ПОДЗЕМНЫЙ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ И СИСТЕМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Настоящая полезная модель относится к области газораспределительного и газоиспользующего оборудования, а именно к газораспределительным шкафам, пунктам и станциям (ГРШ, ГРП, ГРС) и может быть использована для очистки, регулирования давления, распределения и, при необходимости, замера расхода природного газа, отбираемого из магистральных и транспортных газопроводов перед дальнейшей транспортировкой или использованием потребителями промышленных или бытовых объектов.
В частности настоящая полезная модель может быть использована, как на газораспределительных станциях, так и в городе и сельской местности, для обеспечения газификации различных объектов в качестве газораспределительного пункта, подготавливающего и подающего природный газ промышленным и бытовым потребителям.
Специфика работы газораспределительных станций (ГРС) предусматривает редуцирование природного газа от давления соответствующего давлению в газопроводе до давления, необходимого для потребителей и поддержания его в автоматизированном режиме. При этом необходимо очищать газ от капельной жидкости и механических частиц для обеспечения надежной работы регуляторов давления, измерять расход газа и, в случае большого перепада входного и выходного давления газа, подогревать газ для компенсации дроссельного эффекта и с целью предотвращения выпадения конденсата и образования в газе кристаллогидратов.
Известны автоматизированные газораспределительные станции ГРС: АГРС-1/3, АГРС-1, АГРС-3, АГРС-10, "Энергия-1", "Энергия-1М", "Энергия-2", "Энергия-3", "Ташкент-1" и "Ташкент-2", "Исток" БК-ГРС. Указанные ГРС, как правило, имеют блочно модульную конструкцию, содержат блоки технологический и сигнализации, средства для замера расхода газа, для очистки газа, для эжектирования, одоризации, подогрева газа, для отопления помещения, при этом установка для подогрева газа, емкости для одоранта и конденсата размещены вне блоков на открытой площадке (Данилов А.А. Автоматизированные газораспределительные станции: Справочник. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2004, стр.350-404).
Недостатком известных газораспределительных станций является то, что оборудование занимает значительные площади, требует большого объема проектных работ по привязке оборудования к объекту (проектирование территории, размещение блоков, проектирование межблочных коммуникаций), а также большого объема строительных и монтажных работ (строительство фундаментов под оборудование, зданий), при этом, технологическое оборудование подвергается негативному воздействию окружающей среды (перепад температур от минус 40 до плюс 50°, атмосферные осадки, снеговая и ветровая нагрузка). Для защиты технологического оборудования от воздействия температур наружного воздуха необходимо обеспечивать обогрев помещения ГРС, а также надземно проложенных трубопроводов, что не рационально.
Кроме того, в связи с тем, что большинство газопроводов прокладывается в земле, при применении известных газораспределительных станций возникает комплекс проблем по выводу газопроводов на поверхность, подводу газа к газовому оборудованию и отвод трубопровода редуцированного газа под землю (обеспечение подогрева и теплоизоляции трубопроводов, обеспечение отвода конденсата и противокоррозионная защита).
Ннедостатком известных ГРС является их негативное воздействие на окружающую среду и на находящихся рядом людей и оборудование, так при работе ГРС происходят выбросы газа в атмосферу, тепловое и шумовое воздействие, кроме того ГРС представляют собой опасный производственный объект и в случае аварии, пожара и взрыва зона поражения будет значительна. Указанные ГРС слабо защищены от возможного негативного воздействия людей, несанкционированного доступа, неумышленного и умышленного вывода оборудования из строя (например, при вандализме или террористических актах).
Указанные недостатки известных ГРС накладывают ограничение на их применение в населенных пунктах и в непосредственной близости к потребителю.
Известно подземное хранилище сжиженного природного газа (ПХ СПГ) для резервного энергообеспечения объектов метро, содержащее расположенный ниже уровня земли, отделенный от массива грунта теплоизоляционной податливой прослойкой несущий железобетонный резервуар, изнутри теплоизолированный и гидроизолированный от сжиженного природного газа и снабженный расположенными в технологической шахте (с герметическими люками и лестницей) трубопроводами для наполнения-выдачи сжиженного природного газа и его паров, при этом подземное хранилище сжиженного природного газа расположено на уровне по глубине и на расстоянии по горизонту от технологической выработки метро, отделено от нее массивом грунта и соединено с ней двумя теплоизолированными криогенными жидкостным и газовым трубопроводами, в технологической выработке метро жидкостный трубопровод через первый запорно-регулирующий вентиль подсоединен к регазификатору повышения давления, выход которого подсоединен через запорный вентиль к газовому трубопроводу и через второй запорно-регулирующий вентиль подсоединен к регазификатору выдачи природного газа потребителю, выход которого через ресивер подсоединен к газовому двигателю резервной энергоустановки, подвод теплоты к регазификаторам осуществляется при помощи воздушных трубопроводов системы вентиляции и кондиционирования метро (патент РФ№2298722, публ. 2007 г).
Известное подземное хранилище природного газа, отделенное от поверхности земли значительным массивом грунта, лишено недостатков в части защиты установки от воздействия окружающей среды и несанкционированного доступа, однако, даже в большей степени, чем известные ГРС, требует большого объема проектных работ (геологические гидрологические, сейсмологические исследования в зоне строительства), земляных работ (строительство подземных туннелей, обустройство подземных помещений), строительных и монтажных работ (изготовление теплоизолированного и гидроизолированного железобетонного резервуара, подвод коммуникаций).
Недостатком подземного хранилища является также то, что для осуществления процесса регазификации необходимо подводить тепло от систем вентиляции и кондиционирования метро, что снижает автономность и, следовательно, надежность работы.
Известно устройство хранения сжатого природного газа, включающее резервуар с двойной стенкой для подземного хранения природного газа высокого давления, сбросной клапан из кольцевой полости снаружи оболочки, измеритель давления газа, наружный корпус, зацементированный в земле и соединенный с внутренним корпусом, продувочный клапан внутреннего корпуса, сбросной клапан из внутренней полости, воздухоприемный клапан, сбросной трубопровод и уплотнения для наружного корпуса. Внутренний и наружный корпуса соединены друг с другом с концентрической фиксацией наружной и внутренней оболочек, при этом внутренний корпус расположен во внутренней полости внешнего корпуса, который прижат к резервуару посредством зажима, расположенного в уплотнении наружного корпуса, и фиксирующего емкость после выхода ее наружу, а также осуществляющего фиксацию емкости по всей длине. Внутренний корпус может быть поднят из под земли для проверки и замены в соответствии с необходимостью, что повышает безопасность и срок эксплуатации резервуара для хранения газа (патент Китая №200940768, публ. 2007 г).
Известное устройство для хранения газа является компактным по сравнению с подземным хранилищем природного газа по патенту РФ№2298722, имеет конструкцию, обеспечивающую относительно безопасную эксплуатацию за счет двойной стенки и цементного укрепления резервуара.
К недостаткам известного устройства относится отсутствие устройств для редуцирования и подготовки газа, отсутствие и сложность подвода и отвода подающего и отводящего трубопровода природного газа из-за необходимости обеспечения герметичных проходок через двойные стенки, трудность подвода подземных коммуникаций в связи с тем, что наружный корпус зацементирован в земле. Перечисленные недостатки снижают функциональность резервуара для хранения газа и являются препятствием для применения его в качестве устройства для подготовки газа.
Известен модуль для редуцирования природного газа, в частности подземного типа, содержащий корпус, в котором размещены серийно выпускаемые элементы, собранные в виде редуцирующего устройства с входной и выходной трубами, которые подключаются соответственно к входному и входному газопроводам, проложенным под землей. Корпус модуля также расположен под землей и подключен к подводящему и отводящему трубопроводу двумя-тремя вертикальными патрубками герметично закрепленными в основании корпуса. Для подключения входной и выходной труб редуцирующего устройства к соответствующим патрубкам, закрепленным в основании корпуса, предусмотрены быстроразъемные соединения. Корпус модуля также содержит съемную верхнюю крышку. (Патент Италии №242585, публ. 1994 г).
Недостатком известного модуля редуцирования является низкая надежность, связанная с отсутствием резервного оборудования, отсутствием очистки газа от капельной влаги и механических частиц (что может вызвать вход из строя регулятора давления), аппаратуры контроля и сигнализации, а также отсутствием возможности отключения оборудования в случае выхода его из строя.
Кроме того при подъеме установки на поверхность для обслуживания и расстыковке быстроразъемных соединений происходит стравливание газа из контура установки, а также подводящего и отводящего трубопроводов до отсечной арматуры, и учитывая то, что газ находится под давлением может приводить к значительным потерям товарного природного и затратам на обслуживание.
Целью создания настоящей полезной модели является повышение надежности и безопасности газораспределительных устройств, снижение объемов монтажных и строительных работ при вводе газораспределительных устройств на месте эксплуатации, а также расширение арсенала технических средств, применяемых для подготовки и распределения природного газа промышленным и бытовым потребителям.
Сущность настоящей полезной модели состоит в следующем.
Газораспределительный модуль содержит корпус с крышкой и патрубками для входа газа и выхода газа, причем корпус, по меньшей мере, частично, расположен ниже уровня земли, и в нем размещены соединенные между собой трубопроводами устройство для очистки газа, устройство для снижения давления газа, предохранительные устройства и контрольно-измерительные приборы. Патрубки входа газа и выхода газа снабжены отсечными устройствами, установленными с возможностью герметичного перекрытия модуля при его обслуживании.
Корпус выполнен герметичным.
Корпус выполнен из металла с противокоррозионным покрытием или из коррозионно-стойких сплавов.
Корпус также может быть выполнен из полимерного или композитного материала, например полиэтилена, или из стеклопластика.
Корпус с крышкой выполнены с теплоизоляцией.
Крышка выполнена с рычажной системой, обеспечивающей при ее открытии подъем размещенного в корпусе оборудования, и снабжена замком повышенной надежности для защиты от несанкционированного доступа.
Для предотвращения образования конденсата и кристаллогидратов при редуцировании модуль содержит средства для электроподогрева трубопроводов и внутреннего объема корпуса.
Устройство для очистки газа содержит, по меньшей мере, один фильтр, устройство для снижения давления газа, содержит, по меньшей мере, один регулятор давления, предохранительные устройства содержат, по меньшей мере, один предохранительный запорный клапан, и/или, по меньшей мере, один предохранительный сбросной клапан, подключенный к свече для сброса газа в атмосферу, либо в емкость сбора газа.
Отсечные устройства выполнены в виде ручной или дистанционно управляемой арматуры.
Отсечные устройства на входе и выходе выполнены в виде быстроразъемных самогерметизирующихся соединений, например, виде невозвратных клапанов, открывающихся при стыковке и закрывающихся при расстыковке.
Регулятор давления может быть выполнен в виде пружинного регулятора прямого действия, или в виде мембранного регулятора прямого действия, или в виде регулятора давления пилотного типа действия с управляющим задатчиком, или в виде регулятора давления поршневого типа.
Устройство для снижения давления газа содержит вихревой подогреватель, предотвращающий образование конденсата и кристаллогидратов при редуцировании.
Устройство для снижения давления газа может содержать глушитель шума.
Устройство для снижения давления газа может дополнительно содержать обводную ветку регуляторов давления с отсечным и дросселирующим кранами.
Фильтр в устройстве для очистки газа содержит, по меньшей мере, один фильтрующий элемент коалесцирующего типа, или один фильтрующий элемент из металлического или неметаллического пористого материала, или один фильтрующий элемент из гофрированного листового фильтрующего материала.
В устройстве очистки предусмотрена емкость сбора конденсата, опорожняемая периодически вручную при обслуживании.
В устройстве очистки предусмотрена емкость сбора конденсата с подключенным к ней дренажным насосом, удаляющим скопившуюся в корпусе влагу и управляемый блоком автоматического управления по сигналу датчика уровня жидкости, установленному в верхней части емкости сбора.
Контрольно-измерительные приборы включают расходомер турбинного или кориолисового типа с корректором для коммерческого учета газа, и размещены на единой панели, установленной в верхней части модуля, доступной для снятия показаний и обслуживания.
Модуль содержит блок автоматического управления.
Блок автоматического управления выполнен с возможность сбора информации от аналоговых датчиков с токовым сигналом (например, перепада давления на фильтре, давления на входе, расхода газа, давления на выходе, давления между рабочим и резервным регулятором давления, расхода газа) и ведения записи измеряемых параметров.
Блок автоматического управления выполнен с возможностью передачи информации аналоговых датчиков с токовым сигналом (например, перепада давления на фильтре, давления на входе, расхода газа, давления на выходе, давления между рабочим и резервным регулятором давления, расхода газа) на центральный пульт управления, в том числе и в режиме реального времени.
Модуль размещается на площадке, обеспечивающей возможность проведения обслуживания модуля и входящих в него устройств.
Крышка корпуса модуля выполнена массивной и устанавливается заподлицо с площадкой для обеспечения проезда транспорта, прохода людей и предотвращения несанкционированного доступа.
На площадке установлена гидравлическая система с ручным насосом для обеспечения возможности подъема модуля и/или его оборудования в процессе обслуживания.
Модуль может дополнительно содержать предварительно настроенный на рабочее давление байпас с отсечным и дросселирующим кранами, выполненный с возможностью автоматического подключения к входному и выходному трубопроводу при расстыковке и подъеме в процессе обслуживании модуля и/или его оборудования.
Сущность настоящей полезной модели состоит также в том, предложена система газораспределения, содержащая, по меньшей мере, два соединенных друг с другом модуля, выполненных в соответствии с перечисленными выше признаками.
На фиг.1 представлена газовая схема подземного газораспределительного модуля; на фиг.2 - подземный газораспределительный модуля (разрез); на фиг.3 - самозапирающееся отсечное устройство для входного патрубка.
Подземный газораспределительный модуль (фиг.1 и фиг.2), располагающийся ниже уровня земли, содержит теплоизолированный корпус 1 с крышкой 2, патрубок для входа газа 3, патрубок для выхода газа 4, фильтр 5, регулятор давления газа 6 (например, пилотного типа), предохранительный запорный клапан 7, предохранительный сбросной клапан 8, контрольно-измерительные приборы 9, отсечные устройства 10 на входном и выходном патрубках, обводную ветку регуляторов давления 11 с отсечным краном 12 и дросселирующим краном 13. Контрольно-измерительные приборы вынесены на единую панель 14, доступную для снятия показаний и обслуживания. Контрольно-измерительные приборы могут включать расходомер 15, например, турбинного типа, с корректором для коммерческого учета газа.
Для сброса газа из внутренних полостей модуля предусмотрены ручные краны 16.
Отсечные устройства в виде быстроразъемных самогерметизирующихся соединений по типу невозвратных клапанов (фиг.3), содержат фланец 17, соединенный с патрубком для входа газа 3 или патрубком для выхода газа 4, фланец 18, соединенный с внутренним трубопроводом, два клапана 19 и 20, на каждом из которых предусмотрен центрирующий стержень с уступом, и установлены уплотнительное кольцо 21 и прижимающая пружина 22. На фланце 17 (как правило, расположенном на неподвижной части трубопровода) предусмотрена втулка с раструбом для надежного центрирования соединения, и с радиальной поверхностью под уплотнительное кольцо, седло для клапана и решетка с центральным отверстием для обеспечения соосности клапана 19. На фланце 18 (как правило, расположенном на обслуживаемой, съемной части трубопровода) предусмотрена втулка с конической заточкой и установленным радиальным уплотнительным кольцом 23, и также седло для клапана и решетка с центральным отверстием для обеспечения соосности клапана 20. Клапаны 19 и 20 отличаются тем, что один из них (например 20) имеет конец вогнутой формы, а другой (например 19) конец выпуклой формы для обеспечения взаимной соосности клапанов.
Подземный газораспределительный модуль имеет блок автоматического управления (не показан), который располагается вне газораспределительного модуля (взрывоопасной зоны). Блок автоматического управления выполнен с возможность сбора информации аналоговых датчиков 9 с токовым сигналом (например, перепада давления на фильтре, давления на входе, расхода газа, давления на выходе, давления между рабочим и резервным регулятором давления) и ведения записи измеряемых параметров.
Модули (два и более) могут быть объединены для создания газораспределительной сети. Подключение модулей с применением газопроводов может происходить как последовательно, так и параллельно, при этом могут быть реализованы любые технически оправданные комбинации подключений, каждые из которых, будут иметь определенные преимущества относительно применения отдельного модуля.
При параллельном подключении двух и более модулей унифицированного типоразмера обеспечивается требуемая пропускная способность газораспределительной сети и увеличивается надежность работы за счет ввода резервных модулей. При наличии резерва обеспечивается постоянное снабжение газом потребителя (при выходе из строя и обслуживании основных модулей работают резервные и наоборот), а также обеспечение равномерной загрузки модулей для увеличения ресурса работы газораспределительной сети.
При последовательном подключении модулей обеспечивается последовательное снижение давления и оптимальные диаметры трубопроводов транспортирующих природный газ, между газопроводом высокого давления и газовой сетью потребителя.
Подземный газораспределительный модуль работает следующим образом.
Природный газ высокого или среднего давления поступает в подземный газораспределительный модуль через патрубок 3, и через открытое отсечное устройство 10 на входном патрубке 3 поступает в фильтр 5, где очищается от механических частиц и при необходимости от капельной жидкости, далее поступает в расходомер 15, где происходит измерение расхода, после чего через открытый запорный предохранительный клапан 7 поступает в устройство для редуцирования 6, где давление газа снижается до требуемого потребителю значения, далее газ низкого давления через открытое отсечное устройство 10 поступает в выходной патрубок 4, откуда направляется потребителю.
В случае выхода из строя регулятора давления 6 при повышении давления на выходе выше необходимого значения на 15%, предохранительный сбросной клапан 8 открывается, сбрасывая избыток давление через свечу в атмосферу. При дальнейшем возрастании давления на выходе выше необходимого значения на 20% предохранительный запорный клапан 7 герметично закрывается, перекрывая поток газа через вышедший из строя регулятор давления 6, и предотвращая аварийный выход из строя оборудования.
При обслуживании оборудование (фильтр 5, регулятор 6, расходомер 15, предохранительный запорный клапан 7, предохранительный сбросной клапан 8) поднимается наверх, при этом отсечные устройства 10 на входном патрубке 3 и выходном патрубке 4 герметично закрываются, предотвращая сброс в атмосферу природного газа из подводящего и отводящего трубопроводов и оборудования. При необходимости сброс газа из внутренних полостей модуля (для разборки оборудования, замены фильтрующих элементов) производится на свечу через ручные краны
В отсечном устройстве 10 при соединении соосность фланцев обеспечивается наличием конической заточки на втулке фланца 18 и раструба на втулке фланца 17. Герметичность соединения обеспечивается кольцом 23. Осевая фиксация фланцев обеспечивается весом конструкции, либо может быть обеспечена быстросъемным крепежом. Клапаны 19 и 20 упираются друг в друга и при этом отжаты от седел, что обеспечивает проток газа через соединение.
При расстыковке соединения 10 (например, при подъеме оборудования для обслуживания) под действием пружин 22 происходит одновременная посадка клапанов 19 и 20 на соответствующие седла фланцев 17 и 18 с герметизацией кольцами 21. При этом длина втулок на фланцах 17 и 18 обеспечивает расстыковку-соединения фланцев по кольцу 23 только после закрытия клапанов 19 и 20, что гарантирует минимальный выброс газа в окружающую среду.
Предложенная полезная модель позволяет повысить надежность, а следовательно и безопасность работы газораспределительных устройств, снизить объем монтажных и строительных работ при вводе газораспределительных устройств на месте эксплуатации, а также расширяет арсенал технических средств, применяемых для подготовки и распределения природного газа промышленным и бытовым потребителям.