МОБИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОТКАЧКИ ГАЗА
MOBILE INSTALLATION FOR GAS EXHAUST

Настоящее изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано при ремонте газопроводов.
При отключении ремонтируемого участка магистрального газопровода транспортирование газа осуществляют по трубопроводу, установленному в байпас с отключенным участком. Для проведения ремонта из отключенного участка необходимо удалить заполняющий его газ. Простейшим решением данной проблемы является стравливание газа в атмосферу через продувочные свечи крановых узлов. При современных требованиях к экологическому состоянию окружающей среды и экономии энергоресурсов подобное решение недопустимо.
Известно устройство для откачки газа из отключенного участка газопровода, связанное с обязательным наличием многониточного газопровода и специальной обвязкой компрессорных цехов компрессорной станции (см. патент РФ №2135885, дата публикации - 27.08.1999 года). Основной недостаток данного технического решения состоит в сложности его реализации.
Известен ряд решений, связанных с использованием эжекторов (см., например: 1) патент РФ №2140582, дата публикации - 27.10.1999 года; 2) патент РФ №2145030, дата публикации - 27.01.2000 года; 3) патент РФ №2167343, дата публикации - 20.05.2001 года). Главные недостатки подобных технических решений связаны не только с невозможностью откачки основного количества газа из отключенного участка, но и с избыточными затратами энергии из-за низкого коэффициента полезного действия эжекторов.
Наиболее близкой к настоящему изобретению является мобильная установка для откачки газа из отключенного участка магистрального газопровода (см. патент РФ №2108489, дата публикации - 10.04.1998 года). Данное решение также связано с использованием эжекторных устройств. Основное преимущество данного решения состоит в автономности при использовании. Однако эксплуатация подобной установки затруднена из-за постоянно снижающегося давления газа в отключенном участке. Основной недостаток состоит в увеличенном расходе энергии из-за малого коэффициента полезного действия эжектора.
Техническая задача настоящего изобретения состоит в создании мобильной установки для откачки газа из отключенного участка газопровода нового типа.
Технический результат настоящего изобретения состоит в экономии энергии, уменьшении сброса природного газа, в возможности работы установки в широком диапазоне давлений всасывания и нагнетания, в снижении времени перекачки при одновременном увеличении надежности установки при ее эксплуатации.
Для достижения указанного технического результата в мобильной установке для откачки газа из снабженного байпасной линией отключенного участка магистрального газопровода, включающей компрессор со всасывающим и нагнетательным трубопроводами, компрессор выполнен многоступенчатым и гидроприводным, масляный насос компрессора снабжен газовым двигателем внутреннего сгорания, трубопровод подачи газа в двигатель соединен с байпасной линией или отключенным участком магистрального газопровода, всасывающий трубопровод соединен с отключенным участком магистрального газопровода и первой ступенью гидроприводного компрессора, нагнетательный трубопровод соединен с байпасной линией и последней ступенью гидроприводного компрессора, на соединительных трубопроводах, связывающих ступени гидроприводного компрессора между собой, и на нагнетательном трубопроводе установлены воздушные теплообменники, соединительные трубопроводы снабжены отводами, связывающими соединительные трубопроводы после теплообменников по ходу газа с байпасной линией и с отключенным участком магистрального газопровода, причем на трубопроводах и отводах установлены запорные органы.
Каждая ступень гидроприводного компрессора снабжена индивидуальным масляным насосом и газовым двигателем внутреннего сгорания.
Установка дополнительно снабжена воздухоразделительным блоком, линия для вывода азота которого соединена с отключенным участком магистрального газопровода.
3
Сущность настоящего изобретения состоит в следующем. При необходимости ремонта магистрального газопровода в настоящее время обычно принимаемая длина отключаемого участка составляет ориентировочно 30 км. При давлении 75 атмосфер и диаметре газопровода 1,4 м из газопровода должно быть удалено примерно 3,5 млн нм природного газа, стоимость которого приближается к 20 млн руб. Подобные потери при сбрасывании газа в атмосферу недопустимы. Применение как поршневых, так и центробежных компрессоров практически невозможно из-за постоянного снижения давления в отключенном участке газопровода в ходе откачки газа. При стабилизации же давления всасывания значительно возрастают энергетические затраты. Именно по этой причине основной упор в имеющихся решениях сделан на применение эжекторов, хотя работа эжектора отличается весьма малым коэффициентом полезного действия.
3
3
3
В прототипе настоящего изобретения возможен забор газа из байпасного газопровода, в котором давление имеет достаточно стабильную величину, например 75 атм, сжатие его в компрессоре до величины, превышающей давление в байпасной линии и составляющей, например, 100 атм, и подачу сжатого газа в рабочее сопло эжектора. При необходимом условии сжатия газа из отключенного участка до величины, по меньшей мере, равной давлению в байпасной линии, расчетами определено следующее. При давлении сжатия в компрессоре, равном 100 атм, и давлении в отключенном участке, например, 65 атм для перекачки из отключенного участка 1 нм газа потребно ~3 нм газа. При снижении давления в отключенном участке до 10 атм эта цифра возрастает до 130 нм. Снижение же давления в отключенном участке до 10 атм является обычным на сегодня требованием газовой промышленности.
Недостатка перекачивающих устройств, связанного с низким коэффициентом полезного действия, полностью лишен компрессор гидроприводного типа. Гидроприводной компрессор обеспечивает постоянство давления сжатия при постоянно снижающемся давлении отсасываемого газа, естественно, при постоянном же снижении расхода, выраженного в нормальных кубометрах. Одновременно гидроприводной компрессор отличается высоким коэффициентом полезного действия. Удобство применения гидроприводного компрессора для откачки природного газа из отключенного участка магистрального газопровода связано также с возможностью его использования в многоступенчатом варианте. При передаче газа из ступени в ступень гидроприводного компрессора исключен перегрев газа выше допустимых пределов благодаря возможности оснащения установки теплообменными аппаратами, работающими в условиях естественной конвекции атмосферного воздуха.
При применении гидроприводного компрессора давление в отключенном участке может быть без затруднений снижено до величин, меньших атмосферного давления. Таким образом, преимущество использования гидроприводного компрессора состоит также в снижении сброса природного газа как такового, поскольку для ремонта газопровода природный газ из него должен быть удален полностью.
Применению гидроприводного компрессора способствует возможность использовать для работы масляного насоса газовый двигатель внутреннего сгорания. Ступени гидроприводного компрессора могут работать от общего или от индивидуальных приводов, что обеспечивает большую надежность работы установки.
Предварительные расчеты, результаты которых будут приведены ниже, определяют достаточность двух ступеней гидроприводного компрессора для откачки газа из отключенного участка до остаточного давления 10 атм. При необходимости снижения давления в отключенном участке до величины, равной или меньшей атмосферного давления, достаточно установки трехступенчатого гидроприводного компрессора.
Современное состояние техники позволяет решить задачу полного удаления природного газа из отключенного участка магистрального газопровода при соблюдении правил техники безопасности путем применения воздухоразделительных блоков. После откачки основной массы природного газа в отключенный участок может быть подан азот для вытеснения оставшегося природного газа.
Мобильность установки для откачки газа определяется возможностью ее размещения на шасси грузового автомобиля.
Общая схема мобильной установки для откачки газа из снабженного байпасной линией отключенного участка магистрального газопровода приведена на чертеже.
Мобильная установка для откачки газа из отключенного участка 1 магистрального газопровода в байпасную линию 2 включает в себя первую 3 и вторую 4 ступень гидроприводного компрессора. Ступени 3 и 4 снабжены индивидуальными масляными насосами 5 и 6, приводимыми в работу газовыми двигателями внутреннего сгорания 7 и 8. Трубопроводы 9 и 10 подачи газа в двигатели 7 и 8 соединены с байпасной линией 2 или с отключенным участком 1 магистрального газопровода. Всасывающий трубопровод 11 гидроприводного компрессора соединен с отключенным участком 1 магистрального газопровода и с первой ступенью 3 гидроприводного компрессора. Нагнетательный трубопровод 12 гидроприводного компрессора соединен с байпасной линией 2 и со второй (в данном случае последней) ступенью 4 гидроприводного компрессора. На соединительном трубопроводе 13, связывающем ступени гидроприводного компрессора между собой, установлен воздушный теплообменник 14. Соединительный трубопровод 13 снабжен отводом 15, связывающим соединительный трубопровод 13 после теплообменника 14 по ходу газа с байпасной линией 2, и отводом 16, связывающим соединительный трубопровод 13 после теплообменника 14 по ходу газа с отключенным участком 1 магистрального газопровода. На нагнетательном трубопроводе 12 также установлен воздушный теплообменник 17.
На трубопроводах и отводе в необходимых местах установлены запорные органы.
Мобильная установка для откачки газа из отключенного участка магистрального газопровода работает следующим образом.
Отключение участка 1 магистрального газопровода проводят известным способом с помощью, например, линейных кранов. Природный газ при этом направляют в последующую за отключенным участком часть магистрального газопровода по байпасной линии 2. Из отключенного участка магистрального газопровода 1 по всасывающему трубопроводу 11 газ направляют в первую ступень 3 гидроприводного компрессора. Сжатый в первой ступени 3 газ по соединительному трубопроводу 13 через воздушный теплообменник 14, в котором проходит охлаждение сжатого в первой ступени 3 газа, далее подают во вторую ступень 4 гидроприводного компрессора и из нее по нагнетательному трубопроводу 12 в байпасную линию 2. Сжатый во второй ступени 4 газ охлаждают в установленном на нагнетательном трубопроводе 12 воздушном теплообменнике 17. Во второй ступени 4 сжатие газа проводят до давления, превышающего таковое в байпасной линии 2. Масляные насосы 5 и 6 гидроприводного компрессора приводятся в работу газовыми двигателями внутреннего сгорания 7 и 8. Газ для работы двигателей 7 и 8 подают по трубопроводам 9 и 10.
Особо следует подчеркнуть следующее. В начальный период откачки газа для его сжатия до давления, превышающего таковое в байпасной линии 2, достаточно первой ступени 3 гидроприводного компрессора. При этом в работе может находиться только первая ступень 3 гидроприводного компрессора, что обеспечивается наличием отвода 15. Однако для ускорения работы мобильной установки в этот же начальный период откачки целесообразно в параллель с первой ступенью 3 гидроприводного компрессора включить в работу вторую ступень 4, что обеспечивается наличием отвода 16 и индивидуальными приводами (насосы 5 и 6, двигатели 7 и 8) первой 3 и второй 4 ступени гидроприводного компрессора.
Целесообразно привести некоторые технические характеристики мобильной установки для откачки газа из отключенного участка магистрального газопровода для конкретного практического примера.
Газ должен быть откачан из отключенного участка длиной 30 км. Магистральный газопровод имеет диаметр 1,4 м и работает под давлением 75 атм. Конечное давление в отключенном участке составляет 10 атм.
Для решения данной задачи целесообразно применить две мобильных установки, каждая из которых смонтирована на базе грузового автомобиля «УРАЛ». Гидроприводной компрессор каждой мобильной установки имеет две ступени, каждая из которых снабжена индивидуальным масляным насосом и газовым двигателем внутреннего сгорания мощностью 317 кВт при числе оборотов n=1800 об/мин. Каждая ступень имеет по два параллельно работающих гидропневмоцилиндра со следующими техническими показателями:
1 ступень
- Диаметр штока
13 мм
- Диаметр поршня
450 мм
2 ступень
- Диаметр штока
130 мм
- Диаметр поршня
300 мм
Ход поршней
500 мм
Скорость поршней
0,7 м/сек
Индикаторная мощность цилиндров
119 кВт
Суммарная потребляемая мощность в конце рабочего периода перекачки при разности давлений 65 атм составляет не более 1250 кВт.
Температура газа после воздушных теплообменников, установленных за второй ступенью сжатия, составляет не более 40°С.
При работе в начальный период, длительность которого составляет 10 часов, только первой ступени сжатия общее время для достижения поставленной цели составляет 72 часа. При включении в начальный период откачки второй ступени в параллель с первой общее время откачки сокращается до 62 часов.
Таким образом, настоящим изобретением решена поставленная задача создания мобильной установки нового типа для откачки газа из отключенного участка магистрального газопровода, способная надежно работать в широком диапазоне давлений всасывания и нагнетания. Достигнута экономия энергии, уменьшение сброса природного газа в атмосферу и времени перекачки.