СИСТЕМА ОТБОРА ПРОБ ПРИРОДНОГО ГАЗА (ВАРИАНТЫ)

Группа полезных моделей относится к технике пробоотбора, предназначена для косвенного отбора точечных проб газа из газопровода в контейнер для дальнейшего транспортирования к месту проведения анализа компонентного состава пробы газа и может быть использована в нефтегазодобывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Из уровня техники по данному виду устройств известна используемая в схеме отбора проб методом заполнения-выпуска система отбора проб, содержащая пробоотборный зонд, линию подачи проб в контейнер и отводная трубка (см. например, ГОСТ 31370-2008 «Газ природный. Руководство по отбору проб. Приложение D «Методика отбора проб методом заполнения-выпуска». М.: Стандартинформ, 2009.
Уровень техники по данному виду устройств может быть также охарактеризован такими, известными из общедоступных источников информации, объектами как, например, по изобретениям: патенты РФ №819613, МПК G01N 30/04, опубл. 07.04.1981; №2094610, МПК Е21В 49/08, опубл. 27.10.1997; №2126148, МПК G01N 30/04, опубл. 10.02.1999; №2158421, МПК G01N 1/22, опубл. 27.10.2000; №2217728, МПК G01N 1/22, опубл. 27.11.2003 и по полезной модели патент РФ №96244, МПК G01N 1/22, опубл. 20.07.2010. В известных устройствах основным узлом/элементом является баллон-контейнер из конкретного материала какой-либо конкретной геометрической формы, снабженный отводами, горловинами и/или отверстиями для заполнения газообразной средой и выпускания этой среды на измерительно-анализирующую установку. Для запирания/закрытия пробы в баллоне-контейнере на время транспортировки последнего известные устройства снабжены запорными элементами в виде клапанов, вентилей, кранов, зажимов и тому подобных конструкций; содержат эти устройства для отбора проб также и каналы подвода-отвода образца среды, выполненные в виде трубок, шлангов или рукавов.
Наиболее характерным недостатком известных устройств является необходимость выполнения ряда предварительных и/или заключительных операций и приемов, исключающих искажение состава пробы газообразной среды, так как ее представительность зависит от конкретного выполнения, состояния и исправности канала поступления газообразной среды и запорных элементов; имеется также и конструктивный недостаток - наличие так называемых «паразитных» объемов, полостей и пустот в каналах перемещения газообразной среды в процессе отбора. Кроме того, выполнение баллона-контейнера в виде, например, пары «цилиндр-поршень», то есть в виде шприца, существенно ограничивает пробу по объему, а баллоны-контейнеры такого типа, но значительно больших размеров неудобны в работе, особенно при многократных процедурах отбора проб, к тому же они сложны в изготовлении.
Наиболее близкой к заявляемой группе полезных моделей по технической сущности и достигаемому при использовании техническому результату является системы отбора проб, содержащая пробоотборный узел, установленный на действующем газопроводе и соединенный с контейнером для проб линией подачи проб (см. например, Дарвай И.Я., Карпаш О.М. Опыт промышленной апробации экспериментальной установки для определения теплоты сгорания природного газа. Электронный журнал «Нефтегазовое дело». 2010, с.2, рис.1). Пробоотборный узел включает в себя пробоотборный зонд и линию подвода проб, выполненную в виде трубок, шлангов или рукавов.
Основным недостатком известной системы является - неудобство при эксплуатации, так как обслуживающий персонал, обеспечивая при отборе пробы вертикальное положение контейнера перпендикулярно оси газопровода, держа в руках достаточно тяжелый контейнер (до 10 кг) должен одновременно осуществлять отбор пробы.
В основу настоящей группы полезных моделей положена задача создания системы отбора проб в действующем газопроводе, конструктивные особенности, которой позволили бы улучшить условия труда и упростить процесс забора проб.
Задача, положенная в основу настоящей группы полезных моделей, с достижением заявленного технического результата, решается тем, что система отбора проб природного газа, по первому варианту выполнения, содержащая пробоотборный узел с пробоотборным зондом, установленные на действующем газопроводе и соединенные с контейнером для проб линией подачи проб, выполненной в виде трубок, шлангов или рукавов, снабжена пробоотборным шкафом с системой крепления контейнера для проб, при этом пробоотборный узел, линия подачи проб и пробоотборный шкаф термоизолированы и выполнены с обогревом.
Задача, положенная в основу настоящей группы полезных моделей, с достижением заявленного технического результата, решается также и тем, что система отбора проб природного газа, по второму варианту выполнения, содержащая пробоотборный узел с пробоотборным зондом, установленные на действующем газопроводе и соединенные с контейнером для проб линией подачи проб, выполненной в виде трубок, шлангов или рукавов, снабжена пробоотборным шкафом с системой крепления контейнера для проб, при этом пробоотборный узел, линия подачи проб и пробоотборный шкаф термоизолированы и выполнены с обогревом, причем последний снабжен терморегулятором.
Дополнительные существенные отличия для всех вариантов выполнения предложенной группы полезных моделей состоят в том, что:
- пробоотборный узел содержит зонд пробоотборный, установленный в корпусе или монтажной втулке, жестко закрепленных на газопроводе, гайку, уплотнительную прокладку, кран шаровой, штуцер, вентиль игольчатый, тройник, ниппель, гайку накидную, манометр и переходник;
- линия подачи проб содержит трубку из нержавеющей стали с саморегулирующейся электрической нагревательной лентой, секции термоизоляции и защитный гибкий металлорукав;
- пробоотборный шкаф имеет форму прямого параллелепипеда с дверцей, двойными стенками и термоизоляцией, установленной между последними, снабжен системой крепления контейнера отбора проб, системой сброса газа, нагревателем, системой подвода питания и термометром биметаллическим.
Выполнение пробоотборного узла, линии подачи проб и пробоотборного шкафа термоизолированными и с регулированным обогревом позволяет поддерживать требуемую температуру отбора и подачи проб при низких отрицательных температурах наружного воздуха и облегчает работу оператора.
Проведенный сопоставительный анализ предложенных технических решений с выявленными аналогами уровня техники, из которого группа полезных моделей явным образом не следует для специалиста по пробоотбору, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления системы отбора проб природного газа, можно сделать вывод о ее соответствии критериям патентоспособности.
Предпочтительные варианты исполнения полезной модели описываются далее на основе представленных чертежей, где:
- на фиг.1 представлена схема системы отбора проб природного газа для двух вариантов выполнения газопровода - надземном и подземном;
- на фиг.2 изображен пробоотборный узел для надземного газопровода;
- на фиг.3 изображен пробоотборный узел для подземного газопровода;
- на фиг.4 изображен вариант выполнения пробоотборного шкафа;
- на фиг.5 то же второй вариант;
- на фиг.6 изображен нижний кронштейн с фиксирующими винтами.
Системы отбора проб природного газа содержит пробоотборный узел 1, установленный на газопроводе в точке отбора проб, линию 2 подачи проб и пробоотборный шкаф 3 с установленным в нем контейнером 4 отбора проб.
Пробоотборный узел 1 содержит зонд 5 пробоотборный, установленный в монтажной втулке 6 или корпусе 7, жестко закрепленном на газопроводе, гайку 8 зонда 5, уплотнительную прокладку 9, кран шаровой 10, штуцер 11 крана 10, вентиль игольчатый 12, тройник 13, ниппель 14, гайку накидную 15, манометр 16 и переходник 17. Длина зонда 5 пробоотборного зависит от диаметра газопровода и выбирается так, чтобы глубина погружения в трубопровод лежала в диапазоне 0,3…0,7 D.
Шкаф пробоотборный может быть изготовлен в двух вариантах выполнения в зависимости от температуры окружающего воздуха или необходимости регулирования температуры внутри шкафа. Пробоотборный шкаф 3 представляет собой пространственную сварную конструкцию и имеет форму прямого параллелепипеда с дверцей 18 и двойными стенками 19 и 20, с толщиной металлического листа наружной обшивки, равной 2 мм, и внутренней - 1,5 мм из оцинкованного металла, и расположенными между ними базальто-волокнистыми плитами 21, которые служат в качестве утеплителя и имеют отличные противопожарные характеристики. Подобное утепление позволяет использовать шкаф в температурном интервале от -50 до +40°С, толщина утеплителя - 50 мм. Пробоотборный шкаф 3 снабжен системой крепления контейнера 4 отбора проб, включающей кронштейн 22 верхний, подвижный кронштейн 23 нижний и цепи 24 для закрепления контейнера 4. Внутри пробоотборного шкафа 3 установлен нагреватель 25 и для одного из вариантов выполнения системы отбора проб природного газа регулятор 26 температуры. Дополнительно пробоотборный шкаф 3 оснащен системой сброса газа, включающей гибкий металлорукав 27, трубопровод 28 сброса и выходной вентиль 29 игольчатый, и установленными снаружи клеммной коробкой 30, переключателем 31 питания, кабельным вводом 32 питания, термометром 33 биметаллическим и клеммой 34 заземления.
Для удобства подъема шкафа пробоотборного 3 предусмотрены 2 рым-болта 35. Корпус шкафа 3 пробоотборного имеет защиту от пыли и влаги. Поверхность корпуса подвергается качественной обработке с последующим нанесением порошкового покрытия, защищающим корпус от воздействия внешних факторов и преждевременной коррозии. Шкаф 3 пробоотборный устанавливается на сварную раму 36.
Линия 2 подачи проб содержит трубку 37, выполненную из нержавеющей стали, саморегулирующуюся электрическую нагревательную ленту 38, секции 39 термоизоляции и защитный гибкий металлорукав 40.
Монтаж системы отбора проб природного газа осуществляют следующим образом.
В точке отбора проб из газопровода вертикально вваривают втулку монтажную 6 или корпус 7 из комплекта узла 1 пробоотборного. Закрепляют зонд 5 пробоотборный на газопроводе при помощи гайки 8 и уплотнительной прокладки 9. Устанавливают на подготовленный фундамент шкаф 3 пробоотборный с рамой 36 и закрепляют раму к фундаменту анкерными болтами. Подсоединяют к переходнику 17 узла 1 пробоотборного трубопровод линии 2 подачи проб. Крепление трубки 37 к выходному штуцеру 17 осуществляют с помощью накидной гайки и двух уплотнительных колец. Резьбовое соединение затягивается вручную (до контакта) и далее гаечным ключом на 1, 1/4 оборота. Производят заделку конца нагревательной ленты 38 с помощью комплекта заделок по инструкции, поставляемой с комплектом заделок. Конец нагревательной ленты 38 закрепляют на зонде 5 узла 1 пробоотборного непосредственно возле втулки монтажной 6 или корпуса 7 двумя витками крепежной ленты. Укладывают нагревательную ленту 38 вдоль трубки 37 линии 2 подачи проб и фиксируют ее на трубопроводе с шагом 300 мм двумя витками крепежной ленты до шкафа 3 пробоотборного. Свободный конец ленты 38 заводят во внутрь шкафа пробоотборного через стеновой проходник. Надевают последовательно секции термоизоляции 39 и продвигают их вдоль линии 2 подачи проб до выходного переходника 17 узла пробоотборного. Последнюю секцию термоизоляции 39 обрезают с таким расчетом, чтобы она входила во внутрь на всю длину проходника стенового шкафа 3 пробоотборного. Надевают защитный металлорукав 40 и продвигают его вдоль линии 2 подачи проб до выходного переходника 17 узла пробоотборного. Крайнюю секцию металлорукава 40 необходимо навернуть до упора на резьбовую часть муфты, закрепленной на проходнике, установленном на стене шкафа 3 пробоотборного. Свободный конец трубки 37 линии 2 подачи проб подсоединяют к переходнику установленному снаружи шкафа 3 пробоотборного. Крепление трубки к переходнику осуществляют с помощью накидной гайки и двух уплотнительных колец. Производят опрессовку линии 2 подачи проб рабочим давлением газа из газопровода. Открывают шаровой кран 12 узла 1 пробоотборного, подают давление газа в линию 2 подачи проб. Проверяют герметичность стыков. При необходимости производят дополнительную подтяжку стыков, предварительно закрыв шаровой кран 12 и выпустив газ. Свободный конец нагревательной ленты 38 выводят через кабельный ввод 32 на противоположную стену шкафа 3 пробоотборного и подключают в клеммной коробке 31. Подсоединяют к стеновому проходнику трубопровод сброса 28 с выходным игольчатым вентилем 29 и закрепляют его хомутом на боковой стенке шкафа 3 пробоотборного. Крепление трубопровода сброса 28 с выходным игольчатым вентилем 29 к стеновому проходнику осуществляют с помощью накидной гайки и двух уплотнительных колец. Производят подключение шины заземления 34 шкафа 3 пробоотборного к заземляющему устройству. Подсоединяют внешний кабель электропитания к переключателю 31, используя штатный кабельный ввод, установленный на переключателе. Система отбора проб должна подключаться к электрической сети через аппаратуру, обеспечивающую защиту электрической цепи от токов короткого замыкания и перегрузки, а электрической цепи нагревательной ленты 38 - от утечек на землю. Проверяют сопротивление изоляции электрических кабелей и сопротивление заземления. Система отбора проб природного газа готова к работе.
Система отбора проб природного газа работает следующим образом.
Баллон 4 устанавливают в шкаф 3 на опорный кронштейн 23 (фиг.4, 5, 6), положение которого настраивают под размер баллона путем ослабления фиксирующих винтов 41, перемещения кронштейна по направляющим и затяжки фиксирующих винтов, при этом необходимо добиться, чтобы верхний штуцер баллона встал на одной оси с входом линии 2 подачи проб. Окончательную фиксацию баллона осуществляют схватыванием его цепями 24 на опорных верхнем 22 и нижнем 23 кронштейнах. После этого к баллону подключают штуцера (на чертеже не показаны). Гайки штуцеров являются сменными для подсоединения к баллонам с правой или левой резьбой. Применение гибкого металлорукава в качестве отводной трубки на выходе баллона позволяет производить подключения баллонов с разной высотой.
После подключения штуцеров производят действия по отбору газа в контейнер в соответствии с Приложением D "Методика отбора проб методом заполнения-выпуска" ГОСТ 31370-2008 "Газ природный. Руководство по отбору проб".
Предварительно включают обогрев шкафа 3 пробоотборного и линии 2 обогреваемой с помощью переключателя 31 питания. Температура внутри шкафа должна быть выше температуры газа в газопроводе (температуру можно контролировать с помощью термометра 33, установленного в двери шкафа).
Открывают вентили на баллоне и шаровой кран поз.10 (фиг.2 и 3) на узле 1 отбора пробы, плавно открывают подачу газа с помощью входного поз.12 (фиг.2 и 3) и выходного поз.29 (фиг.4 и 5) игольчатых вентилей. Продувают контейнер не менее чем 20-ти кратным объемом природного газа. Закрывают выходной вентиль поз.29 (фиг.4 и 5). Давление должно быстро возрасти до уровня, установленного для выбранного контейнера. Давление контролируют по манометру 16, установленному на узле 1 отбора пробы.
Закрывают входной вентиль поз.12 (фиг.2 и 3) и медленно сбрасывают давление в контейнере через выходной игольчатый вентиль поз.29 (фиг.4 и 5) до тех пор, пока оно не достигнет атмосферного давления.
Открывают входной вентиль поз.12 (фиг.2 и 3).
Чтобы эффективно очистить контейнер от ранее находящегося в нем газа, повторяют две предыдущие операции несколько раз (таблица D.1 приложения D "Методика отбора проб методом заполнения-выпуска" ГОСТ 31370-2008).
После завершения последнего цикла продувки сначала перекрывают выходной игольчатый вентиль поз.29 (фиг.4 и 5) и после того как давление возрастет до уровня, установленного для данного контейнера, перекрывают вентиль поз.12 (фиг.2 и 3). При этом давление в контейнере должно быть ниже давления газа в газопроводе для исключения конденсации тяжелых углеводородов.
После этого следует закрыть шаровой кран поз.10 (фиг.2 и 3), входной и выходной вентили на баллоне. Далее отключают электропитание обогрева шкафа и отсоединяют баллон. При отсоединении подводящего штуцера баллона следует ослабить гайку до появления травления газа. Дождаться окончания травления газа и лишь после этого окончательно отсоединить подводящий штуцер.
Предлагаемая система отбора проб природного газа соответствует требованиям ГОСТ 31370-2008, обладает простой конструкцией, упрощает процесс отбора проб и облегчает работу оператора, что в целом сокращает время на подготовку устройства к работе и отбор пробы, улучшает условия труда.