СПОСОБ ПРОДУВКИ УЧАСТКА ГАЗОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
BLOWDOWN METHOD OF GAS PIPELINE SECTION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к магистральному трубопроводному транспорту газа и предназначено для удаления углеводородного газа из участка газопровода при подготовке к ремонту, связанному с заменой секций труб, либо выполнением врезок.
При проведении капитального ремонта на участке газопровода, связанного с заменой секций труб либо заменой крановых узлов либо врезкой тройников обязательным этапом являются подготовительные работы, включающие отключение ремонтируемого участка от смежных участков газопровода с помощью линейной арматуры (как правило, используются шаровые, либо пробковые краны с типовой обвязкой), снижение избыточного давления в газопроводе до 100÷500 Па. После вскрытия полости газопровода должно быть обеспечено снижение концентрации природного углеводородного газа в воздухе рабочей зоны до уровня не более 20% от нижнего концентрационного предела взрываемости [СТО Газпром 14-2005 Типовая инструкция по безопасному проведению огневых работ на газовых объектах ОАО "Газпром", п. 5.1.6.]. После завершения ремонтных работ газовоздушная смесь из полости газопровода должна быть вытеснена природным газом или азотом в атмосферу через продувочную свечу до достижения концентрации кислорода не более 2% объемных [СТО Газпром 14-2005 Типовая инструкция по безопасному проведению огневых работ на газовых объектах ОАО "Газпром", п. 5.1.6., п. 6.1.2].
Известен способ освобождения отключаемого для ремонта участка газопровода от содержащегося в нем углеводородного газа до избыточного давления 100-500 Па путем закрытия линейных кранов и выпуска газа через продувочные свечи в атмосферу [СТО Газпром 14-2005 Типовая инструкция по безопасному проведению огневых работ на газовых объектах ОАО "Газпром", п. 5.1.6., п. 4.3.13].
Недостатком известного способа является сброс значительных объемов газа в атмосферу (расстояние между линейными кранами может достигать 30 км [СНиП 2.05.06-85.]), что приводит к загрязнению атмосферы парниковыми газами и экономическим убыткам от безвозвратных потерь ценного продукта.
Известен способ опорожнения участков трубопровода от газа в многониточных системах газопроводов и устройство для его осуществления [Патент RU 2145030] путем перекачки газа из отключаемого и смежных участков газопровода с помощью штатного резервного газоперекачивающего устройства, установленного на газоперекачивающей станции, передвижного эжекторного устройства, размещаемого на территории газоперекачивающей станции либо мобильного газооткачивающего агрегата, снабженного газогенератором авиационного типа, свободной турбиной, нагнетателем и эжекторным устройством.
Недостатками известного способа являются необходимость остановки работы не только отключаемого на ремонт, но и смежных участков газопроводов до места подключения газопровода к газоперекачивающей станции, а также использование дорогостоящего мобильного газоперекачивающего агрегата, для которого требуется взрывобезопасное исполнение электрических схем средств контроля и управления.
Известен способ продувки газопровода [Патент RU 2126927], согласно которому исключение выпуска ценного газа в атмосферу достигается путем подачи в полость газопровода воздуха либо газа под давлением, определяемым по выражению (математической формуле), обеспечивающим взрывобезопасный состав газовоздушной смеси.
Недостатками известного способа является выпуск углеводородного газа в атмосферу при продувке газопровода воздухом, а также неизбежное образование в течение неопределенного времени в полости газопровода взрывоопасной газовоздушной смеси под высоким давлением в результате изменения объемных концентраций компонентов при продувке газопровода как воздухом, так и газом.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ вытеснения природного газа из участка газопровода, подлежащего ремонту [ГОСТ 20448-90], согласно которому газ из ремонтируемого участка вытесняют при помощи поршней-разделителей сред, между которыми создают прослойку из инертного газа, осуществляют поджатие газа путем перемещения поршней в начало ремонтируемого участка для обеспечения полной перекачки газа в параллельно действующий газопровод.
Недостатком известного способа является необходимость использования камер приема и запуска очистных устройств, ограничения по диаметру и конфигурации очищаемого участка.
Задачей настоящего изобретения является снижение выбросов природного углеводородного газа в атмосферу до минимально возможных с целью снижения эмиссии парниковых газов, при подготовке к плановому ремонту участка магистрального газопровода практически любого диаметра и конфигурации, при соблюдении безопасных условий ведения работ.
Предлагается способ освобождения от природного углеводородного газа, выводимого в плановый ремонт, отключаемого с помощью линейной арматуры (кранов) участка газопровода путем продувки азотом в направлении от одного конца участка к другому с использованием в качестве разделителя газов устройства - самонадувающегося шара, вводимого в полость газопровода через специальный штуцер. При вводе в работу отремонтированного участка газопровода снижение теплотворной способности образующейся в полости газопровода смеси природного углеводородного газа с азотом компенсируется путем добавления необходимого количества паров сжиженного газа (пропана технического либо пропана автомобильного [ГОСТ 27578-87]).
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что заявляемый способ продувки газопровода, подлежащего ремонту, обеспечивающий исключение выпуска природного углеводородного газа в атмосферу путем подачи в полость газопровода инертного газа, а также удаления инертного газа и заполнения участка природным газом после завершения ремонтных работ с использованием поршня-разделителя сред, согласно изобретению, при вытеснении природного газа в соседний участок газопровода для разделения объема, заполненного азотом от объема, заполненного метаном используется устройство - самонадувающийся шар, а при заполнении участка газопровода природным газом снижение его теплотворной способности, вызванное примесями азота, компенсируется добавлением в газопровод паров пропана.
Известно устройство поршень-разделитель для очистки полости газопроводов промывкой и вытеснением загрязнений в потоке удаляемой из газопровода воды (СП 111-34-96 "Свод правил по очистке полости и испытанию газопроводов", приложение 3, таблица 7). Поршень-разделитель представляет собой устройство цилиндрической формы с диаметром равным или незначительно большим диаметра газопровода, длиной в 1,5÷2 раза больше диаметра поршня.
Недостатком известного устройства является необходимость применения постоянных или временных камер запуска-приема поршней. Постоянные камеры устанавливаются, как правило, на расстоянии большем, чем 30 км друг от друга. Для установки и демонтажа временных камер необходимо выполнить работы, связанные со стравливанием газа из газопровода в атмосферу.
Предлагается устройство - эластичный полый шар, заполняемый газом с помощью встроенного компрессора, конструкция которого позволяет вводить его в свёрнутом состоянии в полость газопровода через специальный штуцер, имеющий диаметр в несколько раз меньший диаметра выводимого в ремонт участка газопровода.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что заявляемый способ продувки газопровода, подлежащего ремонту, при котором с обеих сторон ремонтируемого участка перекрывают доступ в него природного газа из действующего газопровода и удаляют находящийся в нем под давлением природный газ при помощи инертного газа, например, азота, согласно изобретению, в качестве источников азота используют передвижные азотные компрессорные станции или автоцистерны со сжиженным азотом и испарителем, а для разделения объёма, заполненного азотом от объема, заполненного природным газом используется устройство - эластичный полый шар, вводимый в свернутом состоянии в полость газопровода через штуцер, подключаемый к газопроводу с помощью устройства врезки под давлением, во введенный в газопровод шар через установленное на таймере время встроенным электрическим компрессором нагнетают из полости газопровода через впускной клапан газ, после заполнения оболочки шара датчик перепада давления через реле отключает
3
3
компрессор, при снижении внешнего давления или при деформации оболочки шара излишек газа выходит через пружинный выпускной клапан, продвижение шара по газопроводу определяется по звуковым сигналам, подаваемым излучателем. Согласно изобретению, снижение теплотворной способности природного газа, вызванное примесями азота, компенсируют добавлением в газопровод паров пропана, подаваемых через продувочную свечу из емкости со сжиженным пропаном техническим или автомобильным в количестве 0,67 м пропана на 1 м азота при атмосферном давлении.
На Фиг. 1 приведена схема действия способа продувки участка газопровода, где:
1, 2, 3 - линейные краны газопровода;
4, 5, 6, 7 - байпасные краны обводных линий линейных кранов 1 и 2;
8, 9 - свечные краны линейных кранов 1 и 2;
10, 11 - продувочные свечи линейных кранов 1 и 2;
12, 13 - участки газопровода между линейными кранами 1, 2, 3;
14 - дополнительно устраиваемый штуцер;
15, 16 - полнопроходные шаровые краны;
17, 18, 19 - фланцевые соединения;
20 - эластичный полый шар со встроенным компрессором.
На Фиг. 2 представлена схема устройства - самонадувающегося шара, где:
21 - электрический компрессор;
22 - аккумулятор;
23 - приборный блок, включающий таймер, реле,
акустический излучатель;
24 - впускной клапан;
25 - выпускной клапан;
26 - датчик перепада давления;
27 - соединительные провода;
28 - прочная гибкая оболочка.
В заявляемом изобретении для выполнения условий безопасного ведения работ и снижения эмиссии парникового газа - метана до минимально возможной предлагается следующее:
Производственно-диспетчерская служба организации, эксплуатирующей газопровод, обеспечивает снижение уровня давления в газопроводе изменением режима работы компрессорных станций и перепуском газа в газопроводы с меньшим давлением.
К газопроводу на выводимом в ремонт участке 12 вблизи линейного крана 1 сверху приваривают штуцер 14 диаметром 100÷150 мм с установленными на нем полнопроходным шаровым краном 15 и фланцевым соединением 17. На фланец устанавливают устройство врезки под давлением, через открытый кран 15 штуцера к стенке газопровода подают сверло с фрезой и делают вырез с диаметром равным внутреннему диаметру штуцера. После завершения реза сверло с фрезой и вырезанным куском стенки трубы газопровода извлекают выше запорного крана, кран закрывают, устройство врезки под давлением демонтируют. К фланцевому соединению 17 присоединяют патрубок с полнопроходным шаровым краном 16.
Срезают стояки продувочных свечей 10, 11 и приваривают к ним фланцевые соединения 18, 19. К фланцевому соединению 18 подключают одну или несколько передвижных азотных компрессорных станций, которые серийно выпускаются промышленностью. В качестве источника азота также может использоваться автоцистерна со сжиженным азотом и устройство регазификации (испаритель).
Линейными кранами 1, 2, 3 отключают участок 12 газопровода, выводимый в ремонт и следующий по ходу газа смежный с ним участок 13. Снижают давление в отключенном и смежном участках путем выработки газа потребителями до минимально допустимого давления по условиям безопасной эксплуатации газораспределительных станций. Перепуск газа между участками осуществляется по байпасной линии линейного крана 2 через открытые обводные краны 6, 7.
Открывают верхний кран 16 штуцера 14 и помещают в пространство между кранами 15 и 16 свернутый эластичный полый шар 20. Последовательно закрывают верхний шаровой кран 16 и открывают нижний шаровой кран 15 штуцера 14. Самонадувающийся шар под действием силы тяжести падает в полость газопровода. Закрывают нижний кран 15 штуцера.
Через установленное на таймере время включается компрессор 21 самонадувающегося шара и заполняет газом, поступающим через впускной клапан 24, прочную оболочку 28. При достижении давления газа внутри оболочки шара, превышающего давление в газопроводе на 10÷20 кПа датчик перепада давления через реле отключает компрессор. Впускной клапан 24 допускает движение газа только в направлении внутрь шара. При снижении внешнего давления и росте перепада до 40÷50 кПа срабатывает пружинный выпускной клапан 25 и выпускает наружу избыток газа. Диаметр наполненного газом самонадувающегося шара на 5÷10 мм меньше внутреннего диаметра газопровода. Для облегчения движения шара в газопроводе оболочка может быть смазана консистентной смазкой.
Открывают обводной кран 5 и свечной кран 8, через трубопровод свечи линейного крана 1 в газопровод подают азот от передвижных азотных компрессорных станций. Поступающий азот перемещает наполненный газом самонадувающийся шар 20 в направлении линейного крана 2, при этом шар служит разделителем газовых сред - азота и природного углеводородного газа. В случае наличия в газопроводе выступающих внутрь штуцеров или иных препятствий (поворотов, сужений и т.п.) оболочка шара прогибается, избыточный газ выходит через выпускной клапан. Природный углеводородный газ вытесняется в смежный участок 13 через байпасную линию линейного крана 2. Достижение шаром линейного крана 2 определяется на слух по звуковым сигналам, подаваемым акустическим излучателем с установленной периодичностью и по снижению концентрации метана в пробах газа, периодически отбираемых из трубопровода свечи 11. При достижении шаром линейного крана 2 прекращают подачу азота в газопровод, закрывают краны 7, 5, открывают линейный кран 3.
Отключают передвижные компрессорные станции от трубопровода свечи 10, устанавливают стояк свечи. Через краны 5, 8, либо 6, 9 выпускают азот из участка газопровода 12 в атмосферу для снижения избыточного давления в газопроводе до 100÷500 Па. Вырезают секцию труб, подлежащих замене. К фланцевому соединению 19 трубопровода свечи линейного крана 2 подключают передвижную азотную компрессорную станцию либо вентилятор. Через краны 6 и 9, подают азот либо воздух в полость газопровода и перемещают эластичный полый шар 20 до вырезанной секции, где шар извлекают из газопровода.
Выполняют замену труб и другие запланированные работы по капитальному ремонту участка газопровода 12 по традиционной технологии.
После завершения ремонтных работ к фланцевому соединению 18 подключают передвижную азотную компрессорную станцию. Через краны 8, 5, 6, 9 отремонтированный участок 12 продувают азотом на свечу 11. При достижении в выходящем из свечи 11 газе концентрации кислорода менее 2% подачу азота прекращают, краны 5, 8 закрывают. Свечу 10 устанавливают на место.
Открывают обводные краны 4, 5 байпасной линии линейного крана 1, природным газом вытесняют азот из участка газопровода 12 на свечу 11. Газоанализатором контролируют наличие метана в вытесняемом через свечу азоте. При обнаружении резкого роста концентрации метана в выходящем газе закрывают кран 6 и кран 5.
3
3
3
3
3
3
К фланцевому соединению 19 трубопровода свечи 11 подключают емкость со сжиженным газом - пропаном техническим ПТ (ГОСТ 20448-90) либо пропаном автомобильным ПА (ГОСТ 27578-87). Открывают кран 6 и выпускают в газопровод сжиженный газ из расчета 0,67 м паров пропана на 1 м азота (при атмосферном давлении). Смесь из 1 м азота и 0,67 м пропана эквивалентна по калорийности природному газу ГОСТ 5542-2014 и для сжигания 1 м такой смеси требуется количество воздуха такое же как для сжигания 1 м метана, который является основным компонентом природного углеводородного газа. Количество оставшегося в газопроводе азота определяется оценочным расчетом по скорости нарастания концентрации метана при вытеснении азота природным газом. Закрывают кран 9, отключают емкость со сжиженным газом и устанавливают свечу 11 на место.
Выдерживают газопровод в течение двух часов для смешения паров пропана с азотом. Далее открывают байпасные краны 4, 5, 6, 7, поднимают давление газа в отремонтированном 12 и смежном 13 участках газопровода до рабочего и открывают линейные краны 1, 2.
При выполнении вышеописанных действий в атмосферу попадает природный углеводородный газ, оставшийся в самонадувающемся шаре и в застойных зонах газопровода (отводы, "мертвые" зоны крановых узлов), газ при отборе проб на анализ, а также незначительное количество газа при вытеснении азота после завершения ремонтных работ, при этом эмиссия метана в атмосферу, по сравнению с традиционной технологией, снижается в тысячи раз.