Kun kaasu palaa polttimessa, kattilassa, lämmittimessä tai missä tahansa kaasu nyt palaakaan, on sen paine tyypillisesti joitakin kymmeniä millibareja. Toki poikkeuksiakin on, mutta tyypillisesti puhutaan varsin matalasta paineesta. Maakaasua kuitenkin siirretään siirtoverkossa kovassa, kymmenien barien paineessa. Vastaavasti LNG ja perinteinen nestekaasu kuljetetaan nesteytettynä, ja siinäkin paine on oleellisessa osassa, jotta kaasut mukavasti nesteytyvät.
Mutta mitenkäs se paine sitten lasketaan sinne millibar-tasolle?
Tämä tapahtuu tietenkin paineensäätimen avulla. Maa- tai nestekaasun paineensäädin on tyypillisesti mekaaninen omavoimainen laite, joka pyrkii säätämään paineen haluttuun vakiopaineeseen.
Maa- ja nestekaasun lisäksi on koko liuta erilaisia kaasuvaihtoehtoja, kuten biometaani, synteettinen metaani ja niin edelleen, mutta laitteen toimintaperiaate on samanlainen.
Lukumääräisesti ylivoimainen enemmistö säätimistä on yksinkertaisia jousitoimisia malleja ja loput sitten hieman monimutkaisempia, pilotilla varustettuja malleja. Valmistajasta ja tyypistä riippumatta yhteistä näille kaikille säätimille on jossakin määrin avaruusalusta muistuttava ulkonäkö. Myös toimintalogiikka on lähes identtinen muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta.
Miten kaasun paineensäädin toimii?
Omavoimaisen paineensäätimen perusideana on siis laskea putkessa virtaavaan kaasun painetta johonkin haluttuun vakiotasoon. Säätimet on suunniteltu siten, että tulopaine voi tietyissä raameissa vaihdella sen vaikuttamatta siihen paineeseen, johon alennetaan. Säätöpainetta voidaan tarvittaessa tietyissä rajoissa muuttaa kiristämällä tai löysentämällä jousta.
Kaikessa yksinkertaisuudessaan säädin toimii suunnilleen seuraavasti: Rungon sisällä on paksuhkosta kumista tai vastaavasta valmistettu kalvo, jota painaa toiseen suuntaan edellä mainittu jousi ja sitä vastaan se paine, johon säädetään. Kalvoon kiinnittyy vipumekanismi, joka liikuttaa niin sanottua venttiililautasta. Venttiililautanen määrittää sen, kuinka paljon kaasua pääsee säätimen tulopuolelta jättöpuolelle. Mitä enemmän kaasua pääsee läpi, sitä korkeammaksi paine säätimen jälkeen nousee. Ja mitä korkeammaksi paine nousee, sitä voimakkaammin se painaa kalvoa ja kalvo painuu jousen mennessä kasaan.
Tämä jousen ja kaasun paineen välinen kamppailu johtaa nopeasti tasapainotilaan, jolloin kaasua virtaa juuri sen verran, että paine pysyy halutulla tasolla. Mikäli sitten esimerkiksi poltin sammuu tai virtaus muusta syystä loppuu, alkaa paine säätimen jälkeen nousta, mikä johtaa siihen, että venttiililautanen sulkee suuttimen kokonaan ja estää kaasun virtauksen säätimen läpi.
Seuraava kuva havainnollistaa hyvin edellä kuvattua. Punainen väri kuvaa säätimelle tulevaa kaasua ja keltainen väri kaasua, jonka paine on alennettu. Kuvan säätimessä kaasu tuodaan kalvon alle sisäisellä impulssiputkella, jolloin se tulee heti säätimen lähtöliitännästä. Yleensä on mahdollista käyttää myös ulkoista impulssiputkea, jolloin paine tuodaan kalvolle hieman kauempaa kaasuputkesta. Tällöin säädin ehtii reagoida virtauksen muutoksiin hieman nopeammin ja säädin toimii tarkemmin. Ulkoinen impulssiputki on suositeltava ratkaisu etenkin korkeammilla paineilla ja suuremmilla virtausmäärillä.
Pilottiohjattu paineensäädin ei lopulta kovinkaan paljoa poikkea omavoimaisesta jousitoimisesta säätimestä. Siinä on nimensä mukaisesti pilotti, eli eräänlainen esisäädin, jonka tarkoituksena on parantaa säätötarkkuutta. Pilottiohjattuja säätimiä käytetään tyypillisesti isommissa kokoluokissa, tai jos virtausmäärä vaihtelee hyvin laajassa haarukassa.
Kaasun paineensäätimen valinta
Mitäs pitäisi sitten tietää ja ottaa huomioon paineensäädintä valittaessa?
Toimivuuden kannalta oleellisimmat asiat ovat:
- virtausmäärä
- tulopaine
- lähtöpaine
- putkessa virtaava kaasu
- vaadittu suunnittelupaine
Vaadittu suunnittelupaine on välttämätön tieto, koska omavoimaisia paineensäätimiä on hyvin moniin erilaisiin tarkoituksiin ja paineluokkia karkeasti 100 millibarista 100 bariin. Myös on hyvä tietää, jos asennuskohteessa on esimerkiksi laitteen materiaaleihin tai käyttölämpötilaan liittyviä vaatimuksia.
Lainsäädäntö ja turvalaitteet
Lainsäädäntö määrittää lisäksi, että paineenalennuksien yhteydessä tulee olla tiettyjä turvalaitteita. Vaadittujen turvalaitteiden määrä ja laatu riippuu tulopaineesta sekä käytössä olevasta kaasusta (maa- ja nestekaasuilla on hieman erilaiset lainsäädännöt). Tässä yhteydessä turvalaitteilla tarkoitetaan lähinnä turvasulkuventtiileitä ja apuvaroventtiileitä, joiden tarkoituksena on estää paineen nousu sallittua tasoa korkeammaksi paineensäätimen jälkeen. Kyseisiä turvalaitteita on joissakin tapauksissa mahdollista integroida paineensäätimen runkoon, mutta käsittelen turvalaitteita vaikkapa seuraavassa kirjoituksessa.
Vältä sudenkuopat
Suunnittelu- ja säätöpaine
Sopivaa säädintä valittaessa ensin katsotaan suunnittelupaine sekä haluttu säätöpaine. On turhaa lähteä mitoittamaan ja lopuksi todeta, ettei paineluokka olekaan riittävä. Ja toisaalta jokainen omavoimainen säädin toimii tietyllä säätöalueen haarukalla, jonka sisällä tehdään sitten hienosäätöjä esimerkiksi jousen ja muiden ”sisuskalujen” valinnoilla. Pienemmissä kokoluokissa erityisesti nestekaasulla on myös ihan vakiopaineisia säätimiä, joissa säätöpainetta ei pystytä muuttamaan.
Virtausmäärä
Kun on löydetty säädin, jossa paineluokka on sopiva ja saadaan valittua sopiva asetuspaine, aletaan katsoa, saadaanko haluttu virtausmäärä laitteesta läpi. Säädin on tietenkin lähtökohtaisesti mitoitettava niin, että kapasiteetti riittää silloinkin, kun kaikki mahdolliset linjassa olevat käyttökohteet kuluttavat maksimimäärän kaasua. Joskus on hyvä varata hieman ekstraa, jos on tiedossa, että lähiaikoina on tulossa lisäkulutuksia.
Kulutuksen vaihtelu
On kuitenkin tärkeää muistaa, että säätimen tulee toimia myös silloin kun kulutusta ei ole niin paljoa käytössä. Mikäli kaasun virtaus lähestyy säätimen kapasiteetin ylärajaa, alkaa virtausnopeus nousta ja sitä myöden myös äänenvoimakkuus alennuksessa. Lopulta läpäisy ei vain riitä ja paine säätimen jälkeen alkaa laskea asetuspainetta matalammaksi. Toisaalta mikäli virtaus pienenee säätimen suunniteltua kapasiteettia pienemmäksi, alkaa tyypillisesti ns. pumppaus. Kun säätimen suutin on virtaukseen nähden turhan suuri, pääsee kaasua siitä läpi hetkessä niin paljon, että paine nousee liikaa ja venttiililautanen sulkee suuttimen samoin tein kokonaan, jolloin luonnollisesti paine laskee nopeasti. Tällöin painetaso heiluu asetuspaineen ympärillä koko ajan, mutta ei pääse asettumaan haluttuun arvoon.
Kaasun tyyppi
Kaasun tyyppi vaikuttaa myös mitoitukseen. Nestekaasu on selvästi metaanipohjaisia kaasuja raskaampaa ja sen vuoksi sitä menee säätimestä läpi merkittävästi vähemmän. Muuten voi lähteä siitä, että maakaasulle sopiva säädin sopii kyllä myös nestekaasukäyttöön. Toisinpäin on oltava hieman tarkempi, sillä kaikkia nestekaasun paineensäätimiä ei ole hyväksytty maakaasukäyttöön.
Mitoituspuoleen kun lisätään vielä yksityiskohtia, kuten toive putkiliitäntätavasta, tarvittavat todistukset ja muuta sellaista, ollaan jo aika hyvällä mallilla paineensäätimen määrityksessä.
Autamme löytämään toimivat ratkaisut
Mikäli sinulla on kysymyksiä maakaasun tai nestekaasun paineensäätimiin, niiden mitoitukseen tai mihin tahansa muuhun ominaisuuteen liittyen, ota ihmeessä yhteyttä kaasulaitetiimiimme, niin ratkaistaan ongelmat yhdessä.
Antero Kaavi
Asiantuntija, neste- ja maakaasujärjestelmät
+358 50 410 5469
antero.kaavi@konwell.fi
