谈谈日本的两项管道燃气安全技术

谈谈日本的两项管道燃气安全技术

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平安技术。由于当时这两项平安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，并且其作用原理特别奇妙，有用性很好，所以给我留下很深印象。不过让我感到怀疑的是，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，不知是什么缘由(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！也没有实际的阅历，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，盼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，看到其应用状况的。

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像的。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，必需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，结构更简洁；原理上的不同，是它只是在调压器输出超压时切断气路，限制输出压力持续上升，而当超压的条件消逝以后，它会自动恢复正常供气，不需要人员到现场进行复位操作，超压爱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形状，如图(1)所示，看上去与一般调压器没有区分；内部的主要构造也与一般调压器基本一样，如图(2)所示，只不过其中阀瓣和传动机构有差别。

参见图(2)，与一般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，用于调整输出压力；它的左面，是防超压阀瓣或帮助阀瓣，特地用作超压切断；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，再流过帮助阀瓣；两个阀的关闭动作不同步，挨次是主阀瓣在先，帮助阀瓣在后。

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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，主阀瓣会自动保持肯定的开启度，以保证肯定压力和流量的气体输出，参见图(3)；当用气流量减小时，工作阀瓣就会渐渐关小，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，抑制压力的连续上升，参见图(4)；假如主阀瓣能够完全切断气路，帮助阀瓣就移动不到关闭位置，处于开启状态，帮助阀瓣不发挥任何的作用，参见图(4)。但，假如工作阀瓣或阀座消失故障(被异物垫住或变形)，导致主阀瓣的关闭不严，丢失关闭功能，那么当全部用户不用气时，管网内的压力就会持续上升，当这个特别的输出压力上升到设定的切断压力时(一般为设定出口压力的1.25倍)，压力感应皮膜会连续向下移动，推动阀杆克服防超压弹簧的弹力，使帮助阀瓣也连续下移动，参见图(5)，并渐渐关闭，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上升，帮助阀瓣发挥了防止压力持续上升的作用。只要用户不用气，管网压力不会下降，那么这种状态就会始终保持，参见图(6)。

当用气端开头用气时，供气管道中的燃气会渐渐流出，压力开头渐渐下降；当输出压力下降到切断压力以下时，压力感应膜开头向上移动，弹簧推动阀杆向上移动，带动帮助阀瓣也向上移动，使帮助阀瓣渐渐打开；随着供气流量的增加，压力感应膜会连续向上移动，通过阀杆带动主阀瓣也渐渐打开，进入工作状态。这时帮助阀瓣完全停止工作，主阀瓣开头发挥调压作用，调压器进入了正常的工作状态，参见图(3)。

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这里需要特殊提出的是，阅历和试验都证明，调压器阀瓣或阀座密封故障导致的关闭功能丢失，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整功能。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始终是常开的，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。当有一个故障缘由同时作用在两个阀瓣或阀座上时，主阀瓣会先于帮助阀瓣消失损坏。从帮助阀瓣的工作原理我们知道，当帮助阀瓣关闭时，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，并定期观看分析压力记录，就能够发觉主阀瓣的故障，假如消失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，应准时更换了，而此时并没有发生超压供气的危急。

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，而导致的输出压力特别上升。为什么这种调整阀的设计者好像忽视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沟通，我们找到了答案。这要从提出这种调整阀的设计需求说起。

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平安规定，一旦停止供气，重新恢复供气前，服务人员必需进入每家用户，确认没有平安问题，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，尤其是这种状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缘由进行了全面的分析讨论，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