БЛОК ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ
SAFETY VALVE UNIT

Изобретение относится к области оборудования, применяемого для транспортировки и хранения текучих сред, предпочтительно природного газа.
Известен (RU, патент 2131065, опубл. 27.05.1999) пневматический привод, включающий электропневматическое управляющее устройство, пневматический струйный двигатель и кулисно-винтовой поворотный механизм с устройством поглощения кинетической энергии привода, причем двигатель содержит ротор, установленный на валу в подшипниках, связанный через редуктор с поворотным механизмом и далее с выходным валом привода, соединенным с валом объекта регулирования, а электропневматическое устройство содержит корпус, размещенные в нем управляющие и пневмоуправляемые клапаны, взрывозащищенную камеру, включающую постоянные электромагниты и постоянные магниты, а также механическое устройство гашения кинетической энергии привода.
Недостатком данной конструкции являются, в частности, трудности монтажа и эксплуатации электропневматического управляющего устройства, связанные со сложностью подвода питающего электрокабеля.
Известно (RU, патент 2134832, опубл. 20.08.1999) переключающее устройство блока предохранительных клапанов, содержащее корпус с входным каналом и двумя выходными каналами, имеющими соосно расположенные седла. Между седлами и соосно им расположен затвор двустороннего действия с уплотнителями, разгрузочными каналами и опорными торцами (золотниками), и взаимодействующий с ним шток, кинематически соединенный с винтовым приводом с маховиком, расположенным за пределами корпуса переключающего устройства. При этом затвор двустороннего действия расположен на штоке и с ним образует консоль, упирающуюся в корпус свободной от затвора частью. Каждый из выходных каналов соединен с входом предохранительного клапана. Причем затвор установлен на штоке с возможностью осевого перемещения, которое ограничено упором, выполненным на штоке. С разных сторон затвора выполнены сквозные разгрузочные каналы, по два с каждой стороны от штока и на одинаковом расстоянии от него. Для перекрытия этих каналов затвор снабжен двумя подпружиненными запорными элементами, расположенными с разных сторон затвора и установленными на штоке и соосно нему и перемещаемыми упором штока в сторону открытия/закрытия соответствующих разгрузочных каналов. Эффективная площадь впускных клапанов запорного элемента меньше эффективной площади затвора, а контактирующие поверхности затвора и седла выполнены конусообразными.
Недостатками известного устройства следует признать ограничение допустимого давления в магистрали из-за большой площади подпружиненных запорных элементов, так как при большом давлении потребуются значительные усилия для их переключения, сложность обеспечения требуемой герметичности устройства из-за высокой вероятности неточной установки затвора внутри устройства, обусловленной консольным расположением затвора на штоке, а также риск травмирования обслуживающего персонала при демонтаже предохранительного клапана из-за отсутствия устройства сброса давления до клапана.
Известен (RU, патент 2514574, опубл. 27.04.2014) блок предохранительных клапанов, содержащий клапаны, магистраль высокого давления и магистраль низкого давления, при этом блок дополнительно содержит два предохранительных клапана, 4-ходовой вентиль, три ходовых вентиля, два клапанных переключающих устройства, причем третий ходовой вентиль подключен параллельно последовательно включенным первому и второму ходовым вентилям, вход 4-ходового вентиля подключен к магистрали высокого давления, первый выход 4-ходового вентиля подключен к пневмоцилиндру первого переключающего устройства, второй выход 4-ходового вентиля подключен к пневмоцилиндру второго переключающего устройства, третий выход 4-ходового клапана подключен к магистрали низкого давления, магистраль низкого давления подключена между первым и вторым ходовыми вентилями, входы третьего ходового вентиля подключены к полостям под предохранительными клапанами.
Известное устройство сложно как в производстве, так и в обслуживании.
Данное решение принято в качестве ближайшего аналога.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в расширении ассортимента запорной арматуры на магистралях перемещения текучих сред.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в упрощении конструкции устройства, а также упрощении его обслуживания.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный блок предохранительных клапанов. Разработанный блок в базовом варианте содержит два предохранительных клапана, а также он дополнительно содержит магистраль высокого давления, 4-ходовой вентиль, 3-ходовой вентиль и проходной вентиль, причем первый выход 4-ходового вентиля подключен к пневмоцилиндру переключающего устройства первого предохранительного клапана, второй выход 4-ходового вентиля подключен к пневмоцилиндру переключающего устройства второго предохранительного клапана, третий выход 4-ходового клапана выполнен с возможностью удаления управляющего газа из системы, вход 4-ходового вентиля выполнен с возможностью подключения внешнего источника управляющего газа высокого давления через редуктор, первый выход 3-ходового вентиля подключен к проходному вентилю с возможностью удаления управляющего газа из системы, второй и третий выходы подключены к отводкам переключающего устройства высокого давления, соединенными с предохранительными клапанами. В качестве управляющего газа могут быть использованы сжатый воздух или азот. Однако возможно использование и других сжатых газов.
В некоторых вариантах реализации разработанного устройства, когда по каким-то причинам управляющий газ нельзя выпускать в атмосферу, разработанное устройство может дополнительно содержать магистраль низкого давления, к которой подключен через проходной вентиль первый выход 3-ходового вентиля, а также подключен третий выход 4-ходового вентиля, при этом по магистрали низкого давления управляющий газ направляют на утилизацию любым известным подходящим для данного случая способом.
Для управления 4-ходовым вентилем, 3-ходовым вентилем и проходным вентилем могут быть использованы электроприводы или пневмоприводы.
В некоторых вариантах реализации на отводках высокого давления могут быть установлены датчики давления, дающие информацию о срабатывании предохранительных клапанов, а также приводов и переключающего устройства высокого давления, при этом для управления 4-ходовым вентилем, 3-ходовым вентилем и проходным вентилем использованы электроприводы или пневмоприводы, причем блок дополнительно содержит узел управления, к входам которого подключены указанные датчики давления, а выходы которого подключены к указанным электроприводам и пневмоприводам, а указанный узел управления выполнен с возможностью после срабатывания первого предохранительного клапана с использованием переключающих устройств автоматически отключать первый клапан и включать второй предохранительный клапан. Предпочтительно узел управления представляет собой процессор, промышленный компьютер или контроллер. Возможность включения/отключения предохранительных клапанов, а также условия выполнения этого процесса, заложены в программу узла управления.
В качестве источника управляющего газа использован баллон сжатого газа, насос или компрессор.
Разработанное устройство в одном из вариантов реализации представлено на чертеже, при этом использованы следующие обозначения: 4-ходовой вентиль 1, 3-ходовой вентиль 2, проходной вентиль 3, первый предохранительный клапан 4, второй предохранительный клапан 5, магистраль 6 высокого давления управляющего газа, магистраль низкого давления 7, датчик давления 8, источник 9 управляющего газа, редуктор 10.
Конструкция разработанного устройства позволяет автоматически отключить один предохранительный клапан из блока для проверки его работы, профилактики или замены и, одновременно, без остановки рабочего процесса, подключить другой.
В разработанном блоке предохранительных клапанов могут быть использованы переключающие устройства, аналогичные известным из патентов РФ №№2217639 или 2428614.
Перемещение затвора переключающих устройств клапанов от одного седла к другому осуществляют одновременно с использованием пневмоцилиндров, входящих в состав переключающих устройств. Таким образом, с защищаемым объектом в любой стадии переключения блока будет соединен, по крайней мере, один из предохранительных клапанов.
Блок разработанной конструкции в автоматическом режиме работает следующим образом. После получения сигнала от датчика давления 8, находящегося на отводке переключающего устройства, подсоединенного к предохранительному клапану, находящемуся под давлением (на рисунке клапан 4), а именно, когда датчик показывает давление открытия клапана, процессор через 3-5 минут подает последовательно сигналы:
- приводу с использованием проходного вентиля 3 перекрыть магистраль низкого давления;
- приводу с использованием 3-ходового вентиля 2 выровнять давления с двух сторон клапана переключающего устройства, датчики давления 8 на переключающем устройстве показывают одинаковое давление, равное высокому давлению защищаемого объекта - в этом случае приводы с вентилями 2 и 3 сработали правильно, если нет, то процессор выдает ошибку;
- приводу с использованием 4-ходового вентиля 1 переместить клапан переключающего устройства и отсечь сработавший предохранительный клапан (на рисунке клапан 4) и подключить второй предохранительный клапан (на рисунке клапан 5). В этом случае датчики давления 8 на переключающем устройстве показывают одинаковое давление, равное высокому давлению защищаемого объекта;
- приводу с использованием 3-ходового вентиля 2 соединить полость в отводке переключающего устройства под отсеченным предохранительным клапаном (на рисунке клапан 4) с магистралью низкого давления 7 через проходной вентиль 3;
- приводу с использованием проходного вентиля 3 открыть магистраль низкого давления. Теперь предохранительный клапан 5 находится под давлением и является рабочим. В этом случае датчик давления под рабочим предохранительным клапаном должен показывать высокое давление, а под отсеченным предохранительным клапаном низкое давление. Т.е. система находится в рабочем состоянии.
Датчик 8 на магистрали высокого давления должен показывать установленное давление, подаваемое на 4-ходовой вентиль, необходимое для перемещения клапанов переключающих устройств. Если датчик показывает более низкое давление необходимо подключить или новый баллон, или поднять давление в компрессоре.
В баллонах обычно находится управляющий газ под давлением примерно 1,5 МПа.
Упрощение конструкции и упрощения обслуживания разработанного устройства относительно решения, использованного в качестве ближайшего аналога, очевидны.