Установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов

Полезная модель относится к транспортированию природного газа по трубопроводам, а именно к устройствам для подготовки импульсного газа, используемого в пневматических приводах запорно-регулирующих устройств на перекачивающих и дожимных газокомпрессорных станциях и других объектах газовой промышленности.
Известно, что специфика эксплуатации запорно-регулирующей арматуры на объектах газовой промышленности требует особенно тщательной очистки от влаги и механических частиц отбираемого из газопровода природного газа, который направляется в приводы с пневматической или пневмогидравлической системой управления запорно-регулирующих устройств.
Основными параметрами установок импульсного газа являются пропускная способность (или расход) импульсного природного газа, рабочее давление, степень осушки или влагосодержание осушенного газа, измеряемая температурой точки росы. Установка подготовки импульсного газа должна обеспечивать непрерывную осушку природного газа, работать при различных давлениях без потери производительности (пропускной способности) и качества осушки, но при этом необходимо, чтобы установка имела компактные габаритные размеры (прежде всего, минимальную высоту) для обеспечения размещения и обслуживания установки в транспортабельном контейнере.
Известна установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов, включающая систему трубопроводов, систему электрооборудования, блок автоматического управления и подключенный к транспортному газопроводу природного газа блок осушки и очистки газа, содержащий водомаслоотделитель, промежуточный углеродный фильтр, систему регенерации с, по крайней мере, двумя регенерируемыми адсорберами, имеющими наружный электрообогрев, концевой фильтр и запорную шаровую электроуправляемую арматуру, в которой на выходном трубопроводе установки установлен подключенный к блоку автоматического управления узел замера влажности (точки росы) импульсного газа (патент РФ №74188, МПК F17D 1/00, публ. 2008 г.).
Известная установка подготовки импульсного газа содержит узел замера влажности (точки росы) импульсного газа, и регенерация может адаптироваться к реальным условиям насыщенности влагой адсорбента, однако к недостаткам известной установки относится то, что размеры адсорбера и объем адсорбента могут быть недостаточными для обеспечения необходимого влагосодержания (точки росы) и производительности (пропускной способности) при изменении режима работы, например, снижении давления газа, при котором растет влагосодержание и увеличивается объемный расход.
Известна установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов, включающая систему трубопроводов, систему электрооборудования, блок автоматического управления, систему очистки газа, систему регенерации с, по крайней мере, двумя регенерируемыми адсорберами, имеющими наружный электрообогрев, узел замера влажности (точки росы) импульсного газа и запорную арматуру, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит датчик давления газа в системе регенерации адсорберов и датчик разности давления газа на входе и выходе из установки, подключенные к блоку автоматического управления (патент РФ №138290, МПК F17D 1/00, публ. 2014 г.).
Недостатком известной установки является то, что регенерация в известной установке производится при избыточном либо атмосферном давлении, что требует высокой температуры, большого времени нагрева, и приводит к большим потерям природного газа на продувку адсорбера под давлением.
В случае применения вакуума на цеолитовых адсорбентах десорбция воды достигается при пороговой температуре регенерации 150°С (Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники, М.: Химия, 1976 г., стр. 200), что ниже температуры регенерации цеолитового адсорбента при атмосферном или избыточном давлении, например в известной установке для регенерации цеолита от паров воды использован нагрев адсорбера электрическим током до 340-360°С (Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники, М.: Химия, 1976 г., стр. 201).
При работе установки осушки природного газа особое значение имеет рабочее давление, так как при снижении рабочего давления увеличивается влагосодержание природного газа и увеличивается объемный расход природного газа, а значит и скорость прохождения газа через слой цеолитового адсорбента, что ухудшает условия работы и сокращает время насыщения адсорбента влагой.
3
3
В соответствии с пунктом 6.3.3.2 СТО Газпром 2-3.5-230-2008 (Типовые технические требования к устройствам подготовки газа на компрессорных станциях / ОАО "Газпром". - М.: Газпром, 2008) производительность по газу блока осушки составляет от 300 ст.м/ч до 500 ст.м/ч, при этом давление на входе в установку может изменяться и составлять от 11,8 до 3,5 МПа.
3
3
При давлении 9,8 МПа влагосодержание газа составляет 0,25 г/м, а при давлении 3,5 МПа влагосодержание газа составляет 0,6 г/м (Жданова Н.В., Халиф А.Л. Осушка углеводородных газов, М: Химия, 1984 г., рисунок 1.1, стр. 8).
3
Для обеспечения производительности 500 ст.м/ч при давлении 9,8 МПа необходимо удалить из газа 125 г воды за час, а при давлении 3,5 МПа вследствие повышения влагосодержания необходимо удалить из газа 300 г воды за час, таким образом объем адсорбента и диаметр сечения должны рассчитываться и иметь запас для обеспечения возможности работы на низком давлении.
s
s
Максимальная скорость прохождения газа через адсорбент υ при давлении 9,8 МПа не должна быть выше 12 м/мин, максимальная скорость прохождения газа через адсорбент υ при давлении 3,5 МПа не должна быть выше 16 м/мин. С учетом необходимости снижения перепада давления на адсорбере значение скорости должно быть не более 10 м/мин (Джон Кэрролл, Гидраты природного газа, перевод с англ., Справочное пособие, М.: ЗАО «Премиум Инжиниринг», 2007 г., стр. 155-157).
3
3
Объемный расход импульсного газа через адсорбер при давлении 9,8 МПа составляет ориентировочно Gact=500/(98*60)=0,085 м/мин, объемный расход импульсного газа через адсорбер при давлении 3,5 МПа составляет ориентировочно Gact=500/(34*60)=0,245 м/мин.
s
Поэтому минимальный диаметр адсорбера при давлении 9,8 МПа составляет d=sqrt(4Gact/7πυ)=sqrt(4*0,085/3,1415*10)=0,10 м,
s
а минимальный диаметр адсорбера при давлении 3,5 МПа составляет d=sqrt(4Gact/πυ)=sqrt(4*0,245/3,1415*10)=0,18 м.
3
3
Следовательно, при сниженном давлении адсорбер с меньшим диаметром не будет обеспечивать требуемые параметры осушки. При диаметре от 0,18 до 0,30 м и объеме адсорбента от 0,018 до 0,050 м обеспечивается требуемая производительность (пропускная способность). С увеличением диаметра снижается перепад давления и необходимая высота адсорбера, но при увеличении объема адсорбента и выше 0,050 м (50 литров) значительно повышаются габаритные размеры и увеличиваются расходы на нагрев адсорбента, что снижает удобство эксплуатации.
3
При диаметре от 0,18 до 0,30 м и высоте адсорбера от 0,7 до 2,0 м объем составляет от 0,025 до 0,050 м, что обеспечивает требуемую производительность (пропускную способность) и одновременно экономичность и удобство эксплуатации.
Задачей настоящей полезной модели является создание установки подготовки импульсного газа для пневматических приводов запорно-регулирующей арматуры газоперекачивающих станций магистральных газопроводов природного газа, обеспечивающей требуемую производительность (пропускную способность) и одновременно экономичность и удобство эксплуатации.
Достигаемый технический результат - повышение эффективности, экономичности и надежности работы установок подготовки импульсного газа для пневматических приводов запорно-регулирующей арматуры газоперекачивающих станций.
3
Установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов включает размещенные на единой раме систему очистки газа, систему регенерации с двумя заполненными цеолитовым поглотителем адсорберами, имеющими наружный электрообогрев и сообщенными с вакуумным насосом, при этом система регенерации содержит датчик давления газа и узел замера влажности (точки росы) импульсного газа, а каждый адсорбер выполнен с внутренним диаметром от 180 до 300 мм и имеет объем от 0,025 до 0,050 м.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки подготовки импульсного газа; на фиг. 2 представлена установка подготовки импульсного газа на раме, вид спереди; на фиг. 3 - то же, вид в плане.
Установка подготовки импульсного газа (см. фиг. 1-3) содержит трубопровод 1, подключенный на входе в установку к магистральному газопроводу, а на выходе из установки к потребителям природного газа.
Установка включает в себя последовательно подключенные к входу трубопровода ручной шаровой кран 2, водомаслоотделитель 3, предварительный фильтр 4, два параллельно подключенных адсорбера 5 и 6 и концевой фильтр 7, установленный на трубопроводе после электроуправляемых клапанов 8 и 9 соответственно по ходу движения газа. Также на трубопроводе 1 установлен ручной кран отбора пробы газа 10 перед подачей газа в водомаслоотделитель 3. Водомаслоотделитель 3 и предварительный фильтр 4 через невозвратный клапан 11, электроуправляемый клапан 12 и невозвратный клапан 13 соединены с дренажной линией, куда производится периодическая продувка. На дренажной линии дополнительно имеется накопительная емкость 14 для сбора водомасляной эмульсии. Предварительный фильтр 4 сообщен с адсорберами 5 и 6 через электроуправляемые клапаны 15 и 16 соответственно. Адсорберы 5 и 6 сообщены с емкостью 14 через электроуправляемые клапаны 17 и 18 соответственно, электроуправляемый клапан 19, вакуумный насос 20 и невозвратный клапан 21. На трубопроводе 1 между электроуправляемым клапаном 19 и вакуумным насосом 20 установлен датчик давления системы регенерации 22. На линии регенерации установлен электроуправляемый клапан 23 для сброса рабочего давления из адсорберов 5 и 6 в накопительную емкость 14 перед проведением регенерации соответствующего адсорбера.
На каждый адсорбер 5 и 6 для обеспечения защиты от возможного превышения расчетного давления смонтированы два предохранительных клапана 24, 25 и 26, 27 подключенных через переключающие устройства 28 и 29 к адсорберам 5 и 6 соответственно.
На трубопроводе 1 между ручным шаровым краном 2 и ручным шаровым краном 31 последовательно установлены электроуправляемый клапан 33 и невозвратный клапан 34. Для аварийного сброса газа из системы на трубопроводе 1 установлен электроуправляемый клапан 35.
Между фильтром концевым 7 и ручным шаровым краном 31 после невозвратного клапана 30, установленным на трубопроводе 1 перед подачей газа к потребителю установлен узел измерения влажности (точки росы) импульсного газа 32.
Управление установкой подготовки импульсного газа обеспечивается в соответствие с заданным алгоритмом работы установки посредством системы управления верхнего уровня, обеспечивающей управление электроуправляемыми клапанами 8, 9, 12, 15, 16, 17, 18, 19, 23, 33, 35 и прием сигналов от датчика давления в системе регенерации 22 и узла измерения влажности импульсного газа 32, датчиков температуры и давления адсорберов 5 и 6.
Все системы установки (см. фиг. 2 и 3) размещены на единой раме 36.
Работает установка следующим образом.
Сжатый природный газ под рабочим давлением из входного магистрального газопровода от трубопровода 1 через ручной шаровой кран 2 поступает в водомаслоотделитель 3, где происходит очистка газа от крупных частиц влаги, масла и механических частиц. Из водомаслоотделителя 3 газ поступает в предварительный фильтр 4, содержащий углеродное волокно, в котором происходит очистка газа от масляных паров, негативно влияющих на работу адсорбента в адсорберах 5 и 6, а также на работу узла измерения влажности импульсного газа 32.
Отделившаяся в водомаслоотделителе 3 водомасляная эмульсия и отделившаяся в промежуточном фильтре 4 водомасляная эмульсия совместно направляются в накопительную емкость 14 через невозвратный клапан 13 при периодических продувках путем открытия электроуправляемого клапана 12. Невозвратный клапан 11 предотвращает попадание водомасляной эмульсии от водомаслоотделителя 3 в предварительный фильтр 4 при периодических продувках.
Очищенный от капельной влаги и масла природный газ поступает в один из адсорберов 5 и 6, где происходит осушка газа до заданных параметров.
Адсорберы 5 и 6 работают попеременно, один работает на осушку, а другой в это время регенерируется, посредством открытия (закрытия) электроуправляемых клапанов 8 (9) и 15 (16) и закрытия (открытия) электроуправляемых клапанов 17 (18), при этом время регенерации значительно меньше, чем время работы на осушку. В процессе прохождения газа через работающий на осушку адсорбер 5 или 6 адсорбент в нем насыщается влагой, а осушенный и очищенный газ поступает в концевой фильтр 7.
После насыщения адсорбента влагой происходит переключение адсорберов 5 и 6, и ранее отработавший на осушку адсорбер 5 или 6 включается на регенерацию. Газ, содержащийся в баллоне адсорбера 5 или 6 непосредственно в момент завершения режима осушки, сбрасывается открытием электроуправляемого клапана 23, после чего производится нагрев баллона регенерируемого адсорбера 5 или 6 до заданной температуры и периодическая откачка десорбированных компонентов вакуумным насосом 20 в дренажную емкость 14.
3
Каждый адсорбер 5 и 6 выполнен с внутренним диаметром от 180 мм до 300 мм и имеет объем от 0,025 до 0,050 м.
Применение вакуумной регенерации адсорберов 5 и 6 с одновременным нагревом обеспечивает возможность регенерации адсорбента с меньшими потерями газа, при более низких температурах и, следовательно, с меньшими энергозатратами.
После адсорбера 5 или 6 осушенный и очищенный газ поступает в концевой фильтр 7, где происходит окончательная очистка газа от механических частиц и масла. Далее газ через невозвратный клапан 30 направляется через выход трубопровода 1 к потребителю импульсного газа.
Если влажность импульсного газа, выдаваемого потребителям, выше установленной (контрольной) уставки, по показаниям узла замера влажности (точки росы) импульсного газа 32, установленного на выходном трубопроводе, производится переключение адсорберов 5 и 6.
Предлагаемая установка предназначена для подготовки импульсного газа перед его использованием для управления пневмоприводными кранами и КИП компрессорных станций магистральных газопроводов, газораспределительных станций, подземных хранилищ газа и аналогичных объектов.
Предлагаемая установка подготовки импульсного газа может эффективно и надежно работать при изменении условий работы (изменение рабочего давления, длительные простои, постоянный безостановочный режим работы) в различных климатических условиях, обеспечивая необходимую осушку и очистку природного газа, подаваемого в пневмосистемы объектов газовой промышленности.