杂质和阀门切割的磨损,并设计用于抵抗压在阀口上时的永久变形。(ASME 845.2.7 (a) (3);CFR 192.197 (a)(3))。
与调节器的管道连接不超过NPS 2 (dn50)。(ASME 845.2.7 (a) (4);CFR 192.197 (a)(4))。
在正常工作条件下,在必要的精度范围内调节下游压力的能力,并将无流动条件下的压力积累限制在不超过流动条件下保持的正常排放压力的50%的能力(ASME 845.2.7(a)(5));或压力会导致任何连接和适当调整的气体利用设备的不安全操作。(CFR 192.197 (a)(5))。
一个独立的服务调节器,没有外部静态或控制线。(ASME 845.2.7 (a) (6;CFR 192.197 (a)(6))。
如果配电系统的最大允许工作压力为60psig或更低,并且使用的应用调节阀不具备上述所有特性,或者如果气体中含有可能严重干扰应用调节阀操作的物质,则应安装适当的保护装置,以防止在应用调节阀失效时,业主的器具出现不安全的超压。
防止客户器具超压的一些适当类型的保护装置有(ASME 845.2.7(b);CFR 192.197 (b)):
•监督监管机构(ASME 845.2.7(b)(1));
安全阀(ASME 845.2.7(b)(2));和
•自动关闭装置(ASME 845.2.7(b)(3))。
这些装置可以作为服务调节器的一个组成部分安装,也可以作为一个单独的部件安装。
压力限制要求(NFPA 5.9.2)
如果管道系统服务的设备设计为在14英寸的气体供应压力下运行。w.c (3.4 kPa)或更低要求配备超压保护,每个超压保护装置应进行调整,以便在管道压力调节器发生故障时,将每个连接器具的气体压力限制在2psig (14kpa)或更低,或限制在器具制造商安装说明所要求的压力。
为满足这些要求而安装的每个超压保护装置应能够按照本节的要求,独立于管道系统中的任何其他压力控制设备,将压力限制在其连接的器具上。
本节要求安装超压保护装置的每个燃气管道系统,其设计和安装应使主压力控制装置的故障能够检测到。如果使用减压阀来满足本节的要求,则在下列条件下,它的流量能力应使受保护系统中的压力保持在或低于上述规定的限值:安全阀提供超压保护的管道压力调节阀已完全打开失效;安全阀提供超压保护的管线压力调节器入口处的气体压力不低于调节阀的正常工作入口压力。
超压保护装置(NFPA 5.9.3)
超压保护装置要求为下列任一种:泄压阀;监控监管机构;系列调节阀安装在管线调节阀的上游,并设置为连续限制管线调节阀进口的压力至最大允许值;或与管路压力调节器串联安装的自动关闭装置,当下游管道系统的压力达到最大允许值时自动关闭。该装置应设计成在手动复位之前保持关闭状态。
选择过程
当选择一个调节阀或一系列调节阀或带有安全阀的调节阀时,请向调节阀供应商提供以下信息。
调节阀设计流量以SCFH或nm3/hr为单位。(100%到120%的连接容量是正常的);调节器压力设定点在psig或kpa计;以psig或kpa计的最大进口压力;最小进口压力(psig或kpa计);最大出口压力(psig或kpa计);天然气比重(S.P. Air = 1);局地项目高度或局地大气压(psia或kpa -绝对值)。