СПОСОБ ОПОРОЖНЕНИЯ УЧАСТКА ГАЗОПРОВОДА, ПОДЛЕЖАЩЕГО РЕМОНТУ, ВЫТЕСНЕНИЕМ ПРИРОДНОГО ГАЗА И СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ В ДВИЖЕНИЕ САМОДВИЖУЩИХСЯ ПОРШНЕЙ-ВЫТЕСНИТЕЛЕЙ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF EMPTYING A PORTION OF A GAS LINE TO BE REPAIRED, DISPLACING NATURAL GAS AND A METHOD OF ACTUATING SELF-PROPELLED PROPELLANTS (VERSIONS)

Изобретение относится к области эксплуатации и ремонта действующих газопроводов и может применяться для опорожнения участков газопроводов перед выполнением на них ремонтно-восстановительных работ и врезок.
Для опорожнения участков газопровода от содержащегося в них природного газа (далее - ПГ) применяют отключение этих участков закрытием линейных кранов, предварительное срабатывание газа через ближайшую газораспределительную станцию (далее - ГРС) для потребления с последующим сбросом остатков газа в атмосферу через продувочные свечи крановых узлов (СТО Газпром 2-3.5-454-2010 «Правила эксплуатации магистральных газопроводов»). Опыт показывает, что в этом случае сброс ПГ из участков газопровода в атмосферу происходит в большом количестве, что приводит к значительным потерям транспортируемого ПГ, загрязнения атмосферного воздуха, разрушению озонового слоя Земли, а также снижению эффективности эксплуатации систем газопроводов.
Для разрешения указанных проблем в патенте РФ №2386862 (дата приоритета 14.01.2009 г.) «Способ перекачки газа из ремонтируемого участка газопровода» ПГ из отключенного участка газопровода подают в сопло одного или группы эжекторов и производят откачку ПГ. При снижении давления на откачиваемом участке устанавливают дополнительное сжимающее устройство и производят процесс откачки. При этом в качестве рабочего тела используют ПГ перед закрытым краном отключенного участка и давления ПГ в низконапорной камере эжектора. Если необходимая степень откачки ПГ не достигнута, включают в работу компрессор первой ступени. Однако в способе перекачки газа по вышеуказанному патенту снижается производительность компрессора при понижении давления по мере откачки.
Из существующего уровня техники известен также способ опорожнения участка магистрального трубопровода от газа (патент РФ №2539411, дата приоритета 17.01.2012 г.), согласно которому, после отключения опорожняемого участка от магистрального газопровода, имеющуюся на опорожняемом участке свечу через узел соединения соединяют с заякоренной емкостью, выполненной из эластичного непропускающего ПГ материала. Опорожнение участка от газа осуществляют путем перекачки ПГ в указанную емкость. Недостатком вышеуказанного способа является ограниченный объем используемой емкости, а, следовательно, способ применим лишь для коротких участков газопроводов.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является известный способ вытеснения ПГ из участка газопровода, подлежащего ремонту (патент РФ №2261396, дата приоритета 15.04.2004 г.). Согласно этому способу с обеих сторон ремонтируемого участка перекрывают доступ в него ПГ из действующего газопровода и удаляют находящийся в нем под давлением ПГ. В ремонтируемый участок вводят поршни-разделители сред и располагают их в конце ремонтируемого участка по направлению движения ПГ в газопроводе, а удаление газа осуществляют путем перекачки его из ремонтируемого участка в параллельно действующий газопровод или ремонтируемый действующий газопровод на участке, находящемся за местом перекрытия в ремонтируемый участок доступа газа. При помощи поршней-разделителей сред, между которыми создают прослойку из инертного газа, осуществляют поджатие газа путем перемещения их в начало ремонтируемого участка для обеспечения полной его перекачки. Недостатком способа, принятого за прототип, является необходимость в дополнительной нитке газопровода, и в нем остаток газа, недоступный для компримирования по техническим и экономическим причинам, из опорожняемого участка направляют для сжигания через свечу, что является потерей газа. Кроме того, указанный способ предусматривает опорожнение участка только до ближайшей ГРС, что может быть не эффективно в случае, когда дефектным является меньший по протяженности участок.
Заявленная группа изобретений направлена на решение задачи предотвращения потерь ПГ при проведении ремонтных работ на участках газопровода.
Сущность заявляемого способа опорожнения участка газопровода, подлежащего ремонту, вытеснением ПГ, заключается в том, что способ включает в себя отключение опорожняемого участка от магистрального газопровода посредством запорных устройств и опорожнение данного участка от находящегося в нем сжатого ПГ. После отключения опорожняемого участка содержащийся в нем ПГ вытесняют посредством движения введенного в полость газопровода самодвижущегося поршня-вытеснителя. Протечки вытесняемого ПГ в опорожняемое пространство исключают установкой эластичных уплотнительных колец на внешней поверхности поршня-вытеснителя. Процесс вытеснения можно прерывать по достижению поршнем-вытеснителем «маяка», установленного в определенной точке опорожняемого участка газопровода.
Сущность заявляемого способа приведения в движение самодвижущегося поршня-вытеснителя заключается в том, что способ включает в себя всасывание в камеру сгорания рабочей смеси, ее сжатие, сгорание рабочей смеси и рабочий ход, эвакуацию из камеры сгорания отработавших газов. Поршень-вытеснитель, состоящий из двух частей, в исходном положении прижатых друг к другу и образующих между собой камеру сгорания, предварительно помещают в опорожняемый участок газопровода через камеру запуска, заднюю часть поршня-вытеснителя фиксируют в трубе, открывают впускной клапан в стенке передней части поршня-вытеснителя, через который ПГ поступает в камеру сгорания, и одновременно всасывают воздух из пространства за задней частью поршня-вытеснителя, затем, закрыв впускной клапан, топливную смесь воспламеняют системой зажигания, в результате чего передняя часть поршня-вытеснителя перемещается в крайнее переднее положение, по достижению крайнего переднего положения фиксируют относительно стенки трубы, после чего заднюю часть поршня-вытеснителя растормаживают, открывают выпускной клапан, продукты сгорания сбрасывают в пространство за задней частью поршня-вытеснителя, задняя часть поршня-вытеснителя перемещается до упора в заторможенную переднюю часть поршня-вытеснителя, одновременно вытесняют остатки продуктов сгорания, далее продукты сгорания удаляют из пространства за поршнем-вытеснителем путем вентилирования, выпускной клапан закрывают, заднюю часть поршня-вытеснителя фиксируют относительно стенки трубы, переднюю часть поршня-вытеснителя расфиксируют, открывают впускной клапан, после чего цикл повторяют до достижения устройством конца опорожняемого участка газопровода. Фиксация и расфиксация частей поршня-вытеснителя, а также открытие и закрытие клапанов осуществляется по сигналу встроенной автоматической системы управления.
Сущность заявляемого способа приведения в движение самодвижущегося поршня-вытеснителя заключается в том, что способ включает в себя всасывание в камеру сгорания рабочей смеси, ее сжатие, сгорание рабочей смеси и рабочий ход, эвакуацию из камеры сгорания отработавших газов. Поршень-вытеснитель предварительно помещают в опорожняемый участок газопровода через камеру запуска, позади задней стенки поршня-вытеснителя устанавливают двигатель внутреннего сгорания, в камеру сгорания которого подается ПГ из опорожняемой полости перед поршнем-вытеснителем. Воздух, необходимый для образования топливной смеси и для эвакуации продуктов сгорания, нагнетают в пространство за поршнем-вытеснителем из окружающей среды. Топливную смесь сжимают в камере сгорания известным способом, приводя в движение выхлопной вал двигателя внутреннего сгорания. Затем момент движения передается через механическую передачу на движитель, который непрерывно толкает поршень-вытеснитель до достижения устройством конца опорожняемого участка газопровода или «маяка».
Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа опорожнения участка газопровода, подлежащего ремонту, вытеснением ПГ и способа приведения в движение самодвижущегося поршня-вытеснителя (варианты) заключается в реализации указанной выше задачи - предотвращение потерь ПГ при проведении ремонтных работ на участках газопровода.
Заявка относится к группе изобретений, связанных между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел. Единство изобретения соблюдено одновременно по нескольким основаниям, а именно:
- одно техническое решение предназначено для осуществления другого (способ для осуществления способа в целом или одного из его действий). Объект по п. 1 формулы относится к способу в целом, а объекты по пп. 4 и 6 формулы относятся к способам, которые предназначены для осуществления способа по п. 1 в целом;
- относящихся к объектам одного вида (несколько способов) одинакового назначения, обеспечивающих получение одного и того же технического результата (варианты). Так объекты по пп. 4 и 6 относятся к объектам одного вида (способ) и являются вариантами исполнения способа и обеспечивают получение одного и того же технического результата.
Таким образом, заявляемые технические решения (3 объекта) связаны между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел и соответствуют всем критериям, предъявляемым к изобретению, и обеспечивают получение нового технического результата.
Действие заявленных изобретений поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема способа приведения в движение самодвижущегося поршня-вытеснителя (по первому варианту), на фиг. 2 показана схема реализации способа приведения в движение самодвижущегося поршня-вытеснителя (по второму варианту).
На вышеуказанных фигурах цифрами обозначены:
1 - полость газопровода;
2 - передняя часть поршня-вытеснителя;
3 - задняя часть поршня-вытеснителя;
4 - впускной клапан;
5 - вентилятор;
6 - топливная газовоздушная смесь;
7 - система зажигания;
8 - возвратная пружина;
9 - выпускной клапан;
10 - уплотнительные кольца;
11 - поршень-вытеснитель;
12 - газовая турбина;
13 - выхлопное сопло;
14 - редуктор;
15 - привод.
Способ опорожнения участка газопровода, подлежащего ремонту, вытеснением ПГ работает следующим образом. Перед проведением ремонтных работ опорожняемый участок отключают от магистрального газопровода с помощью запорных отключающих устройств (например, крановых узлов). В опорожняемый участок газопровода через камеру запуска помещают поршень-вытеснитель, двигатель, систему вентиляции и механический привод. Из опорожняемого участка магистрального газопровода в камеру сгорания двигателя подают ПГ, а из пространства за задней частью поршня-вытеснителя воздух. Воздух поступает в это пространство известным способом через камеру запуска, которая должна быть открыта. Вследствие этого образуется топливная газовоздушная смесь в необходимой пропорции. Затем газовоздушную смесь воспламеняют известным способом, в результате чего давление в камере сгорания повышается, а момент движения передается на механический привод, позволяющий поршню-вытеснителю продвигаться вперед вдоль полости газопровода. Продукты сгорания эвакуируют из полости газопровода известным способом, например, с помощью системы вентиляции. Для исключения протечки вытесняемого ПГ в опорожненную полость и потери коэффициента полезного действия на внешней поверхности поршня-вытеснителя устанавливают эластичные уплотнительные кольца. Процесс вытеснения прерывают по достижению поршнем-вытеснителем «маяка», установленного в определенной точке опорожняемого участка газопровода.
Способ приведения в движение самодвижущегося поршня-вытеснителя (по первому варианту) осуществляется следующим образом. Через камеру запуска в полость газопровода 1 помещают поршень-вытеснитель, состоящий из двух частей 2 и 3, соединенных таким образом, что они имеют возможность продольного перемещения друг относительно друга на определенное конечное расстояние, при этом в исходном положении они прижаты друг к другу и образуют между собой замкнутую полость - камеру сгорания. Задняя часть поршня-вытеснителя 3 фиксируется в трубе от осевого перемещения известным способом по сигналу встроенной автоматической системы управления (далее - АСУ). Открыв впускной клапан 4 в стенке передней части поршня-вытеснителя 2, через который под действием избыточного давления ПГ из опорожняемого участка магистрального газопровода поступает в камеру сгорания и одновременно всасывает известным способом воздух (например, с помощью вентилятора 5) из пространства за задней частью поршня-вытеснителя 3 (воздух в это пространство поступает через камеру запуска, которая должна быть открыта) в необходимой пропорции для создания топливной газовоздушной смеси 6. Затем, закрыв впускной клапан 4 по команде АСУ, газовоздушную смесь 6 воспламеняют известным способом с помощью системы зажигания 7 (например, свечей зажигания), в результате чего давление в камере сгорания повышается. Передняя часть поршня-вытеснителя 2 перемещается в крайнее переднее положение, сжимая возвратную пружину 8. По достижению крайнего переднего положения относительно стенки трубы 1 переднюю часть поршня-вытеснителя 2 фиксируют известным способом, после чего заднюю часть поршня-вытеснителя 3 растормаживают, открывают выпускной клапан 9 по команде АСУ, продукты сгорания сбрасывают в пространство за задней частью поршня-вытеснителя 3. При падении давления в камере сгорания задняя часть поршня-вытеснителя 3 перемещается до упора в заторможенную переднюю часть поршня-вытеснителя 2 под действием возвратной пружины 8. Остатки продуктов сгорания одновременно вытесняют благодаря сокращению объема камеры сгорания. Продукты сгорания удаляют из пространства за устройством путем эвакуации известным способом (например, с помощью вентилятора 5). Выпускной клапан 9 закрывают по команде АСУ (это может быть механическое устройство, например, кулачковый механизм или программируемый логический контроллер), заднюю часть поршня-вытеснителя 3 фиксируют относительно стенки трубы 1 известным способом, переднюю часть поршня-вытеснителя 2 расфиксируют, после чего цикл повторяют. Повторения циклов продолжается до достижения передней частью поршня-вытеснителя 2 конца опорожняемого участка трубопровода. Питание системы зажигания 7 и АСУ осуществляется от аккумулятора. Зарядка встроенного аккумулятора осуществляется от генератора, приводимого в действие от момента движения частей поршня-вытеснителя или от части энергии от сгорания топливной смеси 6. Для исключения протечки вытесняемого ПГ в опорожненную полость и потери коэффициента полезного действия на внешних поверхностях частей поршня-вытеснителя устанавливают эластичные уплотнительные кольца 10.
Способ приведения в движение самодвижущегося поршня-вытеснителя (по второму варианту) осуществляется следующим образом. Через камеру запуска в полость газопровода 1 помещают поршень-вытеснитель 11. Позади задней стенки поршня-вытеснителя 11 устанавливают газотурбинную установку, представляющую собой двигатель внутреннего сгорания, состоящий из воздухозаборника, компрессора, камеры сгорания, газовой турбины 12 и выхлопного сопла 13. В камеру сгорания подается ПГ из опорожняемой полости газопровода перед поршнем-вытеснителем 11. Воздух, необходимый для образования топливной газовоздушной смеси, нагнетают с помощью вентилятора 5 из пространства за поршнем-вытеснителем 11, сжимают с помощью компрессора, установленного на одном валу с турбиной 12. Затем топливную газовоздушную смесь воспламеняют системой зажигания (например, свечей зажигания). По мере сгорания топливной газовоздушной смеси образуемый поток раскаленных газов действует на лопатки газовой турбины 12, раскручивая ее известным способом. Через редуктор 14, который монтируется на общее с турбиной 12 основание, происходит передача крутящего момента на привод 15, в качестве которого может быть использован, например, колесный, гусеничный или иной движитель, который непрерывно толкает поршень-вытеснитель 11 внутри опорожняемого участка с небольшой скоростью до достижения устройством конца опорожняемого участка газопровода или «маяка», установленного в определенной точке опорожняемого участка газопровода. Продукты сгорания удаляют из пространства за устройством путем эвакуации известным способом (например, с помощью вентилятора 5) через выхлопное сопло 13. Скорость движения поршня-вытеснителя 11 настолько мала, что происходит изотермическое сжатие до давления, необходимого для преодоления сопротивления газопровода движению ПГ.