ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ

Газораспределительная станция (ГРС) относится к технологическому газовому оборудованию и предназначена для понижения давления природного газа до необходимого уровня при снабжении газом от магистральных газопроводов населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных объектов.
В научно-технической литературе описаны ГРС, которые содержат блок переключения, узлы очистки, подогрева и редуцирования, а также систему одоризации, блоки измерения расхода газа, контроля и управления. Блоки и узлы соединены межу собой, образуя законченный комплекс ГРС.
Газ из входного газопровода подают в блок переключений, затем его очищают от примесей, нагревают до заданной температуры в узле подогрева газа и передают в узел редуцирования, где давление газа снижают от входного до заданного. Перед подачей в выходной газопровод газ проходит через блок одоризации, где приобретает специфический запах и поступает потребителю (Бобровский С.А., Яковлев Е.И. Газовые сети и газохранилища, М. Недра, 1980 г., стр.128, 136; Козловский Ю.Ф., Чумаков А.В. Новые формы обслуживания газораспределительных станций, М.. Недра, 1981 г.; Данилов А.А. Автоматизированные газораспределительные станции: Справочник, С-П. Химиздат, 2004 г. с.389).
Из патентной информации также известны газораспределительные станции (Патент RU №2035655 F17D 1/04, опубл. 20.05.1995 г., патент RU №2079040, МКИ F17D 1/04, опубл. 10.05.97,), содержащие установленные в контейнере блок переключений, технологический блок с параллельно включенными редуцирующими линиями, узлами очистки и учета расхода газа, теплообменниками системы подогрева газа, а также систему одоризации, блок аварийно-предупредительной сигнализации и технологические газопроводы.
В качестве прототипа можно выбрать газораспределительную станцию (Патент №2224944 RU МКИ F17D 1/04, F17C 5/06, опубл. 27.02.2004 г) содержащую входной и выходной газопроводы, блок переключения, узлы редуцирования и очистки газа, имеющие не менее двух технологических линий, узел замера расхода газа и узел подогрева газа с теплообменниками и теплоносителем, а также систему одоризации, блок контроля и управления.
Недостатком ГРС, выбранных в качестве аналогов и прототипа, является то, что имеющиеся в них аварийно-предупредительные устройства и сигнализация срабатывают уже при наступившей аварийной ситуации, то есть уже при произошедшем отказе какого либо из устройств. При этом могут возникать выбросы большого количества газа в атмосферу, необходимость незапланированных переключений запорной арматуры, обеспечивающей включение в работу байпасной линии или резервных устройств, аварийные ремонты, а также необходимость остановки ГРС, что ведет к снижению надежности работы станций.
Задачей создания заявляемого устройства является повышение надежности работы ГРС за счет диагностирования в процессе ее эксплуатации критического (предельного) состояния устройств, изменяющих параметры газа, до наступления их отказа и своевременного автоматического включения в работу резервных устройств без остановки ГРС, а также за счет возможности проведения профилактических и ремонтных работ по восстановлению работоспособности устройств в процессе эксплуатации ГРС.
Решение указанной задачи достигается за счет того, что газораспределительная станция, содержит входной и выходной газопроводы, блок переключений, узлы очистки, подогрева и редуцирования газа, включающие соответственно фильтры, теплообменники и регуляторы давления газа и имеющие не менее двух технологических линий, а так же блок одоризации, узел замера газа и блок контроля и управления. Новым является то, что дополнительно введен блок диагностики с акустическими датчиками, установленными на фильтрах, теплообменниках, а так же регуляторах давления газа, при этом блок диагностики соединен с блоком контроля и управления.
Устройство поясняется чертежом (фиг.1), на котором представлена блок - схема ГРС.
вых
вых
ГРС состоит из следующих блоков и узлов (фиг.1): блока переключений 1, узла очистки газа 2, узла подогрева газа 3, узла редуцирования газа 4, узла замера расхода газа 5, блока одоризации газа 6, блока диагностики 7 с акустическими датчиками 8, а также блока контроля и управления 9. В блок переключения 1 входят входной 10, выходной 11 и байпасный газопроводы с кранами, предназначенными для отсечки ГРС по входу и выходу, включения байпасной линии, а также предохранительные клапана. На входном 10 и выходном 11 газопроводах установлены контрольно-измерительные приборы и датчики для получения данных и контроля по давлению и температуре газа, поступающего на ГРС и подающегося потребителю. Узел очистки газа 2 состоит из двух линий очистки - основной и резервной, каждая из которых включает в себя сетчатый фильтр-сепаратор 12, краны 13, 15 или 14, 16 с управляемыми приводами, обеспечивающие включение основной или резервной линий, акустический датчик 8, соединенный с блоком диагностики 7 и обеспечивающий диагностирование состояния фильтров 12. Кроме того, имеется накопитель для сбора механических примесей и влаги, не прошедших через фильтры, а также дренажная емкость сбора конденсата, соединенная с накопителем. Краны 13, 14, 15, 16 с управляемыми приводами соединены с блоком контроля и управления 9. Узел подогрева газа 3 состоит из двух линий подогрева - основной и резервной, каждая из которых включает в себя теплообменник 17, краны 18, 20 или 19, 21 с управляемыми приводами, обеспечивающие включение основной или резервной линий, акустический датчик 8, соединенный с блоком диагностики 7 и обеспечивающий диагностирование состояния теплообменников 17. Кроме того, имеются обводная линия с краном 22, которая используется при отсутствии необходимости подогрева газа, устройство подогрева теплоносителя, взаимодействующего с теплообменниками 17, а также термометр и датчик температуры, контролирующие работу узла подогрева газа 3. Краны 18, 19, 20, 21 с управляемыми приводами, а также термометр и датчик температуры взаимодействуют с блоком контроля и управления 9. Узел редуцирования газа 4 имеет две идентичные по составу и пропускной способности редуцирующие линии - основную и резервную, каждая из которых содержит два последовательно расположенных регулятора давления 23 и 24, краны 25, 27 или 26, 28 с управляемыми приводами, обеспечивающие включение основной или резервной линий, акустические датчики 8, соединенные с блоком диагностики 7 и обеспечивающие диагностирование состояния регуляторов давления 23, 24. Кроме того, имеются манометр и датчик давления, контролирующие давление газа между регуляторами 23, 24. Редуцирование давления газа на основной и резервной линиях осуществляется в одну ступень, причем регуляторы 23 являются рабочими и настраиваются на выходное давление Р, а регуляторы 24 являются защитными и обеспечивают защиту от превышения давления при аварийном открытии рабочих регуляторов 23. Защитные регуляторы 24 настраиваются на давление, равное 1,05 Р. Краны 25, 26, 27, 28 с управляемыми приводами, а также манометры и датчики давления взаимодействуют с блоком контроля и управления 9. Узел замера расхода газа 5 обеспечивает коммерческий учет расхода газа и связан с блоком контроля и управления 9. Блок одоризации газа 6 придает газу, подаваемому потребителю, специфический запах с целью обнаружения по запаху утечки газа и соединен с блоком контроля и управления 9. Блок диагностики 7 состоит из анализатора спектра звуковых сигналов (АЗС), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), а также устройства сравнения спектров звуковых сигналов и информации (УСИ). Блок диагностики 7 предназначен для определения работоспособности и предельного состояния до появления отказа диагностируемых устройств - фильтров 12, теплообменников 17 и регуляторов давления 23, 24, на основе спектрального анализа в АЗС и сравнения в УСИ эталонных звуковых сигналов, имеющихся в ПЗУ для каждого из указанных диагностируемых устройств, и соответствующих фактических звуковых сигналов, получаемых с акустических датчиков 8, устанавливаемых на диагностируемых устройствах и записываемых в ОЗУ. В качестве датчиков 8 могут быть использованы, например, акустические датчики-сигнализаторы ДСП-АК. Если эталонные и фактические спектры звуковых сигналов соответственно совпадают друг с другом с заданной точностью, то указанные выше диагностируемые устройства являются работоспособными. При несовпадении эталонных и фактических спектров звуковых сигналов на величину больше заданной, диагностируется предельное состояние диагностируемых устройств и при дальнейшей работе возможно появление их отказа. В этом случае блок диагностики 7 подает сигнал в связанный с ним блок контроля и управления 9 о возможности появления отказа соответствующего устройства до его наступления. Блок контроля и управления 9 выдает сообщение о возникшей ситуации на пульт оператора и передает сигнал о переключении соответствующей управляемой запорной арматуры - кранов 13, 14, 15, 16 узла очистки газа 2, или кранов 18, 19, 20, 21 узла подогрева газа 3, или кранов 25, 26, 27, 28 узла редуцирования газа 4, обеспечивающих включение в работу резервных устройств и выключение из работы устройств, в которых может возникнуть отказ (включение резервной линии и выключении основной). Эталонные звуковые сигналы, частота и точность сравнения спектров эталонных и фактических сигналов, а также величина и характер несовпадения эталонных и фактических спектров сигналов, характеризующая возможность возникновения отказа до его появления, определяются и записываются в ПЗУ блока диагностики 7 для каждого из указанных диагностируемых устройств при испытаниях ГРС, работающей с различной производительностью (в диапазоне от минимальной до максимальной). Блок контроля и управления 9 обеспечивает управление и контроль работы блоков и узлов ГРС, координирует их взаимодействие, производит сбор и передачу информации на пульт оператора, а также осуществляет остановку ГРС в аварийных ситуациях.
На фиг.1 измерительные приборы, датчики, а также связь между кранами с управляемыми приводами и блоком контроля и управления 9 условно не показаны.
Газораспределительная станция работает следующим образом (см. фиг.1).
вх
вых
Газ высокого давления (Р=1,2-7,5 МПа) подают на входной газопровод 10 блока переключений 1, по которому он поступает в один из фильтров 12 узла очистки газа 2, где очищается от механических примесей и капельной влаги. Второй фильтр 12 находится в резерве. В качестве фильтрующих элементов фильтров 12 может быть выбрана металлическая сетка с ячейкой 40 мкм. Не прошедшая через сетку механическая примесь и капельная влага скапливаются в накопителе и дренажной емкости конденсата. Работоспособность фильтров 12 диагностируют блоком диагностики 7 с акустическими датчиками 8. С фильтра 12, находящегося в работе, акустический датчик 8 передает фактический звуковой сигнал в блок диагностики 7, где АЗС определяет его спектр, который запоминается в ОЗУ, а затем в УСИ полученный фактический спектр звуковых сигналов фильтра 12 сравнивается с эталонным спектром, имеющимся в ПЗУ для этого фильтра. При наступлении предельного состояния работающего фильтра 12, до возникновения его отказа, фактический спектр звуковых сигналов будет отличаться от эталонного на величину, превышающую заданную. В этом случае блок диагностики 7 передает сигнал в блок контроля и управления 9 о необходимости включения в работу резервного фильтра 12 и выключении находившегося в работе фильтра, за счет соответствующего переключения кранов 13, 15 и 14, 16 с управляемыми приводами. После очистки газ поступает в один из теплообменников 17 узла подогрева газа 3, где его нагревают до определенной температуры. Второй теплообменник находится в резерве. Работоспособность теплообменников 17 диагностируют блоком диагностики 7 с акустическими датчиками 8. При наступлении предельного состояния теплообменника 17, находящегося в работе, до возникновения его отказа, также как и в узле очистки газа 2 происходит передача и обработка звукового сигнала в блоке диагностики и в случае несовпадения сигналов блок диагностики 7 передает сигнал в блок контроля и управления 9 о необходимости включения в работу резервного теплообменника 17 и выключении находившегося в работе теплообменника, за счет соответствующего переключения кранов 18, 20 и 19, 21 с управляемыми приводами. Если нет необходимости подогрева газа, например, в летнее время года, то газ направляют по обводной линии при открытии крана 22 и закрытии кранов 18, 19, 20, 21. Газ с узла подогрева 3 поступает в одну из редуцирующих линий узла редуцирования 4 и проходит через два последовательно расположенных регулятора давления - рабочий регулятор - 23, обеспечивающий снижение входного давления до требуемого выходного, обычно равного 0,3-1,2 МПа, и защитный регулятор 24, настроенный на давление, равное 1,05 Р, и обеспечивающий защиту от превышения выходного давления при аварийном открытии рабочего регулятора 23. Вторая идентичная линия редуцирования находится в резерве. Работоспособность регуляторов давления 23, 24 диагностируют блоком диагностики 7 с акустическими датчиками 8. При наступлении предельного состояния регуляторов давления 23 или 24, находящихся в работе, до возникновения их отказа, блок диагностики 7 также как и в предыдущих случаях передает сигнал в блок контроля и управления 9 о необходимости включения в работу резервной линии редуцирования и выключении находившегося в работе линии, за счет соответствующего переключения кранов 25, 27 и 26, 28 с управляемыми приводами. После редуцирования газ подается в узел замера расхода газа 5 и далее в входной газопровод 11 блока переключений 1. Далее через блок одоризации 6 газ поступает к потребителю.
Изменение конструкции известных ГРС вызвано практикой их эксплуатации. В предложенной конструкции введен блок диагностики с акустическими датчиками, позволяющий в процессе эксплуатации ГРС диагностировать критическое (предельное) состояние устройств, изменяющих параметры газа, до наступления их отказа, из которых одними из основных являются регуляторы давления газа и теплообменники, расположенные соответственно в узлах редуцирования и подогрева газа, а также фильтры узла очистки газа. Это обеспечивает своевременное автоматическое включение в работу резервных устройств без остановки ГРС и снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций, а также возможности проведения профилактических и ремонтных работ по восстановлению работоспособности устройств в процессе эксплуатации ГРС. Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает повышение надежности работы ГРС.