СИСТЕМА ДЛЯ ОТКАЧКИ ГАЗА ИЗ ОТКЛЮЧЕННОГО УЧАСТКА ГАЗОПРОВОДА В ДЕЙСТВУЮЩИЙ ГАЗОПРОВОД И СПОСОБ ОТКАЧКИ ГАЗА ИЗ ОТКЛЮЧЕННОГО УЧАСТКА ГАЗОПРОВОДА В ДЕЙСТВУЮЩИЙ ГАЗОПРОВОД
SYSTEM FOR WITHDRAWAL OF GAS FROM CUT-OFF SECTION OF GAS LINE INTO OPERATING GAS LINE AND PROCEDURE FOR WITHDRAWAL OF GAS FROM CUT-OFF SECTION OF GAS LINE INTO OPERATING GAS LINE

Изобретение относится к транспортировке природного газа по магистральным газопроводам (далее МГ) и может быть использовано при капитальных ремонтах МГ с целью откачки газа из отключенного участка МГ для проведения ремонтных работ.
Известен способ и устройство для откачки газа с использованием стационарных газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции (далее КС) МГ, в которых газ из одного примыкающего к КС и отключенного участка перекачивают в следующий за КС участок МГ (патент RU № 2176049).
Недостаток данного способа и устройства заключается в необходимости откачки всего объема газа из участка МГ, расположенного между соседними КС в тех случаях, когда ремонту подлежит участок МГ, удаленный от действующего участка, что приводит к экономическим потерям, связанным со снижением производительности МГ.
Известен аналог того же назначения по конструкции и способу ее работы, как и заявляемые технические решения (патент RU № 2330182). В мобильной компрессорной установке для откачки газа аналога отключенный участок МГ соединен с действующим МГ через компрессор и дроссельное устройство, выполненное в виде газового двигателя, соединенного с генератором электрического тока или выполненное в виде регулятора давления, причем своим выходом дроссельное устройство соединено с действующим МГ, а вход компрессора подключен к выходу отключенного участка. Кроме того, установка может содержать последовательно установленные по ходу газа между выходом компрессора и входом дроссельного устройства аппарат воздушного охлаждения (далее АВО) и рекуперативный теплообменник. По охлаждающему потоку газа рекуперативный теплообменник входом подключен к отключенному участку и выходом теплообменник соединен с входом компрессора, а по охлаждаемому потоку газа теплообменник входом подключен к выходу АВО и выходом теплообменник соединен с входом дроссельного устройства. Способ откачки газа заключается в том, что отключенный участок соединяют с действующим МГ через компрессор и производят откачку газа из отключенного участка МГ в действующий МГ, газ в компрессоре сжимают до величины давления, превышающей давление в действующем газопроводе и затем давление снижают до величины давления в действующем газопроводе, а перед снижением давления газ охлаждают в АВО и затем в рекуперативном теплообменнике.
Способ откачки газа и мобильная компрессорная установка позволяют соблюсти технологические параметры в процессе откачки газа из отключенного участка МГ в действующий МГ. Недостаток данных технических решений заключается в отсутствии возможности регулирования режима работы компрессора в условиях нестационарного режима перекачки газа в действующий МГ при снижении давления в отключенном участке МГ и, соответственно, при повышении расхода газа, приведенного к условиям всасывания компрессора.
Кроме того, эффективность дросселирования газа на нагнетании компрессора и его последующего охлаждения ограничена техническими характеристиками мобильного компрессора.
к
Например, мобильные компрессорные установки LMF 67/150 (Австрия), имеющие максимальную массу, разрешенную для транспортировки по автомобильным дорогам РФ (38 тонн), имеют степень повышения давления поршневого компрессора π=10. И при снижении давления в отключенном участке МГ до 0,6 МПа перекачка газа в действующий участок МГ с рабочим давлением 6,0 МПа будет производиться без дросселирования, при этом в отключенном участке МГ останется шесть объемов неоткачанного газа. Наиболее близким аналогом того же назначения по способу и конструкции для откачки газа, как и заявляемые технические решения, является «Способ откачки газа из отключенного участка газопровода и мобильная компрессорная установка для откачки газа» (патент RU № 2303710). Мобильная компрессорная установка для откачки газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод содержит компрессорную установку, выполненную в виде поршневого компрессора с блоком управления, с входным и выходным трубопроводами для подключения компрессорной установки к отключенному и действующему участкам газопроводов соответственно, кран-регулятор, установленный во входной трубопровод, блок охладителей и влагоотделителей газа и привод компрессорной установки с выхлопным трубопроводом. Способ откачки газа указанной установкой заключается в том, что отключенный участок газопровода соединяют с действующим газопроводом через кран-регулятор и компрессорную установку, перед подачей газа в поршневой компрессор понижают давление газа и производят откачку газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод. Мобильная компрессорная установка по указанному способу позволяет производить откачку газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод и путем дросселирования газа перед подачей его в поршневой компрессор поддерживать режим работы поршневого компрессора с постоянной производительностью.
Основным недостатком указанных технических решений является то, что установка после дросселирования газа работает с постоянным заданным давлением на всасывании поршневого компрессора, равным остаточному (конечному) давлению газа в отключенном участке газопровода, величина которого и определяет объемы оставшегося в отключенном участке газопровода неоткачанного газа.
В основу изобретения положена задача повышения эффективности работы установки за счет:
- введения в конструкцию дополнительного источника сжатого газа низкого давления для увеличения объема газа, откачиваемого из отключенного участка газопровода;
- введения в конструкцию дополнительного блока регулирования режимов работы компрессорной установки для согласования режимов совместной работы отдельных агрегатов установки при изменении давления в отключенном участке газопровода;
- введения в конструкцию автономного источника инертного газа, трехпозиционного клапана и дополнительных временных трубопроводов для возможности использования системы для откачки газа в качестве многофункциональной системы, в частности для удаления остатков газа из полостей агрегатов и трубопроводов системы для откачки газа и пневматических испытаний воздухом отключенного участка газопровода на прочность после завершения на нем ремонтных работ.
Поставленные задачи для конструкции системы для откачки газа решаются тем, что система для откачки газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод содержит компрессорную установку, выполненную в виде поршневого компрессора с блоком управления поршневым компрессором, с входным и выходным трубопроводами для подключения компрессорной установки к отключенному и действующему участкам соответственно, кран-регулятор, установленный во входной трубопровод, блок охладителей и влагоотделителей газа и привод компрессорной установки с выхлопным трубопроводом.
Согласно изобретению система для откачки газа также содержит трехпозиционный клапан, установленный во входной трубопровод компрессорной установки. Причем трехпозиционный клапан подключен входом к выходу крана-регулятора. Кроме того, система для откачки газа содержит дополнительный источник сжатого газа низкого давления, автономный источник инертного газа, газоанализатор и дополнительный блок регулирования режимов работы компрессорной установки, сопряженный с блоком преобразователей температуры, давления и расхода газа, установленным в соответствии с порядком работы поршневого компрессора на входе в первую ступень поршневого компрессора, с блоками преобразователей температур и давлений газа на входе в каждую последующую ступень поршневого компрессора и с блоком преобразователей температуры и давления газа, установленным на выходном трубопроводе компрессорной установки, а выход последней ступени поршневого компрессора через блок охладителей и влагоотделителей соединен с действующим газопроводом.
Для управления режимами закачки газа в действующий газопровод при снижении давления в отключенном участке газопровода дополнительный блок регулирования режимов работы компрессорной установки оснащен тремя выходами, одним из которых дополнительный блок регулирования подключен к трехпозиционному клапану, другим выходом соединен с блоком управления поршневого компрессора и третьим выходом дополнительный блок регулирования режимов работы компрессорной установки соединен с краном-регулятором, а поршневой компрессор дополнительно оснащен перепускными клапанами, установленными в соответствии с порядком работы ступеней поршневого компрессора. В предлагаемой системе для откачки газа трехпозиционный клапан компрессорной установки имеет два выхода, прямым выходом клапан подключен к входу поршневого компрессора и со свободного выхода переходным трубопроводом трехпозиционный клапан подключен к входу дополнительного источника сжатого газа низкого давления. Кроме того, выход дополнительного источника сжатого газа низкого давления через трубопровод газа низкого давления, блок охладителей и влагоотделителей и обратный клапан подключен к входу поршневого компрессора, выходным трубопроводом сообщенным с действующим газопроводом.
В предлагаемой конструкции системы для откачки газа компрессорная установка снабжена механическим редуктором с двумя выводными валами, где одним выводным валом привод компрессорной установки соединен через муфту сцепления с дополнительным источником сжатого газа низкого давления, а другим выводным валом привод компрессорной установки соединен с поршневым компрессором;
В заявленном изобретении конструкция привода компрессорной установки может быть выполнена в двух вариантах:
- в первом варианте привод компрессорной установки выполнен в виде газового или дизельного двигателя внутреннего сгорания с выводным валом, где привод соединен через механический редуктор с дополнительным источником сжатого газа низкого давления и с поршневым компрессором;
- во втором варианте привод компрессорной установки может быть выполнен в виде газотурбинного привода с выводным валом, где привод соединен через механический редуктор с дополнительным источником сжатого газа низкого давления и с поршневым компрессором.
Также в двух вариантах может быть выполнена и конструкция дополнительного источника сжатого газа низкого давления:
- в первом варианте дополнительный источник сжатого газа низкого давления выполнен в виде винтового компрессора с вводным валом и муфтой сцепления, где винтовой компрессор через муфту сцепления и редуктор соединен с приводом компрессорной установки;
- во втором варианте дополнительный источник сжатого газа низкого давления может быть выполнен в виде центробежного компрессора с вводным валом и муфтой сцепления, где центробежный компрессор через муфту сцепления и редуктор соединен с приводом компрессорной установки. Кроме того, перепускной клапан, установленный на входе первой ступени поршневого компрессора, прямым выходом соединен с входом второй ступени поршневого компрессора и далее в соответствии с порядком работы сопрягаемых ступеней поршневого компрессора каждый перепускной клапан прямым выходом соединен с входом последующей ступени поршневого компрессора, а свободные выходы перепускных клапанов и выход последней ступени поршневого компрессора соединены с выходным трубопроводом компрессорной установки.
В предлагаемой конструкции системы предусмотрено удаление газа из полостей дополнительного источника сжатого газа низкого давления, поршневого компрессора и трубопроводов системы для откачки газа с целью предотвращения образования взрывоопасных концентраций газа в смеси с воздухом перед подачей воздуха для пневмоиспытаний отключенного участка газопровода, для чего система для откачки газа содержит байпасный трубопровод с отсечным вентилем, входом подключенный к выходному трубопроводу компрессорной установки и выходом соединенный с входным трубопроводом компрессорной установки, и содержит установленный в байпасный трубопровод, газоанализатор. Кроме того, система для откачки газа содержит автономный источник инертного газа с отсечным вентилем, выходом подключенный к входному трубопроводу компрессорной установки между краном-регулятором и трехпозиционным клапаном. Для пневмоиспытаний отключенного участка газопровода воздухом после удаления газа из полостей дополнительного источника сжатого газа низкого давления, поршневого компрессора и трубопроводов системы для откачки газа компрессорную установку входным трубопроводом сообщают с окружающим наружным пространством, а выходным трубопроводом подключают к отключенному участку газопровода.
С целью сокращения времени откачки газа из отключенного участка газопровода в заявленном изобретении система для откачки газа выполнена в виде компрессорной станции, включающей не менее двух компрессорных установок, всасывающий коллектор компрессорной станции и нагнетательный коллектор компрессорной станции. Где каждая компрессорная установка параллельно с последующей компрессорной установкой подключена входным трубопроводом к всасывающему коллектору компрессорной станции и выходным трубопроводом каждая компрессорная установка компрессорной станции сообщена с нагнетательным коллектором. Кроме того, всасывающий коллектор компрессорной станции через входной трубопровод с отсечным вентилем соединен с отключенным участком газопровода, а нагнетательный коллектор компрессорной станции через выходной трубопровод с отсечным вентилем сообщен с действующим газопроводом.
В предлагаемой системе для откачки газа:
- введение в систему дополнительного источника сжатого газа низкого давления позволяет обеспечить откачку газа из отключенного участка газопровода вплоть до величины остаточного давления в нем, равной атмосферному, что повышает эффективность системы для откачки газа по сравнению с прототипом по патенту RU № 2330182;
i
i
- введение в систему перепускных клапанов поршневого компрессора, установленных в соответствии с порядком работы ступеней поршневого компрессора, а также дополнительного блока регулирования режимов работы компрессорной установки, сопряженного с блоком преобразователей температуры, давления и расхода газа, установленного в соответствии с порядком работы поршневого компрессора на входе в первую ступень поршневого компрессора, с блоками преобразователей температур и давлений газа на входе в каждую последующую ступень поршневого компрессора, а также сопряженного с блоком преобразователей температуры и давления газа, установленным на выходном трубопроводе компрессорной установки, позволяет осуществлять режим работы установки в соответствии с заданным законом регулирования: , где dV(τ) - объем газа, откачанного компрессорной установкой в течение i-го заданного интервала времени τ, dP(τ) - заданный интервал снижения давления в отключенном участке газопровода в течение i-го интервала времени τ;
- введение в систему автономного источника инертного газа и газоанализатора позволяет осуществлять удаление из полостей дополнительного источника сжатого газа низкого давления, поршневого компрессора и полостей трубопроводов компрессорной установки, оставшегося там газа, и производить контроль концентрации газа при продувке системы инертным газом вплоть до величины, не превышающей предельно допустимую концентрацию;
- подключение компрессорной установки выходным трубопроводом к отключенному участку газопровода и сообщение компрессорной установки входным трубопроводом с окружающим наружным пространством позволяет заполнять воздухом систему и отключенный участок газопровода с последующим подъемом давления в нем компрессорной установкой от величины, равной атмосферному давлению, до давления заданной величины. Развитие и уточнение существенных признаков конструкции системы для откачки газа дано далее.
Поставленные задачи по способу откачки газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод заявленной системой решаются тем, что отключенный участок газопровода соединяют с действующим газопроводом через компрессорную установку и производят откачку газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод.
Согласно изобретению предварительно до начала откачки газа из отключенного участка газопровода рассчитывают характеристики работы компрессорной установки и отключенного участка газопровода, моделируют изменение во времени давления и расхода газа в объеме отключенного участка газопровода. По результатам моделирования задают значения рабочих параметров и параметров регулирования режимов работы компрессорной установки. Затем включают компрессорную установку и через входной трубопровод и выходной трубопровод компрессорной установки нагнетают газ в действующий газопровод из отключенного участка газопровода. При этом в процессе откачки газа непрерывно регистрируют и контролируют изменение рабочих параметров газа, устанавливают параметры управления режимами работы компрессорной установки. После достижения в отключенном участке газопровода заданной величины давления газа откачку газа из отключенного участка газопровода завершают и путем закрытия отсечного вентиля в выходном трубопроводе систему для откачки газа отключают от действующего газопровода. Затем с целью подготовки системы к заполнению воздухом для пневмоиспытаний отключенного участка газопровода из полостей дополнительного источника сжатого газа низкого давления, поршневого компрессора и трубопроводов компрессорной установки удаляют остатки газа. При этом газоанализатором измеряют концентрацию газа и при достижении предельно допустимой величины концентрации газа удаление остатков газа завершают. Затем входным трубопроводом компрессорную установку сообщают с окружающим наружным пространством, а выходным трубопроводом компрессорную установку соединяют с отключенным участком газопровода и через компрессорную установку отключенный участок газопровода заполняют воздухом с последующим подъемом давления воздуха в нем до величины, равной заданному давлению испытания на прочность.
В предлагаемом способе первоначально газ с давлением, равным давлению в отключенном участке газопровода, через входной трубопровод компрессорной установки и через кран-регулятор подают на вход трехпозиционного клапана, затем с его прямого выхода газ направляют непосредственно на вход поршневого компрессора, где повышают давление газа до заданной величины, не превышающей проектное рабочее давление газа в действующем газопроводе. Сжатый в поршневом компрессоре газ подают в блок охладителей и влагоотделителей, где газ охлаждают, удаляют из газа сконденсированную влагу и далее через выходной трубопровод компрессорной установки сжатый и осушенный газ направляют в действующий газопровод. Откачку газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод осуществляют вплоть до достижения величины давления в отключенном участке газопровода, равной заданному минимальному давлению всасывания поршневого компрессора. При снижении давления в отключенном участке газопровода дополнительный источник сжатого газа низкого давления через муфту сцепления подключают к приводу компрессорной установки и трехпозиционный клапан с прямого выхода на поршневой компрессор переключают на свободный выход и газ из отключенного участка газопровода через переходной трубопровод направляют на вход дополнительного источника сжатого газа низкого давления, где давление газа повышают до давления, равного заданному минимальному давлению всасывания поршневого компрессора. Далее, после охлаждения и удаления сконденсированной при охлаждении влаги в блоке охладителей и влагоотделителей, предварительно сжатый газ подают на вход поршневого компрессора, где повышают давление газа до заданной величины, не превышающей проектное рабочее давление газа в действующем газопроводе. Затем после дополнительного охлаждения и удаления влаги в блоке охладителей и влагоотделителей сжатый и осушенный газ через выходной трубопровод компрессорной установки откачивают в действующий газопровод.
i
i
В предлагаемом способе откачки газа для управления режимами работы компрессорной установки в процессе откачки газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод сигналы с блока преобразователей температуры, давления и расхода газа, установленного в соответствии с порядком работы поршневого компрессора на входе в первую ступень, сигналы с блоков преобразователей температур и давлений газа на входе в каждую последующую ступень поршневого компрессора и сигналы с блока преобразователей температуры и давления газа на выходном трубопроводе компрессорной установки поступают в дополнительный блок регулирования режимов работы компрессорной установки, где по заданному алгоритму рассчитывают текущие дифференциальные параметры, характеризующие режимы работы компрессорной установки, сравнивают их с заданными допусками. Затем в процессе управления поршневым компрессором сигналы с выхода дополнительного блока регулирования поступают в блок управления поршневого компрессора и для управления потоками газа в системе для откачки газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод сигналы с одного выхода дополнительного блока регулирования поступают на кран-регулятор и сигналы с другого выхода дополнительного блока регулирования поступают на трехпозиционный клапан. Управление режимами работы компрессорной установки осуществляют в соответствии с заданным законом регулирования , где dV(τ) - объем газа, откачанного компрессорной установкой в течение i-го заданного интервала времени τ, dP(τ) - заданный интервал снижения давления в отключенном участке газопровода в течение i-го интервала времени τ, для чего газ подают с постоянным расходом и с начальным давлением, равным давлению в отключенном участке газопровода, на вход первой ступени поршневого компрессора, где повышают давление до заданной величины. Затем газ охлаждают, удаляют влагу и подают в действующий газопровод. При снижении давления в отключенном участке газопровода путем переключения перепускных клапанов поршневого компрессора в соответствии с порядком работы ступеней поршневого компрессора подключают каждую последующую ступень поршневого компрессора, где повышают давление газа вплоть до заданной величины, не превышающей величину проектного рабочего давления в действующем газопроводе. При этом после каждой ступени сжатый газ дополнительно охлаждают и удаляют влагу в блоке охладителей и влагоотделителей. Далее через выходной трубопровод компрессорной установки газ подают в действующий газопровод. При достижении в отключенном участке газопровода давления, равного заданному минимальному давлению всасывания поршневого компрессора, переключают трехпозиционный клапан с прямого выхода на поршневой компрессор на свободный выход. Тем самым поток газа из отключенного участка газопровода направляют на вход дополнительного источника сжатого газа низкого давления, где газ сжимают до величины давления, равной заданному минимальному давлению всасывания поршневого компрессора. Затем в блоке охладителей и влагоотделителей газ охлаждают, удаляют влагу и предварительно сжатый и осушенный газ подают на вход поршневого компрессора, где повышают давление газа до заданной величины, не превышающей проектное рабочее давление газа в действующем газопроводе. Далее через блок охладителей и влагоотделителей и выходной трубопровод компрессорной установки газ подают в действующий газопровод.
В заявленном способе откачки газа удаление из полостей дополнительного источника сжатого газа низкого давления, поршневого компрессора и трубопроводов компрессорной установки оставшегося там газа до величины концентрации, не превышающей заданную предельно допустимую концентрацию, осуществляют инертным газом от автономного источника инертного газа. Для чего закрывают кран-регулятор входного трубопровода компрессорной установки и закрывают отсечной вентиль выходного трубопровода компрессорной установки, открывают отсечной вентиль байпасного трубопровода, тем самым создают канал для продувки инертным газом трубопроводов и полостей компрессорной установки от автономного источника инертного газа в отключенный участок газопровода. Затем открытием отсечного вентиля автономного источника инертного газа осуществляют продувку инертным газом полостей дополнительного источника сжатого газа низкого давления, поршневого компрессора и трубопроводов компрессорной установки. При достижении в них концентрации газа, измеренной газоанализатором и не превышающей предельно допустимую величину, продувку инертным газом завершают. Причем в качестве инертного газа используют азот.
Затем входным трубопроводом компрессорную установку сообщают с окружающим наружным пространством, а выходным трубопроводом компрессорную установку соединяют с отключенным участком газопровода.
Через компрессорную установку отключенный участок газопровода заполняют воздухом с последующим подъемом давления воздуха в нем до величины, равной заданному давлению испытания на прочность.
В предлагаемом способе откачку газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод осуществляют компрессорной станцией, включающей не менее двух компрессорных установок, следующим образом: входными трубопроводами компрессорные установки подключают параллельно к всасывающему коллектору компрессорной станции и выходными трубопроводами компрессорные установки параллельно соединяют с нагнетательным коллектором компрессорной станции. Кроме того, выходным трубопроводом нагнетательного коллектора компрессорную станцию подключают к действующему газопроводу, а входным трубопроводом всасывающего коллектора компрессорную станцию соединяют с отключенным участком газопровода. Затем открывают отсечной вентиль на выходном трубопроводе нагнетательного коллектора компрессорной станции. Далее открытием отсечного вентиля на входном трубопроводе всасывающего коллектора компрессорной станции газ из отключенного участка газопровода компрессорными установками откачивают в действующий газопровод. При достижении в отключенном участке газопровода заданной величины остаточного давления откачку газа завершают.
В предлагаемом способе откачки газа заявленной установкой:
- предварительный расчет характеристик работы компрессорной установки и отключенного участка газопровода, моделирование изменения во времени давления и расхода газа в объеме отключенного участка газопровода позволяют задать значения рабочих параметров и параметров регулирования режимов работы компрессорной установки;
- подключение дополнительного источника сжатого газа низкого давления к приводу компрессорной установки при достижении величины давления в отключенном участке газопровода, равной заданному минимальному давлению всасывания поршневого компрессора, позволяет осуществить перепуск газа из отключенного участка газопровода через кран-регулятор и трехпозиционный клапан на вход дополнительного источника сжатого газа низкого давления, что создает условия для увеличения общей степени повышения давления компрессорной установки, позволяет увеличить объемы откачиваемого газа и повысить эффективность откачки газа в отличие от прототипа;
- управление режимами работы поршневого компрессора через блок управления поршневым компрессором по сигналам, формируемым дополнительным блоком регулирования режимами работы компрессорной установки, позволяет реализовать заданный оптимальный закон регулирования режимов работы компрессорной установки;
- продувка инертным газом - азотом трубопроводов и полостей компрессорной установки обеспечивает условия для безопасного заполнения системы воздухом при пневмоиспытаниях отключенного участка газопровода;
- отключение компрессорной установки от действующего газопровода, сообщение компрессорной установки входным трубопроводом с окружающим наружным пространством и подключение компрессорной установки выходным трубопроводом к отключенному участку газопровода с последующим нагнетанием в него воздуха компрессорной установкой обеспечивает проведение пневматических испытаний воздухом отключенного участка газопровода, что дает возможность реализовать способы откачки газа и пневмоиспытаний отключенного участка газопровода заявленной системой;
- откачка газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод осуществляется компрессорной станцией, включающей не менее двух компрессорных установок, что приводит к уменьшению времени откачки газа, в отличие от прототипа.
Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием системы для откачки газа и способов откачки газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод со ссылкой на иллюстрации, представленные на фигурах 1-4.
На фигуре 1 представлена общая пневмосхема системы для откачки газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод, в которой компрессорная установка входным трубопроводом подключена к отключенному участку газопровода, а выходным трубопроводом - к действующему газопроводу и применен трехступенчатый поршневой компрессор, причем количество рабочих цилиндров на каждой ступени поршневого компрессора может быть увеличено в зависимости от заданной производительности поршневого компрессора, где: 1 - система для откачки газа; 2 - отключенный участок газопровода; 3 - действующий газопровод; 4 - компрессорная установка; 5 - входной трубопровод компрессорной установки; 6 - выходной трубопровод компрессорной установки; 7 - привод компрессорной установки; 8 - редуктор; 9 - дополнительный источник сжатого газа низкого давления; 10 - поршневой компрессор; 11 - блок охладителей и влагоотделителей; 12 - выводной вал привода компрессорной установки; 13 - выводной вал редуктора; 14 - муфта сцепления; 15 - выводной вал редуктора; 16 - кран-регулятор; 17 - отсечной вентиль; 18 - трехпозиционный клапан; 19 - перепускной клапан; 20 - перепускной клапан; 21 - вход крана-регулятора; 22 - выход крана-регулятора; 23 - вход трехпозиционного клапана; 24 - прямой выход трехпозиционного клапана; 25 - свободный выход трехпозиционного клапана; 26 - переходной трубопровод; 27 - вход источника сжатого газа низкого давления; 28 - выход источника сжатого газа низкого давления; 29 - трубопровод газа низкого давления; 30 - обратный клапан; 31 - вход первой ступени поршневого компрессора; 32 - выход первой ступени поршневого компрессора; 33 - вход перепускного клапана; 34 - свободный выход перепускного клапана; 35 - прямой выход перепускного клапана; 36 - вход второй ступени поршневого компрессора; 37 - выход второй ступени поршневого компрессора; 38 - вход перепускного клапана; 39 - свободный выход перепускного клапана; 40 - прямой выход перепускного клапана; 41 - вход третьей ступени поршневого компрессора; 42 - выход третьей ступени поршневого компрессора; 43 - отсечной вентиль; 44 - дополнительный блок регулирования режимов работы компрессорной установки; 45 - блок управления поршневого компрессора; 46 - блок преобразователей температуры, давления и расхода газа; 47 - блок преобразователей температуры и давления газа; 48 - блок преобразователей температуры и давления газа; 49 - блок преобразователей температуры и давления газа; 50 - выход блока регулирования режимов работы компрессорной установки; 51 - выход блока регулирования режимов работы компрессорной установки; 52 - выход блока регулирования режимов работы компрессорной установки; 53 - выход блока управления поршневого компрессора; 54 - выход блока управления поршневого компрессора; 55 - автономный источник инертного газа; 56 - отсечной вентиль; 57 - выход автономного источника инертного газа; 58 - байпасный трубопровод; 59 - отсечной вентиль; 60 - вход байпасного трубопровода; 61 - выход байпасного трубопровода; 62 - газоанализатор.
На фиг.2 - общая пневмосхема заполнения воздухом отключенного участка газопровода системой для откачки газа, где: 2 - отключенный участок газопровода; 4 - компрессорная установка; 5 - входной трубопровод компрессорной установки; 6 - выходной трубопровод компрессорной установки.
На фиг.3 - общая пневмосхема системы для откачки газа, выполненной в виде компрессорной станции, в которой каждая компрессорная установка параллельно с последующей компрессорной установкой подключена входным трубопроводом к всасывающему коллектору, а выходным трубопроводом сообщена с нагнетательным коллектором компрессорной станции, где: 2 - отключенный участок газопровода; 3 - действующий газопровод; 4 - компрессорная установка; 5 - входной трубопровод компрессорной установки; 6 - выходной трубопровод компрессорной установки; 63 - компрессорная станция; 64 - всасывающий коллектор; 65 - нагнетательный коллектор; 66 - входной трубопровод всасывающего коллектора; 67 - отсечной вентиль; 68 - выходной трубопровод нагнетательного коллектора; 69 - отсечной вентиль.
На фиг.4 в качестве примера реализации заявленных технических решений представлены графики, характеризующие динамику изменения параметров газа в отключенном участке газопровода в процессе откачки газа в действующий газопровод.
Откачку газа из отключенного участка газопровода заявленной системой для откачки газа 1 производят следующим образом (см. фиг.1). Предварительно до начала откачки газа из отключенного участка газопровода 2 рассчитывают характеристики работы компрессорной установки 4 и отключенного участка газопровода 2. Моделируют изменение во времени давления и расхода газа в объеме отключенного участка газопровода 2 и по результатам моделирования задают значения рабочих параметров и параметров регулирования режимов работы компрессорной установки 4.
Включают компрессорную установку 4 и через входной трубопровод 5 и выходной трубопровод 6 компрессорной установки 4 нагнетают газ в действующий газопровод 3 из отключенного участка газопровода 2.
В процессе откачки газа непрерывно регистрируют и контролируют изменение рабочих параметров газа. Устанавливают параметры управления режимами работы компрессорной установки 4, а после достижения в отключенном участке газопровода 2 заданной величины давления газа откачку газа из отключенного участка газопровода 2 завершают и путем закрытия отсечного вентиля 17 в выходном трубопроводе 6 систему для откачки газа 1 отключают от действующего газопровода 3. Затем с целью подготовки системы 1 к заполнению воздухом для пневмоиспытаний отключенного участка газопровода 2 из полостей дополнительного источника сжатого газа низкого давления 9, поршневого компрессора 10 и трубопроводов компрессорной установки 4 удаляют остатки газа. При этом газоанализатором 62 измеряют концентрацию газа и при достижении предельно допустимой величины концентрации газа удаление остатков газа завершают.
Затем входным трубопроводом 5 компрессорную установку 4 (см. фиг.2) сообщают с окружающим наружным пространством, а выходным трубопроводом 6 компрессорную установку 4 соединяют с отключенным участком газопровода 2. Через компрессорную установку 4 отключенный участок газопровода 2 заполняют воздухом с последующим подъемом давления воздуха в нем до величины, равной заданному давлению испытания на прочность.
В процессе откачки газа регулирование режимов работы компрессорной установки осуществляют следующим образом. Первоначально газ с давлением, равным давлению в отключенном участке газопровода 2, через входной трубопровод 5 компрессорной установки 4 и через кран-регулятор 16 подают на вход 23 трехпозиционного клапана 18. Затем с его прямого выхода 24 газ направляют непосредственно на вход 31 поршневого компрессора 10, где повышают давление газа до заданной величины, не превышающей проектное рабочее давление газа в действующем газопроводе 3. Сжатый в поршневом компрессоре 10 газ подают в блок охладителей и влагоотделителей 11, где газ охлаждают, удаляют из газа сконденсированную влагу и далее через выходной трубопровод 6 компрессорной установки 4 сжатый и осушенный газ направляют в действующий газопровод 3. Откачку газа из отключенного участка газопровода 2 в действующий газопровод 3 осуществляют вплоть до достижения величины давления в отключенном участке газопровода 2, равной заданному минимальному давлению всасывания поршневого компрессора 10. При снижении давления в отключенном участке газопровода 2 дополнительный источник сжатого газа низкого давления 9 через муфту сцепления 14 подключают к приводу 7 компрессорной установки 4 и трехпозиционный клапан 18 с прямого выхода 24 на поршневой компрессор 10 переключают на свободный выход 25 и газ из отключенного участка газопровода 2 через переходной трубопровод 26 направляют на вход 27 дополнительного источника сжатого газа низкого давления 9, где давление газа повышают до давления, равного заданному минимальному давлению всасывания поршневого компрессора 10. Далее, после охлаждения и удаления сконденсированной при охлаждении влаги в блоке охладителей и влагоотделителей 11, предварительно сжатый газ подают на вход 31 поршневого компрессора 10, где повышают давление газа до заданной величины, не превышающей проектное рабочее давление газа в действующем газопроводе 3. После дополнительного охлаждения и удаления влаги в блоке охладителей и влагоотделителей 11 сжатый и осушенный газ через выходной трубопровод 6 компрессорной установки 4 откачивают в действующий газопровод 3.
Для управления режимами работы компрессорной установки 4 в процессе откачки газа из отключенного участка газопровода 2 в действующий газопровод 3 сигналы с блока преобразователей температуры, давления и расхода газа 46, установленного в соответствии с порядком работы поршневого компрессора 10 на входе в первую ступень 31, сигналы с блоков преобразователей температур и давлений газа 47, 48 на входе в каждую последующую ступень 36, 41 поршневого компрессора 10 и сигналы с блока преобразователей температуры и давления газа 49 на выходном трубопроводе 6 компрессорной установки 4 поступают в дополнительный блок регулирования режимов работы компрессорной установки 44. В дополнительном блоке регулирования 44 по заданному алгоритму рассчитывают текущие дифференциальные параметры, характеризующие режимы работы компрессорной установки 4 и сравнивают их с заданными допусками. Затем в процессе управления поршневым компрессором 10 сигналы с выхода 52 дополнительного блока регулирования 44 поступают в блок управления 45 поршневого компрессора 10.
i
i
Для управления потоками газа в системе для откачки газа 1 из отключенного участка газопровода 2 в действующий газопровод 3 сигналы с одного выхода 50 дополнительного блока регулирования 44 поступают на кран-регулятор 16, а сигналы с другого выхода 51 дополнительного блока регулирования 44 поступают на трехпозиционный клапан 18. Управление режимами работы компрессорной установки 4 осуществляют в соответствии с заданным законом регулирования , где dV(τ) - объем газа, откачанного компрессорной установкой 4 в течение i-го заданного интервала времени τ, dP(τ) - заданный интервал снижения давления в отключенном участке газопровода 2 в течение i-го интервала времени τ, для чего газ подают с постоянным расходом и с начальным давлением, равным давлению в отключенном участке газопровода 2, на вход 31 первой ступени поршневого компрессора 10, где повышают давление до заданной величины, газ охлаждают, удаляют влагу и подают в действующий газопровод 3. При снижении давления в отключенном участке газопровода 2 путем переключения перепускных клапанов 19, 20 поршневого компрессора 10 в соответствии с порядком работы ступеней поршневого компрессора 10 подключают каждую последующую ступень поршневого компрессора 10, где повышают давление газа вплоть до заданной величины, не превышающей величину проектного рабочего давления в действующем газопроводе 3. При этом после каждой ступени сжатый газ дополнительно охлаждают и удаляют влагу в блоке охладителей и влагоотделителей 11 и далее через выходной трубопровод 6 компрессорной установки 4 газ подают в действующий газопровод 3.
При достижении в отключенном участке газопровода 2 давления, равного заданному минимальному давлению всасывания поршневого компрессора 10, переключают трехпозиционный клапан 18 с прямого выхода 24 на поршневой компрессор 10 на свободный выход 25. Тем самым поток газа из отключенного участка газопровода 2 направляют на вход 27 дополнительного источника сжатого газа низкого давления 9, где газ сжимают до величины давления, равной заданному минимальному давлению всасывания поршневого компрессора 10, затем в блоке охладителей и влагоотделителей 11 газ охлаждают, удаляют влагу и предварительно сжатый и осушенный газ подают на вход 31 поршневого компрессора 10, где повышают давление газа до заданной величины, не превышающей проектное рабочее давление газа в действующем газопроводе. Далее через блок охладителей и влагоотделителей 11 и выходной трубопровод 6 компрессорной установки 4 газ подают в действующий газопровод 3.
Удаление из полостей дополнительного источника сжатого газа низкого давления 9, поршневого компрессора 10 и трубопроводов компрессорной установки 4 оставшегося там газа до величины концентрации, не превышающей заданную предельно допустимую концентрацию, заявленной системой для откачки газа 1 осуществляют инертным газом от автономного источника инертного газа 55. Для чего закрывают кран-регулятор 16 входного трубопровода 5 компрессорной установки 4 и закрывают отсечной вентиль 17 выходного трубопровода 6 компрессорной установки 4, открывают отсечной вентиль 59 байпасного трубопровода 58. Тем самым создают канал для продувки инертным газом трубопроводов и полостей компрессорной установки 4 от автономного источника инертного газа 55 в отключенный участок газопровода 2. Затем открытием отсечного вентиля 56 автономного источника инертного газа 55 осуществляют продувку инертным газом полостей дополнительного источника сжатого газа низкого давления 9, поршневого компрессора 10 и трубопроводов компрессорной установки 4, а при достижении в них концентрации газа, измеренной газоанализатором 62 и не превышающей предельно допустимую величину, продувку инертным газом завершают. Причем в качестве инертного газа используют азот.
Для пневмоиспытаний отключенного участка газопровода 2 (см. фиг.2) входным трубопроводом 5 компрессорную установку 4 сообщают с окружающим наружным пространством, а выходным трубопроводом 6 компрессорную установку 4 соединяют с отключенным участком газопровода 2 и через компрессорную установку 4 отключенный участок газопровода 2 заполняют воздухом с последующим подъемом давления воздуха в нем до величины, равной заданному давлению испытания на прочность.
Откачку газа из отключенного участка газопровода 2 в действующий газопровод 3 осуществляют компрессорной станцией 63, включающей не менее двух компрессорных установок 4 (см. фиг.3). Для чего входными трубопроводами 5 компрессорные установки 4 подключают параллельно к всасывающему коллектору 64 компрессорной станции 63 и выходными трубопроводами 6 компрессорные установки 4 также параллельно соединяют с нагнетательным коллектором 65 компрессорной станции 63. Выходным трубопроводом 68 нагнетательного коллектора 65 компрессорную станцию 63 подключают к действующему газопроводу 3, а входным трубопроводом 66 всасывающего коллектора 64 компрессорную станцию 63 соединяют с отключенным участком газопровода 2. Затем открывают отсечной вентиль 69 на выходном трубопроводе 68 нагнетательного коллектора 65 компрессорной станции 63 и открытием отсечного вентиля 67 на входном трубопроводе 66 всасывающего коллектора 64 компрессорной станции 63 газ из отключенного участка газопровода 2 компрессорными установками 4 откачивают в действующий газопровод 3, а при достижении в отключенном участке газопровода 2 заданной величины остаточного давления откачку газа завершают.
В качестве примера реализации заявленных технических решений на фигуре 4 приведены графики, характеризующие динамику изменения параметров газа в отключенном участке газопровода в процессе откачки газа в действующий газопровод.
i
0
На графике 1 показано изменение объема откачиваемого газа в отключенном участке газопровода (V) по отношению к первоначальному объему газа (V) в зависимости от относительного времени откачки.
i
i
0
0
0
н
i
3
3
Приняты следующие условные обозначения:  - относительный объем откачанного газа; V - объем газа, откачанного за время τ, м; V - первоначальный объем газа, содержащийся в отключенном участке газопровода до начала откачки, м; τ - заданное (нормативное) время для откачки газа из отключенного участка газопровода от начального давления P до давления, равного атмосферному давлению, P, час; τ - текущее время откачки, час;  - относительное время откачки газа.
i
i
0
На графике 2 показано изменение давления газа Р в отключенном участке газопровода за время τ по отношению к первоначальному давлению газа P в зависимости от относительного времени откачки.
i
i
0
i
0
0
н
i
Приняты следующие условные обозначения:  - относительное давление газа в отключенном участке газопровода; P - давление газа в отключенном участке газопровода в момент времени τ, МПа (бар); P - начальное давление газа в отключенном участке газопровода в момент времени τ=0, МПа (бар); τ - заданное (нормативное) время для откачки газа из отключенного участка газопровода от начального давления P до давления, равного атмосферному давлению, P, час; τ - текущее время откачки, час;  - относительное время откачки газа.
0
0
i
Как видно из графика, функция  возрастает по линейному закону, это означает, что при принятом в предлагаемом способе законе регулирования, откачку газа из отключенного участка газопровода в действующий газопровод заявленной системой для откачки газа осуществляют при постоянной производительности  в течение заданного интервала времени dτ, при этом оптимальные параметры режима работы компрессорной установки (компрессорной станции) соответствуют точке пересечения графиков 1 и 2 (точка A). Например, при заданном (нормативном) времени для откачки газа из отключенного участка газопровода τ=72 часа от рабочего давления P=75 бар до атмосферного давления получаем параметры, соответствующие точке А: ; τ=0,25×72 часа=18 часов. Тогда при откачке газа из отключенного участка газопровода скорость подъема давления компрессорными установками поддерживают равной , а производительность компрессорной установки (компрессорной станции) определяют в зависимости от диаметра и протяженности отключенного для ремонта участка газопровода.
Изобретение направлено на повышение эффективности мобильных систем для откачки газа, находящихся в эксплуатации, а именно: повышение объемов газа, откачиваемых из отключенных участков газопроводов в действующие газопроводы, и, как следствие, значительное сокращение потерь газа при капитальных ремонтах газопроводов, а также снижение затрат и сроков производства работ при использовании системы в качестве технического средства для откачки газа в действующий газопровод из отключенного для ремонта участка газопровода и для его пневмоиспытаний на прочность после завершения ремонта.
Система для откачки газа может быть собрана из готовых узлов и агрегатов.