Устройство и способ для равномерного распределения потока
DEVICE AND METHOD FOR UNIFORM FLOW DISTRIBUTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к технической области, относящейся к распределению газа.
Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройству для равномерного распределения, предназначенному для систем или станций, регулирующих давление на двух или большем количестве магистралей.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы или станции регулирования давления на нескольких магистралях, в целом, представляют собой установки, которые обеспечивают возможность питать сети для транспортировки и распределения газа для гражданских и промышленных потребителей.
Исключительно в качестве примера, системы регулирования давления используются в распределительных сетях для снижения давления газа от среднего давления до низкого давления.
Со ссылкой на стандарты, действующие в настоящее время в Италии, низкое давление подачи означает давление между 0,04 бар и 12 бар, среднее давление подачи означает давление между 12 бар и 24 бар, а при давлении выше последнего значения говорят о высоком давлении.
Ссылка на «две или большее количество магистралей» в вышеупомянутых системах регулирования давления относится к тому факту, что эти магистрали, как правило, состоят из нескольких магистралей регулирования давления, расположенных параллельно.
Одну из этих магистралей, как правило, называют «главной», так как она, как правило, является рабочей, а другие называют «вспомогательными», поскольку они, как правило, неактивны и предназначены для ввода в эксплуатацию в случае поломки или неисправности главной магистрали.
Главные и вспомогательные магистрали откалиброваны по-разному, и если главная магистраль больше не в состоянии подавать газ под откалиброванным давлением, вспомогательные магистрали автоматически активируются, подавая газ при условном откалиброванном давлении, которое ниже, чем в главной магистрали.
Газораспределительные компании начали изготавливать полностью автоматические устройства для равномерного распределения потока, имеющие низкую стоимость и обеспечивающие возможность постоянной параллельной работы двух или большего количества существующих магистралей, в которых поток газа равномерно распределен по этим магистралям.
Короче говоря, эта модификация теоретически позволяет добиться многих преимуществ.
Первое преимущество заключается в значительном снижении уровня шума, так как поток газа разделяется между несколькими магистралями.
Еще одно преимущество заключается в постоянной поддержке магистралей в рабочем состоянии, чтобы предотвратить проблемы слипания уплотнений (уплотнительных колец), которое иногда происходит, когда, после неисправности на главной магистрали, аварийная (вспомогательная) магистраль должна включиться в работу после длительных периодов простоя. Проблема слипания уплотнительных колец обусловлена длительным простоем устройств, и она решается путем поддержания магистрали в рабочем состоянии.
Еще одно преимущество, которое может быть достигнуто путем создания нескольких магистралей, работающих параллельно, заключается в том, что нет необходимости проектировать магистрали, например в случае двух магистралей, которые работают одна на 100%, а другая, например, на 70%, но вместо этого, можно спроектировать обе магистрали, каждая из которых задействует 50% общего потока. Таким образом, в этом случае можно добиться значительной экономии средств, также с точки зрения затрат и монтажных пространств, к тому же можно справиться с любыми сбоями в магистралях, лишь используя сетевую архитектуру уже существующих газораспределительных сетей.
Существуют устройства, предназначенные для управления равномерным распределением потока между различными параллельными магистралями, но эти устройства не свободны от недостатков. Первый из этих недостатков заключается в том, что из-за того, чтобы иметь возможность управлять регулирующими устройствами различных магистралей, требуется один или несколько дополнительных блоков управления, усложняя, тем самым, архитектуру регулирующей системы и, следовательно, увеличивая расходы как на установку, так и на управление.
Другим недостатком является то, что невозможно гарантировать, по меньшей мере в случае неисправности на главной магистрали, адекватную и безопасную работу остальных частей установки.
Другим недостатком, получающимся в результате введения дополнительных блоков управления, в дополнение к сложности управления, является необходимость изменения существующих рабочих параметров, таких как, например, калибровочные значения исходных блоков управления.
Решение такого типа проиллюстрировано в международной патентной заявке WO 2012/153310, в которой дополнительная управляющая магистраль расположена параллельно со стандартными элементами управления в сочетании с каждым регулирующим давление устройством.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание технического решения, которое преодолевает эти недостатки, то есть, обеспечивает устройство для равномерного распределения, которое способно эффективно и безопасно работать в случае неисправности или сбоя на одной из магистралей подачи газа, даже без внешних источников энергии, и которое также является недорогим в изготовлении.
Еще одна цель изобретения заключается в создании способа равномерного распределения потока газа между двумя магистралями для подачи газа, который является практичным, простым в управлении и эффективным.
Вышеуказанные цели достигаются, в соответствии с настоящим изобретением, с помощью устройства и способа для равномерного распределения потока газа, которые включают технические характеристики, описанные в прилагаемой формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Технические характеристики изобретения, со ссылками на указанные выше цели, четко описаны в приведенной ниже формуле изобретения, а его преимущества будут более очевидны из подробного описания, которое следует далее, со ссылками на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют предпочтительные, не ограничивающие варианты выполнения и на которых:
Фиг. 1 изображает схематический вид предпочтительного варианта выполнения устройства, выполненного в соответствии с изобретением;
Фиг. 2 изображает схематичный вид варианта выполнения устройства, показанного на Фиг. 1;
Фиг. 3 изображает схематический вид еще одного варианта выполнения устройства, показанного на Фиг. 1;
Фиг. 4 изображает схематический вид еще одного варианта выполнения устройства, показанного на Фиг. 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На прилагаемых чертежах номер 100 позиции обозначает в целом устройство для равномерного распределения потока между несколькими магистралями для подачи газа.
На Фиг. 1 номером 1 позиции обозначен участок первой магистрали для подачи газа, далее также называемой главной магистралью.
Номером 2 позиции обозначен участок второй магистрали для подачи газа, в дальнейшем также называемой вспомогательной магистралью, параллельный упомянутой выше первой магистрали 1.
Соответствующие стрелки указывают направление движения газа вдоль магистралей 1, 2.
Со ссылкой на первую магистраль 1, вдоль этого участка проиллюстрированы, один за другим, два устройства 3, 4, по существу известного типа, предназначенные для регулирования давления.
Регулирующее устройство 3, расположенное выше по потоку в упомянутом направлении движения, является резервным устройством, тогда как регулирующее устройство 4, расположенное ниже по потоку, является тем, которое обычно работает и которое, следовательно, регулирует давление проходящего через него газа. Регулирующее устройство 4, расположенное ниже по потоку, далее также называется первым регулирующим устройством.
Подобно тому, что только что описано выше, принимая во внимание вторую магистраль 2, вдоль проиллюстрированных участков расположены одно за другим два соответствующих устройства 5, 6 для регулирования давления также по существу известного типа.
Регулирующее устройство 5, расположенное выше по потоку в упомянутом направлении движения, является резервным устройством, тогда как регулирующее устройство 6, расположенное ниже по потоку, является тем, которое обычно работает и которое, следовательно, регулирует давление проходящего через него газа. Регулирующее устройство 6, расположенное ниже по потоку, далее также называется вторым регулирующим устройством.
Устройства 3, 4, 5, 6 для регулирования давления способствуют созданию на магистралях 1, 2 системы регулирования давления.
Исключительно в качестве примера, предполагая, что, в так называемой регулирующей системе для конечного пользователя, которая получает газ из труб при низком давлении для распределения по сетям для подачи пользователям, можно считать, что выше по потоку от устройств 3, 5 давление газа составляет примерно 5 бар, тогда как ниже по потоку от первого и второго устройств 4, 6 это давление имеет значение порядка 20 мбар.
Эти значения приведены только в качестве примера и не ограничивают объем изобретения.
Для каждого из устройств 3, 4, 5, 6 для регулирования давления, устройство, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, содержит соответствующий блок 7, 8, 9, 10 управления. Блоки 7, 8, 9, 10 управления относятся по существу к известному типу и приводятся в действие пневматически с помощью разницы в давлении газа между верхними по потоку и нижними по потоку устройствами 3, 4, 5, 6.
Каждый блок 7, 8, 9, 10 управления соединен с соответствующим устройством 3, 4, 5, 6 с помощью соответствующего управляющего трубопровода 7а, 8а, 9а, 10а.
В последующем описании блоки 8, 10 управления первого и второго устройств 4, 6 также называются, соответственно, как первый блок 8 управления и второй блок 10 управления.
Устройство 100 для равномерного распределения потока между несколькими магистралями для подачи газа содержит ряд блоков 7, 8, 9, 10 управления, равное количеству устройств 3, 4, 5, 6 для регулирования давления, имеющихся на магистралях 1 и 2.
Другими словами, это означает, что устройство 100 не содержит никакого дополнительного блока управления, кроме тех, которые относятся к каждому устройству 3, 4, 5, 6.
В целом, все правила безопасности в отношении распределения газа требуют, чтобы каждое устройство для регулирования давления было связано с соответствующим блоком управления, причем этот узел также обычно подвергается поверке.
Каждая магистраль 1, 2 для подачи газа также содержит соответствующий управляющий трубопровод 11, 12 для активации блока 7, 8, 9, 10 управления.
В первой магистрали 1, за первым регулирующим устройством 4, имеется точка 13 измерения давления.
От этой точки 13, преимущественно объединенной с распределительным устройством 14, проходит несколько трубок 15, предназначенных для передачи измеренного значения давления (как правило, Р1) к различным устройствам, образующим часть системы регулирования давления на магистрали 1.
Аналогично тому, что только что было описано со ссылкой на первую магистраль 1, на второй магистрали 2 также предусмотрена точка 16 измерения давления, расположенная ниже по потоку от второго устройства 6.
От этой точки 16, преимущественно объединенной с распределительным устройством 17, проходит несколько трубок 18, предназначенных для передачи измеренного значения давления к различным устройствам, входящим в состав системы регулирования давления на магистрали 2.
В частности, как устройства 3, 4, 5, 6 для регулирования давления, так и соответствующие блоки 7, 8, 9, 10 управления должны, известным образом для правильной работы, принимать сигнал, представляющий собой значение давления ниже по потоку от первого и второго устройств 4, 6.
Способ передачи этого значения заключается в размещении каждого из вышеупомянутых регулирующих устройств и блоков управления в непосредственном сообщении с газом в соответствующей магистрали, ниже по потоку от устройства 4, 6.
Как показано на Фиг. 1, устройство 100 содержит пневматический трубопровод 19 для соединения первого блока 8 управления первого регулирующего устройства 4 со вторым регулирующим устройством 6, чтобы определить во второй магистрали 2, ниже по потоку от второго устройства 6, давление Р1, равное давлению, скорректированному в первой магистрали 1.
На практике пневматический трубопровод 19 соединяет трубопровод 8а с трубопроводом 10а, по существу исключая блок 10 управления из управления вторым регулирующим устройством 6, благодаря откалиброванному давлению Р2 блока 10, которое меньше, чем откалиброванное давление Р1 блока 8.
Другими словами, с помощью пневматического соединительного трубопровода 19 блок 8 управления первого регулирующего устройства 4 также управляет вторым регулирующим устройством 6, эффективно равномерно распределяя давление газа, проходящего по двум магистралям 1, 2 ниже по потоку от устройства 100.
Как показано на Фиг. 1, устройство 100 содержит автоматический пневматический выключатель 20, расположенный в трубопроводе 19.
Пневматический выключатель 20 предназначен для прерывания пневматического соединения между первым блоком 8 управления и вторым устройством 6 для регулирования давления во второй магистрали 2.
Как показано на Фиг. 1, устройство 100 содержит пневматический трубопровод 21 для запитывания выключателя 20. Поэтому выключатель 20 представляет собой пневматический выключатель, приводимый в действие пневматическим образом.
Пневматический нагнетающий трубопровод 21 соединен с первой магистралью 1 для подачи газа ниже по потоку от первого регулирующего устройства 4, в области, обычно подверженной действию указанного выше первого заданного рабочего давления Р1.
Предпочтительно, пневматический трубопровод 21 соединен с магистралью 14 в вышеупомянутой точке 13 измерения давления.
Предпочтительно, пневматический выключатель 20 содержит не показанные на чертежах мембрану и пружину, противодействующие силе, создаваемой за счет давления газа, действующего на мембрану.
Пневматический нагнетающий трубопровод 21 формирует для устройства 100 средства пневматического типа для управления выключателем 20.
В варианте выполнения, показанном на Фиг. 2, устройство 100 содержит, в качестве альтернативы описанному выше выключателю 20, пневматический выключатель 20е, приводимый в действие электрически, внутри электрической цепи 22.
Электрическая цепь 22 содержит датчик 23 давления, расположенный в главной магистрали 1 для измерения значения давления, имеющегося в магистрали 1 ниже по потоку от первого устройства 4, значения, которое обычно равно давлению Р1, определенному первым блоком 8 управления.
Датчик 23 давления преобразует измеренное значение давления в электрический сигнал, который по цепи 22 достигает блока 24 управления, который электрически приводит в действие пневматический выключатель 20е. Точнее, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, не показанным подробно, блок 24 управления управляет электрическим приводом, содержащимся внутри выключателя 20е и которому противодействует пружина, которая, при отсутствие воздействия привода, как правило, поддерживает выключатель 20е в закрытом состоянии, то есть прерывая трубопровод 19.
Это обстоятельство эквивалентно, как описано выше, прерыванию пневматического соединения между первым блоком 8 управления и вторым устройством 6 для регулирования давления во второй магистрали 2.
Вышеупомянутый датчик 23 давления, электрическая соединительная цепь 22 и блок 24 управления определяют, во всей их полноте, электрические средства управления пневматическим выключателем 20е.
В варианте выполнения, показанном на Фиг. 3, устройство 100 работает на трех магистралях 1,2,2' для подачи газа.
Что касается составных элементов магистралей 1 и 2, то следует сделать ссылку на приведенное выше описание в отношении Фиг. 1.
Магистраль 2' также представляет собой вспомогательную магистраль, как и магистраль 2, описанная выше. Составные элементы магистрали 2', соответствующие и эквивалентные элементам, уже указанным со ссылкой на магистраль 2, обозначены тем же самым номером позиции, отличающимся исключительно штрихом, как и в случае 2 и 2', как указано выше.
В устройстве 100, показанном на Фиг. 3, трубопровод 19 соединяет блок 8 управления первого регулирующего устройства 4 со вторым регулирующим устройством 6, а также с третьим регулирующим устройством 6' третьей магистрали 2', для обнаружения, как во второй магистрали 2, ниже по потоку от второго регулирующего устройства 6, так и в третьей магистрали 2', ниже по потоку от третьего регулирующего устройства б', того же самого давления Р1, равного тому, что было скорректировано в первой магистрали 1.
В этом случае пневматический трубопровод 19 соединяет трубопровод 8а как с трубопроводом 10а, так и с трубопроводом 10'а, эффективно исключая как блок 10 управления из управления вторым регулирующим устройством 6, так и блок 10' управления из управления третьим регулирующим устройством 6', благодаря тому факту, что как откалиброванное давление Р2 блока 10, так и откалиброванное давление Р3 блока 10' меньше, чем откалиброванное давление Р1 блока 8.
Другими словами, с помощью трубопровода 19 блок 8 управления первым устройством 4 также управляет дополнительными регулирующими устройствами 6, 6', эффективно равномерно распределяя давление газа, проходящего вдоль всех магистралей 1, 2, 2' ниже по потоку от устройства 100.
При использовании, со ссылкой на схему, показанную на Фиг. 1, во время нормальной работы первый блок 8 управления первого устройства 4 для регулирования давления в главной магистрали 1, также управляет вторым устройством 6 для регулирования давления во вспомогательной магистрали 2. Таким образом, обе магистрали 1, 2 подают газ ниже по потоку при одном и том же откалиброванном давлении Р1, что и первый блок 8 управления.
Это, как уже упоминалось, имеет место при нормальной работе устройства 100, в котором поток газа точно равномерно распределяется между главной магистралью 1 и вспомогательной магистралью 2.
V
Автоматический пневматический выключатель 20, откалиброванный на давление P, немного меньшее, чем Р1, поэтому, как правило, находится во активном состоянии, то есть открыт, что обеспечивает пневматическое соединение между первым блоком 8 управления и вторым устройством 6 для регулирования давления во вспомогательной магистрали 2 через соединительный трубопровод 19.
V
В этом нормальном рабочем состоянии второй блок 10 управления, связанный со вторым устройством 6 для регулирования давления во второй магистрали 2, является неактивным (но предназначен для обнаружения, когда он активен, ниже по потоку от второго регулирующего устройства 6, второго давления Р2, меньшего чем как давление Р1, так и откалиброванное давление P пневматического выключателя).
Если на главной магистрали имеется ошибка или неисправность, то например, чтобы определить, ниже по потоку от регулирующего устройства понижение давления до значения Р0, которое также значительно меньше, чем откалиброванное значение Р1 первого блока 8 управления, давление Р0 устанавливают сразу же внутри пневматического выключателя 20.
Короче говоря, вышеупомянутое понижение давления вдоль главной магистрали 1 может иметь место за счет отбора газа пользователями ниже по потоку, которое не поддерживается с помощью соответствующего питающего потока; это обстоятельство, как правило, происходит из-за блокировки, вызванной неисправностью.
V
Так как пневматический выключатель 20 откалиброван на давление P, которое немного меньше, чем значение Р1, он деактивируется незамедлительно (когда давление в нем достигнет значения Р0, значительно меньшего, чем Р1), прерывая, тем самым, пневматический трубопровод 19 для соединения между первым блоком 8 управления и вторым устройством 6 во вспомогательной магистрали 2.
V
После этого прерывания второй блок 10 управления становится активным для второго устройства 6 для регулирования давления, прикладывая к регулирующему устройству 6 соответствующее откалиброванное давление Р2, которое меньше чем Р1 и P.
Таким образом, после измененной команды на втором регулирующем устройстве 6, во второй магистрали 2 создается новое давление Р2, которое меньше, чем давление Р1, существующее на обеих магистралях 1, 2 для подачи газа, при условии их одновременной работы.
Функционирование устройств 100, показанных на Фиг. 2 и 3, не отличается от только что описанного со ссылкой на Фиг. 1.
Что касается варианта выполнения, показанного на Фиг. 2, то пневматический выключатель 20е электрически приводится в действие с помощью соответствующего блока 24 управления, в зависимости от величины давления, измеренного с помощью датчика 23 давления.
Тем не менее, в варианте выполнения, показанном на Фиг. 3, имеется два пневматических выключателя 20, 20', каждый из которых действует на соединительный трубопровод 19 и управляется давлением, измеренным, соответственно, в точках 13 и 16 измерения давления.
Выключатель 20 предназначен для прерывания трубопровода 19 в случае понижения давления в магистрали 1, тогда как выключатель 20' предназначен для прерывания трубопровода 19 при понижении давления в магистрали 2.
V
V
Аналогично тому, что описано выше в отношении калибровки выключателя 20 при давлении P, немного меньшим, чем значение Р1, в случае пневматического выключателя 20', он откалиброван на давление P', немного меньшее, чем Р2, и в любом случае большее, чем Р3.
Таким образом, при аварии на магистрали 1, в магистрали 2 устанавливается откалиброванное давление Р2 второго блока 10 управления, и то же самое происходит в третьей магистрали 2', управляемой вторым блоком 10 управления, а также, через нижнюю секцию трубопровода 19, на третьем регулирующем устройстве 6'.
Когда, с другой стороны, авария также происходит на второй магистрали 2, выключатель 20' прервет трубопровод 19, а второе регулирующее устройство 6' будет скорректировано соответствующим блоком 10' управления, который установит соответствующее откалиброванное давление Р3 в третьей магистрали 2'.
В варианте выполнения, показанном на Фиг. 4, устройство 100 для равномерного распределения содержит пневматический трубопровод В для подсоединения пневматического выключателя 20 к трубопроводу 7а для приведения в действие устройства 3 регулирования резервного давления главной магистрали, причем указанный трубопровод вставлен между блоком 7 управления и устройством 3 регулирования резервного давления.
Пневматический выключатель 20, таким образом, приводится в действие давлением, имеющимся в трубопроводе 7а, для приведения в действие устройства 3 регулирования резервного давления.
В соответствии с вариантами выполнения, показанными на Фиг. 1-3, пневматический выключатель 20, управляемый давлением, имеющимся в магистрали 14, прерывает трубопровод 19 для соединения между первым блоком 8 управления и вторым устройством 6 после полной неисправности на главной магистрали, причем эта неисправность состоит в основном в блокировке (перекрытии) самой магистрали.
В варианте выполнения, показанном на Фиг. 4, с другой стороны, пневматический выключатель 20 прерывает пневматический трубопровод 19, когда вмешивается устройство 3 регулирования резервного давления.
Другими словами, выключатель 20 вмешивается после сбоя устройства 4 главной магистрали 1 таким образом, чтобы вызвать срабатывание устройства 3 регулирования резервного давления главной магистрали 1, но не обязательно блокировку подачи газа в этой магистрали 1.
Путем инициирования вышеупомянутой операции, предложенное устройство 100 в его многочисленных альтернативных вариантах выполнения привносит существенные преимущества.
Первое из этих преимуществ связано с тем, что устройства 4, 6, 6' для регулировки различных магистралей не требуют, для их управления, дополнительных блоков управления, в дополнение к тем, которые уже обычно имеются в каждой магистрали для подачи газа.
Еще одним преимуществом является возможность, в случае неисправности на главной магистрали 1, гарантировать адекватную и безопасную работу остальных магистралей 2, 2', хотя и при слегка пониженных давлениях.
Еще одно преимущество, достигаемое с помощью предложенного устройства 100, заключатся в том, что исходные рабочие параметры отдельных магистралей могут быть сохранены, такие как, например, значения откалиброванных давлений Р1, Р2, Р3 блоков управления, уже имеющихся на магистралях 1, 2, 2', независимо от их работы в режиме равномерного распределения.
Еще одно преимущество, в частности, для вариантов выполнения, показанных на Фиг. 1 и 3, то есть с пневматическими выключателями 20, 20', заключается в том, что для своей работы они не требуют энергоснабжения, кроме энергии давления газа, пропускаемого по магистралям 1, 2, 2'.
Другими словами, в отличие от известного устройства для равномерного распределения потока, предложенное устройство в его вариантах выполнения, которые используют пневматический выключатель 20, 21 с пневматическим приводом, для своей правильной работы не нуждается в каком-либо источнике внешней энергии (например, для питания соленоидального клапана).
Описанное выше изобретение является промышленно применимым и может быть модифицировано и адаптировано несколькими способами (такими, как, например, для равномерного распределения потока между магистралями под высоким давлением), не выходя за пределы объема идеи изобретения. Кроме того, все детали изобретения могут быть заменены технически эквивалентными элементами.