ГАЗОНАПОЛНИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ

Полезная модель относится к устройствам для хранения сжиженных газов и наполнения ими различных транспортных средств с использованием контрольно-измерительной техники, в частности устройств для одновременного измерения объема и массы протекающей по трубопроводу смеси жидкой и газообразной (паровой) сред.
Известна газонаполнительная станция, содержащий последовательно соединенные резервуары-хранилище с коммутирующей запорной арматурой жидкой фазы и коммутирующей запорной арматурой газовой фазы, компрессор паровой фазы, насос жидкой фазы с предохранительным клапаном, трубопроводную магистраль жидкой фазы (см. патент CN №1053668, Кл. F17С 5/02, 07.08.1991).
Данная газонаполнительная станция позволяет подавать потребителю сжиженный газ, а также сжимать и сжижать паровую фазу сжиженного газа. Однако в ней отсутствуют средства для откачки паровой фазы из наполняемой сжиженным газом емкости, что сужает возможности данной газонаполнительной станции и повышает пожароопасность при заполнении сжиженным газом различного вида емкостей.
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является газонаполнительная станция, содержащий последовательно соединенные резервуары-хранилище с коммутирующей запорной арматурой жидкой фазы и коммутирующей запорной арматурой паровой фазы, компрессор паровой фазы, насос жидкой фазы с предохранительным клапаном, трубопроводную магистраль жидкой фазы, трубопроводную магистраль паровой фазы, задвижки паровой и жидкой фаз и гибкие рукава паровой и жидкой фаз для подключения трубопроводных
магистралей, соответственно паровой и жидкой фаз, к автоцистерне (см. патент RO №113632, Кл. B67D 5/04, 30.09.1998).
Данная газонаполнительная станция позволяет наполнять различные емкости, в том числе и автоцистерны сжиженным газом и откачивать из наполняемой емкости паровую фазу с последующим ее сжижением. Однако данная газонаполнительная станция не содержит контрольно измерительной техники для измерения расхода двухфазной среды, подаваемой в наполняемую емкость, а именно смеси сжиженного газа и его паровой фазы. Кроме того, данная газонаполнительная станция имеет сложную и материалоемкую систему сбора паровой фазы и ее сжижения. В результате приводит к необходимости ручного контроля за процессом заполнения емкостей сжиженным газом и увеличению трудоемкости при сжижении паровой фазы сжиженного газа.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение точности учета расхода подаваемого в наполняемую емкость сжиженного газа и упрощение конструкции газонаполнительной станции.
Достигаемый технический результат заключается в повышении надежности работы газонаполнительной станции и снижение трудоемкости при наполнении различного рода емкостей за счет исключения ручного контроля для процессом наполнения.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что газонаполнительная станция содержит резервуары-хранилища с коммутирующей запорной арматурой жидкой фазы и коммутирующей запорной арматурой паровой фазы, компрессор паровой фазы, насос жидкой фазы с предохранительным клапаном, трубопроводную магистраль жидкой фазы, трубопроводную магистраль паровой фазы, задвижки паровой и жидкой фаз и гибкие рукава паровой и жидкой фаз для подключения трубопроводных магистралей, соответственно паровой и жидкой фаз, к автоцистерне, при этом гибкие рукава выполнены с обратными клапанами,
трубопроводная магистраль жидкой фазы выполнена с гравитационным газоотделителем паровой фазы с патрубком выпуска паровой фазы в окружающую среду, трубопроводная магистраль паровой фазы выполнена с патрубком выпуска паровой фазы в окружающую среду, трубопроводные магистрали жидкой и паровой фаз выполнены, каждая с манометром, на трубопроводной магистрали паровой фазы между компрессором и патрубком выпуска паровой фазы установлен, выполненный, например в виде сопла, стабилизатор объемного расхода паровой фазы, на трубопроводной магистрали жидкой фазы между между гравитационным газоотделителем и гибким рукавом жидкой фазы установлен массовый счетчик-расходомер, состоящий из объемного счетчика-расходомера, гидравлически последовательно соединенного с поточным плотномером снабженным измерителем температуры и программно-аппаратного блока, к первому и второму входам которого подключены электрические выходы поточного плотномера и объемного счетчика-расходомера, причем гидравлический вход объемного счетчика-расходомера подключен через гравитационный газоотделитель и предохранительный клапан к выходу насоса, а гидравлический выход поточного плотномера подключен через задвижку жидкой фазы к гибкому рукаву жидкой фазы.
В ходе проведенного исследования была установлена возможность снизить трудоемкость процесса наполнения емкости сжиженным газом при повышении качества обслуживания потребителя путем точного учета расхода подаваемого в наполняемую емкость сжиженного газа, что исключает «недолив» потребителю сжиженного газа. Это достигается за счет установки, выполненного, например в виде сопла стабилизатора объемного расхода паровой фазы, установки на трубопроводной магистрали жидкой фазы между на трубопроводной магистрали жидкой фазы между гравитационным газоотделителем и гибким рукавом жидкой фазы массового счетчика-расходомера, состоящего из объемного счетчика-расходомера, гидравлически последовательно соединенного с поточным плотномером
снабженным измерителем температуры и программно-аппаратного блока, к первому и второму входам которого подключены электрические выходы поточного плотномера и объемного счетчика-расходомера, причем гидравлический вход объемного счетчика-расходомера подключен через гравитационный газоотделитель и предохранительный клапан к выходу насоса, а гидравлический выход поточного плотномера подключен через задвижку жидкой фазы к гибкому рукаву жидкой фазы. Кроме того, выполнение гибких рукавов с обратными клапанами, выполнение трубопроводной магистрали жидкой фазы с гравитационным газоотделителем паровой фазы с патрубком выпуска паровой фазы в окружающую среду и трубопроводной магистрали паровой фазы с патрубком выпуска паровой фазы в окружающую среду, при выполнении трубопроводных магистралей жидкой и паровой фаз, каждой с манометром позволяет предотвратить случайный разлив сжиженного газа при заполнении им различного вида емкостей, а направление откаченной из наполняемой емкости паровой фазы сжиженного газа в компрессор с последующей подачей сжатого сжиженного газа в непосредственно резервуары-хранилища позволяет упростить конструкцию газонаполнительной станции и, как следствие, описанные выше особенности газонаполнительной станции позволяют повысить надежность ее работы.
На чертеже представлена блок-схема газонаполнительной станции.
Газонаполнительная станция содержит резервуары-хранилища 1, паровые выходы которых соединены с выходами коммутирующей запорной арматурой 2 паровой фазы, а жидкостные выходы - с входами коммутирующей запорной арматурой 3 жидкой фазы, компрессорно-насосную станцию 4, выход компрессора 5 паровой фазы которой подключен к входу коммутирующей арматуры 2 паровой фазы, выход коммутирующей арматуры 3 жидкой фазы подключен к входу насоса 6, на выходе которого верхний уровень давления регулируется предохранительным клапаном 7 в составе насосно-компрессорной станции 4. Вход компрессора 5 паровой
фазы через трубопроводную магистраль 8 паровой фазы и выход насоса 6 через трубопроводную магистраль 9 жидкой фазы подключены, соответственно, к выходу и входу поста 10 газонаполнительной станции. Пост 10 включает в себя стабилизатор 11 объемного расхода (например, критическое сопло), гравитационный газоотделитель 12 с патрубком выпуска паровой фазы, массовый счетчик-расходомер 13, состоящий из объемного счетчика-расходомера 14, поточного плотномера 15 с измерителем температуры и программно-аппаратного блока 16, к первому и второму входам которого подключены электрические выходы, соответственно, поточного плотномера 15 и объемного счетчика-расходомера 14. В составе поста 10 имеются также патрубок выпуска 17 паровой фазы, манометры 18 и 19, задвижка 20 для жидкой фазы и задвижка 21 паровой фазы, которые через гибкие рукава 22 и 23 с обратными клапанами подключены соответственно к входу и выходу автоцистерны 24. Гидравлический выход счетчика-расходомера 14 подключен к гидравлический вход плотномера 15, гидравлический вход объемного счетчика-расходомера 14 подключен через гравитационный газоотделитель 12 и предохранительный клапан 7 к выходу насоса 6 к входу которого подключены трубопроводные магистрали от резервуаров-хранилищ 1, а гидравлический выход поточного плотномера 15 подключен к входу задвижки 20 жидкой фазы и через последнюю к гибкому рукаву 22 жидкой фазы.
Программно-аппаратный блок 16 может выполняться в едином конструктивном исполнении с объемным счетчиком-расходомером 14.
Кроме того, предложенное схемотехническое решение программно-аппаратного блока 16 допускает его реализацию на других газах и газовых смесях путем перепрограммирования задаваемой таблицы плотностей фазового перехода.
Устройство работает в двух режимах - с отбором паровой фазы из автоцистерны 24 и без отбора паровой фазы.
Режимы работы задаются оператором с наборного устройства программно-аппаратного блока 16 и определяются температурой окружающего воздуха.
В герметизированной автоцистерне 24, поданной на заправку, между жидкой остаточной фазой, занимающей, как правило, приблизительно 10% от ее рабочего объема, и паровой фазой пропан-бутановой смеси устанавливаются два встречных процесса. С одной стороны, под действием внешних факторов и, в первую очередь температуры окружающего воздуха, происходит переход из жидкой остаточной фазы в паровую фазу. При этом давление в автоцистерне 24 повышается, что стимулирует обратный процесс - конденсацию, то есть переход из паровой фазы в жидкую фазу. Таким образом, в герметизированной автоцистерне 24 устанавливается динамическое равновесие в точке фазового перехода, которое характеризуется давлением и температурой смеси, равной приблизительно температуре окружающего воздуха (см., например, Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей, под редакцией Варгафтика Н.Б., Москва, Наука, издание второе, 1972 г., с.237).
При заправке автоцистерны 24 при открытой только задвижке 20 жидкой фазы, объем паровой фазы уменьшается, и условие динамического равновесия смещается в сторону увеличения давления смеси. При заправке автоцистерна 24 заполняется жидкой фазой приблизительно до 85% от ее рабочего объема и давление в ней поднимается. Конкретное значение этого давления зависит от температуры окружающего воздуха, индицируется манометром 18, и может составлять от 6 до нескольких десятков атмосфер. Для предотвращения разрушения автоцистерны 24 при давлении свыше 18 атмосфер служит предохранительный клапан 7, однако, при его срабатывании автоцистерна 24 не может быть заполнена в штатном режиме. При низких температурах воздуха (ниже температуры конденсации паровой фазы сжиженного газа), давление (играющее роль противодавления относительно насоса 6) в автоцистерне 24 не достигает уставки срабатывания
предохранительного клапана 7, и заправка может производиться с использованием одной открытой задвижки 20 жидкой фазы. Жидкая фаза поступает в автоцистерну 24 от насоса 5 через последовательно соединенные трубопроводную магистраль 9, газоотделитель 12, объемный счетчик-расходомер 14, поточный плотномер 15, открытую задвижку 20 и гибкий рукав 22 в автоцистерну 24. Значение температуры в зависимости от компонентного состава смеси составляет, как правило, (17±3)°C и одинаково для всех газонаполнительных станций. В этих условиях динамического равновесия в точке фазового перехода в автоцистерне 24 при отсутствии заполнения устанавливается абсолютное давление, равное (6,5±0,3) ата.
Если температура воздуха равна или выше указанной выше температуры, то заправка производится с отбором паровой фазы компрессором 5 через гибкий рукав 23 паровой фазы, открытую задвижку 21 паровой фазы, стабилизатор объемного расхода 11 и трубопроводную магистраль 8 паровой фазы.
В осенне-зимний период, когда температура окружающего воздуха ниже температуры конденсации паровой фазы при указанных выше давлениях, интенсивность фазового перехода пропан-бутановой смеси из жидкого состояния в парообразное низкая и заполнение автоцистерны 24, как правило, производится без отбора паровой фазы в следующей последовательности.
Оператор выбирает на наборном устройстве программно-аппаратного блока 16 режим без отбора газовой фазы и тем самым осведомляет его о выбранном алгоритме. Жидкая фаза смеси из выбранного резервуара-хранилища 1 по маршруту, определяемому открытыми задвижками коммутирующей запорной арматурой 3 жидкой фазы, поступает на вход насоса 5. Осуществляется пуск насоса 5, выпуск накопившейся в газоотделителе 12 паровой фазы через его патрубок выпуска, подключение к автоцистерне 24 гибкого рукава 22 жидкой фазы и открывается задвижка 20.
Счетчик-расходомер 14 определяет объемный мгновенный расход F жидкой фазы, а поточный плотномер 15 измеряет мгновенную плотность ρ жидкой фазы. Визуальный контроль давления в трубопроводной магистрали 9 жидкой фазы производится с помощью манометра 18.
3
Применение в устройстве поточного плотномера 15 объясняется возможностью изменения в процессе заполнения автоцистерны 24 плотности смеси как в одном резервуаре-хранилище из-за ее расслоения по высоте, так и технологической необходимости переключения с помощью коммутирующей запорной арматуры 3 резервуаров-хранилищ 1. Отличие между осредненными плотностями жидкой фазы в разных резервуарах из-за изменчивости компонентного состава может достигать десятков кг/м. В отличие от погружных устройств поточные плотномеры 15 измеряют мгновенные значения плотности.
o
o
o
Через электрические выходы поточного плотномера 15 и счетчика-расходомера 14 мгновенные значения плотности и расхода поступают на входы программно-аппаратного блока 16. В программно-аппаратном блоке 16 производится вычисление мгновенного массового расхода G=ρ·F. В дальнейшем, программно-аппаратный блок 16 осуществляет расчет пропущенной через пост 10 массы М жидкой фазы путем интегрирования во времени массового расхода G. Масса жидкой фазы М=G·t выводится на отсчетное устройство блока 16. После заполнения автоцистерны 24 производится останов насоса 6, закрытие задвижки 20 и считывание массы М отпущенной жидкой фазы.
кр
кр
В качестве стабилизатора объемного расхода 11 может быть применено, например, критическое сопло. Степень сужения критического сопла выбирается с одной стороны из заранее заданного уровня стабилизации объемного расхода F при давлении на выходе сопла Р и рабочем давлении на его входе в пределах от 6,2 до 7 ата. С другой стороны степень депрессии потока соплом должна быть такова, чтобы давление газовой фазы в автоцистерне 24 не превышала предельно-допустимое 18 ата.
кp
кр
При работе стабилизатора объемного расхода 11 в трубопроводной магистрали 8 в течение заправки всей автоцистерны 24 устанавливается постоянный объемный расход F газовой фазы при постоянном давлении Р.
кp
г
г
Значения мгновенного объемного расхода F с электрического выхода объемного счетчика-рапсходомера 14 поступают на первый вход блока 16, а мгновенные значения температуры Т и плотности ρ жидкой фазы с электрического выхода поточного плотномера 15 поступают на второй вход блока 16. По полученным значениям Т и ρ и известному объемному расходу F блок 16, определяет мгновенные значения плотности ρ газовой фазы. Используя значение плотности ρ программно-аппаратный блок 16 осуществляет расчет мгновенных значений массового расхода газовой фазы в трубопроводе 8 в соответствии с выражением
г
г
кр
G=ρ·F,
а также значения мгновенных расходов жидкой фазы в трубопроводной магистрали 9 в соответствии с выражением
G=ρ·F
и разность мгновенных значений массового расхода заправляемой жидкой фазы и мгновенных значений массового расхода газовой фазы, вытесняемой из автоцистерны
o
г
G=G-G.
о
o
о
o
о
В дальнейшем, программно-аппаратный блок 16 осуществляет расчет пропущенной через пост 10 массы М жидкой фазы путем интегрирования во времени массового расхода G. Масса жидкой фазы М=G·t выводится на отсчетное устройство программно-аппаратного блока 16. После заполнения автоцистерны 24 производится останов компрессора 5, насоса 6, закрытие задвижек 20, 21 и считывание массы М отпущенной жидкой фазы.
Таким образом, благодаря введенным элементам, связям, алгоритму и организации работы узла учета сжиженного газа повышается точность его
измерения в весенне-летний период при вынужденной работе с отбором паровой фазы.
Настоящая полезная модель и может быть использована на газонаполнительных станциях при коммерческом отпуске двухфазного углеводородного топлива, например пропан-бутановой смеси,.