Автоматическая газораспределительная станция
AUTOMATIC GAS-DISTRIBUTING STATION

Изобретение относится к газораспределительным станциям для подачи газа потребителям.
Известен автономный автоматизированный газораспределительный комплекс, содержащий модуль подготовки газа, включающий блок переключения с узлами переключения высокого давления, распределения и переключения низкого давления, узел очистки газа, нагреватель газа с узлом нагрева газа и генератором горячего воздуха, подключенный к линии подачи воздуха к системе отопления и вентиляции, а также к линии вывода продуктов сгорания, причем узел переключения высокого давления с одной стороны соединен на входе с линией подвода газа высокого давления, а на выходе с узлом распределения газа линиями высокого давления через узлы очистки и нагрева газа, а также блок одоризации газа, соединенный со входом в узел переключения низкого давления, который, в свою очередь, соединен с линией отвода газа низкого давления. Комплекс также включает, по меньшей мере, один модуль редуцирования и учета газа с соединенным между собой узлами редуцирования и коммерческого учета газа, при этом узел редуцирования соединен с выходом узла распределения, а выход узла коммерческого учета - со входом блока одоризации газа. Модуль подготовки газа оснащен узлом подготовки и учета импульсного и топливного газа, соединенного входом с узлом распределения газа, а выходами с генератором горячего воздуха и линией, соединяющей узлы редуцирования и коммерческого учета, посредством байпасной линии, блок автономного энергообеспечения пневмоприводного динамического оборудования запорно-регулирующей арматуры, встроенные параллельно в линии, соединяющие блок топливного газа с узлом распределения и байпасную линию (патент RU 2639451 c1. Автономный автоматизированный газораспределительный комплекс (варианты) - МПК: Р17Д 1/04, F17Д 1/075 - 21.12.2017 г.).
Основным недостатком известного технического решения является низкий уровень надежности работы газораспределительной станции, требующая высокую частоту регламентных обслуживаний при эксплуатации.
Известна автоматическая газораспределительная станция, содержащая модуль подготовки газа, включающий линию высокого давления, разделенную на две одинаковые линии с фильтрами узла очистки, теплообменниками узлов подогрева газа и узлами редуцирования, которые совместно с байпасной линией подключены электроприводными запорно-регулирующими кранами блока переключения, связанными с системой автоматического управления, к линии подвода газа к газораспределительной станции, линию низкого давления с блоком одоризации и модулем коммерческого учета газа, подключенную блоком переключения через байпасную линию в составе фильтра и регулятора давления к линии отвода газа потребителю, при этом каждый узел подогрева газа состоит из теплообменника, соединенного линиями прямого и обратного потока теплоносителя и нагревателя, и систему утилизации конденсата, образующегося в узлах очистки, через коллектор сброса конденсата в емкость утилизации конденсата, снабженной датчиком давления и узлом защиты от превышения давления, причем в линии низкого давления за модулем редуцирования размещен узел защиты от превышения давления газа путем сброса газа на свечу в составе трехходового крана и двух предохранительных кранов (патент RU №2671554 c1. Автоматическая газораспределительная станция (варианты). - МПК: Н7Д 1/04 - 06.04.2018 г.). Данное изобретение принято за прототип.
Недостатком известного решения (прототипа) является повышенная частота регламента технического обслуживания отдельных узлов ГРС, вызванная как недостатком их конструкции, так и отсутствием ранее требований сокращения объема техобслуживания и сроками их исполнения не чаще одного раза в год, как оговорено в стандарте ПАО «Газпром» СТО Газпром 2-2.3-1081-2016.
Задачей, на решение которой направлены заявляемые технические решения, является дальнейшее сокращение регламента технического обслуживания узлов и ГРС в целом.
Технический результат - сокращение регламента обслуживания за счет автоматизации процессов управления и повышения надежности узлов.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной автоматической газораспределительной станции, содержащей модуль подготовки газа, включающий линию высокого давления, разделенную на две одинаковые линии с фильтрами узла очистки, теплообменниками узлов подогрева газа и узлами редуцирования, которые совместно с байпасной линией подключены электроприводными запорно-регулирующими кранами блока переключения, связанными с системой автоматического управления, к линии подвода газа к газораспределительной станции, линию низкого давления с блоком одоризации и модулем коммерческого учета газа подключенную блоком переключения через байпасную линию в составе фильтра и регулятора давления к линии отвода газа к потребителю, при этом каждый узел подогрева газа состоит из теплообменника, соединенного линиями прямого и обратного потока теплоносителя с нагревателем, и систему утилизации конденсата, образующегося в узлах очистки, через коллектор сброса конденсата в емкость утилизации конденсата, причем в линии низкого давления за модулем редуцирования размещен узел защиты от превышения давления газа путем сброса газа на свечу в составе трехходового крана и двух предохранительных кранов, согласно предложенному техническому решению,
каждый предохранительный кран состоит из поршневого клапана для сброса из линии низкого давления газа на свечу, управляемого усилителем с клапаном постоянного давления на входе и электропневмоклапаном, при этом поршневой клапан, состоящий из собственно клапана, размещенного в корпусе с седлом клапана и крышкой, образует две полости: полость постоянного давления и пружинную полость, причем полость постоянного давления сообщена непосредственно с полостью за клапаном постоянного давления, а пружинная полость через электропневмоклапан, управляемый системой автоматического управления, может быть сообщена либо с выходом из поршневого клапана на свечу, либо с выходом команды от усилителя, который состоит из корпуса с размещенным в нем двойным клапанам, управляемым поршневым приводом с настроечной пружиной и полостью обратной связи, соединенной со входом в поршневой клапан из линии низкого давления через дроссель;
каждый фильтр узла очистки содержит две ступени очистки, размещенные в одном корпусе: прямоточный циклон с сепарационной трубой и сетчатый фильтр, разделенные перегородкой, в которую установлен переходник, образующий с сепарационной трубой сепарационную щель, и сообщающий выход из сепарационной трубы со входом в сетчатый фильтр, при этом каждая ступень фильтра сообщена с отстойником, сообщенным с линией сброса конденсата в сбросной коллектор через краны с электропневмоприводом, причем вход в отстойник первой ступени фильтра расположен в зоне сепарационной щели и сообщен со входом в отстойник второй ступени фильтра посредством патрубка для перетока газа;
нагреватели узла подогрева газа выполнены по принципу пульсирующего горения с камерой сгорания, трубами-резонаторами и карбюратором со стабилизатором пламени для подачи газовоздушной смеси в камеру сгорания через обратные клапана, где в качестве обратного клапана в линии подачи топливного газа использован газодинамический диод, а стабилизатор пламени размещен в карбюраторе с возможностью его перемещения вдоль оси карбюратора за счет резьбового соединения;
регулятор давления газа байпасной линии содержит поршневой клапан, размещенный в корпусе и образующий с корпусом и крышкой корпуса две полости: командную, управляемую системой автоматического управления через два электропневмоклапана, первый для подвода газа в командную полость от клапана постоянного давления и второй - для сброса газа из командной полости, и пружинную соединенную трубопроводом обратной связи с линией выхода из регулятора давления газа;
блок одоризации газа содержит насос-дозатор, который состоит из корпуса с крышкой и стального поршня с приваренным к нему стальным сильфоном, противоположный конец которого приварен к корпусу насоса-дозатора, при этом поршень с сильфоном коаксиально размещен в корпусе, образуя внутреннюю полость всаса-нагнетания через обратные клапана в крышке, а полость слева от поршня снаружи сильфона и полость справа от поршня сообщены с управляющими электромагнитными клапанами для попеременной подачи импульсного газа.
Проведенным заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признаком заявленной автоматической газораспределительной станции отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемых технических решений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию «изобретательский уровень».
Предлагаемое техническое решение может быть использовано в газораспределительных станциях для подачи газа потребителю. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применяемость».
На фиг. 1 схематично показана предлагаемая автоматическая газораспределительная станция; на фиг. 2 - предохранительный кран узла защиты от превышения давления газа; на фиг. 3 - фильтр узла очистки газа; на фиг. 4 - теплогенератор узла подогрева газа; на фиг. 5 - регулятор давления газа байпасной линии; на фиг. 6 - насос-дозатор подачи одоранта.
Автоматическая газораспределительная станция (АГРС) содержит модуль 1 подготовки газа высокого давления и модуль 2 редуцирования газа. Модуль 1 подготовки газа включает блок 3 переключения газа с линии 4 подвода магистрального газа на две параллельные одинаковые линии 5 и 6 газа высокого давления и байпас 7 посредством электроприводных запорно-регулирующих кранов 8 блока 3 переключения газа, линии 5 и 6 высокого давления включают в себя узлы очистки газа 9 в составе фильтра 10, линии сброса конденсата 11 через отстойники 12 и краны 13 в коллектор 14 сброса конденсата в емкость 15 утилизации конденсата; теплообменники 16 для подогрева газа и узлы редуцирования газа 17 в составе модуля 2 редуцирования.
Теплообменники 16 соединены линиями потока нагретого 18 и охлажденного 19 теплоносителя с узлом подогрева 20 теплоносителя, включающим основной и резервный теплогенераторы 21 для подогрева теплоносителя, объединенные на входе и выходе коллекторами 22 и насосы 23 подачи нагретого теплоносителя в теплообменники 16. Теплогенераторы 21 подключены к линии 24 подвода топливного газа, снабженной измерителем 25 расхода газа.
На выходе из каждого узла редуцирования 17 установлены электроприводные запорно-регулирующие краны 26. Выходы ниток 27 за кранами 26 соединены с линией 28 низкого давления газа. Выполнение АГРС с одинаковыми линиями 5 и 6 высокого давления газа позволяет поочередно работать основным агрегатам АГРС в этой линии, что обеспечивает их равномерный износ и увеличивает срок их эксплуатации.
В линию 28 низкого давления газа перед включением байпаса 7 встроен узел защиты 29 (фиг. 1 и 2) от превышения давления газа путем сброса на свечу. Узел защиты 29 состоит из трехходового крана 30 и двух предохранительных кранов 31 одинаковой конструкции. Предохранительный кран 31 включает в себя поршневой клапан 32, управляемый усилителем 33 с клапаном постоянного давления 34 и нормально закрытым электропневмоклапаном 35 для дистанционной проверки работы предохранительных кранов 31 («подрыв») без выезда персонала на место для ручного апробирования. Благодаря этому упрощается регламент технического обслуживания, требующий регулярной проверки предохранительных кранов на предмет «залипания».
Поршневой клапан 32 предохранительного крана 31 (фиг. 2) состоит из собственно клапана 36, размещенного в корпусе 37 с седлом 38 и крышкой 39, образуя две полости: полость 40 постоянного давления и пружинную полость 41, причем полость 40 постоянного давления сообщена непосредственно с линией 42 за клапаном постоянного давления 34 перед усилителем 33, а пружинная полость 41 - через электропневмоклапан 35, управляемый системой автоматического управления, может быть сообщена либо с выходом 43 из поршневого клапана на свечу, либо с линией 44 выхода из командной полости 45 между двумя клапанами 46 и 47 двойного клапана 48, размещенного в корпусе 49 усилителя 33 и управляемого поршневым приводом 50 с настроечной пружиной 51 и полостью обратной связи 52, которая соединена с линией 28 низкого давления через дроссель 53. Регулировочный винт 54 служит для настройки заданного уровня срабатывания предохранительного крана. Наличие этого винта позволяет менять настройку предохранительного крана 31 в случае необходимости изменения настройки уровня давления газа для потребителя, не снимая для переборки узла защиты 29.
Размещенные в линиях 5 и 6 высокого давления узлы очистки газа 9 включают в себя фильтр 10, содержащий (фиг. 3) две ступени очистки, размещенные в одном корпусе 55 - прямоточный циклон 56 с сепарационной трубой 57 и сетчатый фильтр 58, разделенные перегородкой 59, в которую установлен переходник 60, образующий с сепарационной трубой 57 сепарационную щель 61 и сообщающий выход 62 из сепарационной трубы 57 через переходник 60 со входом 63 в сетчатый фильтр 58. При этом вход 64 в отстойник 12 первой ступени фильтра максимально приближен к зоне 65 сепарационной щели 61 и сообщен со входом 66 в отстойник 12 второй ступени фильтра через патрубок 67 для перетока газа с целью отсоса фильтрата из застойной зоны 65 вокруг сепарационной щели 61.
Устранение засорения первой ступени фильтра также сокращает регламент обслуживания (исчезает необходимость разборки и очистки фильтра).
Теплогенераторы 21 узла подогрева газа 20 выполнены по схеме пульсирующего горения (фиг. 4), и каждый содержит камеру сгорания 68, трубы-резонаторы 69 и карбюратор 70 со стабилизатором пламени 71 для подачи газовоздушной смеси в камеру сгорания 68 через патрубок 72 забора воздуха из атмосферы и воздушный механический обратный клапан 73 и топливный обратный клапан 74, выполненный как газодинамический диод с целью упрощения конструкции и увеличения надежности и ресурса. Стабилизатор пламени 71 вместе со свечой зажигания 75 установлен в корпусе 76 карбюратора 70 на резьбе 77 для возможности его перемещения и фиксации при отладке запуска и процесса горения в камере сгорания 68.
К линии низкого давления 28 с узлом защиты 29, блоком одоризации 78 и модулем 79 коммерческого учета газа подключен выход 80 байпасной линии 7 в составе фильтра 81 и регулятора давления газа 82 (фиг. 1 и фиг. 5) вместо традиционной шиберной заслонки с целью дистанционного управления включением байпаса с точным поддерживанием заданного на выходе АГРС давления. Регулятор давления газа 82 содержит поршневой клапан 83, размещенный в корпусе 84 и образующий с корпусом 84 и крышкой 85 две полости: командную 86, управляемую от системы автоматического управления двумя электропневмоклапанами, первый 87 для подвода импульсного газа от клапана постоянного давления 88 и второй 89 - для сброса газа, и пружинную полость 90, соединенную трубопроводом обратной связи 91 с линией низкого давления 28. К линии низкого давления 28 за модулем 79 коммерческого учета газа подключен насос-дозатор 92 подачи одоранта.
Насос-дозатор 92 (фиг. 6) блока одоризации 78 для исключения возможных утечек одоранта выполнен с сильфонным уплотнением и содержит корпус 93 с крышкой 94 и стальной поршень 95 с приваренным к нему стальным сильфоном 96, противоположный конец которого 97 приварен к корпусу 93. Поршень 95 с сильфоном 96 расположен коаксиально в корпусе 93, образуя внутреннюю полость 97 всаса-нагнетания через обратные клапана 98 и 99 в крышке 94, а полость 100 слева от поршня 95 снаружи сильфона 96 и полость 101 справа от поршня 95 сообщены с управляющими электромагнитными клапанами 102 и 103 для попеременной подачи импульсного газа в полости 100 и 101. Количество доз определяется частотой включения электромагнитных клапанов 102 и 103, а величина дозы - ходом поршня 95.
Автоматическая газораспределительная станция работает следующим образом.
Природный газ, отбираемый от магистрального газопровода подается на АГРС по линии 4, из которой газ через электроприводные запорно-регулирующие краны 8 блока 3 переключения газа, связанными с системой автоматического управления, поступает либо в одну из линии 5 и 6 высокого давления, либо в байпасную линию 7.
Каждая их одинаковых линий 5 или 6 включаются в работу попеременно (например, с периодичностью работы на каждой линии по одному месяцу). При включении, например, линии 5, газ поступает в фильтр 10 узла очистки 9, в котором газ очищается от влаги и твердых частиц, которые сбрасываются в коллектор 14 сброса конденсата в емкость 15 утилизации конденсата через линии сброса конденсата 11, отстойники 12 и краны 13.
Далее, очищенный в фильтре 10 газ поступает в теплообменник 16 для подогрева с целью исключения возможности образования гидратов. В теплообменник 16 подводится теплоноситель по линии 18 насосом 23 от теплогенератора 21, подключенного к линии 24 подвода топливного газа, снабженной измерителем 25 расхода газа, после чего газ поступает в узел редуцирования 17 в составе модуля 2 редуцирования.
Отредуцированный в узле редуцирования 17 по линии 5 газ через открытый электроприводной запорно-регулирующий кран 26 поступает в линию 28 низкого давления, где встроен узел защиты 29 от превышения давления газа. В штатном режиме АГРС, когда давление в линии 28 не превышает заданного уровня давления, поддерживаемого узлом редуцирования 17, газ через модуль 79 коммерческого учета с впрыском одоранта из блока одоризации 78 посредством насоса-дозатора 92 направляется потребителю. В случае повышения давления в линии 28 выше допустимого заданного настройкой усилителя 33 давление в полость обратной связи 52 вырастет (поступление из линии 28 через дроссель 53), и поршневой привод 50 сместится вправо по схеме вместе с двойным клапаном 48, преодолевая усилие от пружины 51, в результате клапан 46 прикрывается, а клапан 47 открывается, сообщая пружинную полость 41 поршневого клапана 32 через командную полость 45 с линией 28 низкого давления. За счет падения давления в полости 41 (а в полости 40 давление постоянно и определяется клапаном постоянного давления 34) клапан 36 сместится вниз по схеме и откроет сброс на свечу через щель с седлом 38 и выход 43 поршневого клапана 32. Наличие в усилителе 33 обратной связи через дроссель 53 не даст сильно провалиться давлению газа в линии 28, поскольку уменьшение давления 28 приведет к уменьшению давления в полости обратной связи 52 усилителя 33, и поршневой привод 50 откроет клапан 46 на увеличение давления в полостях 45 и 41 соответственно, что сместит клапан 36 на закрытие сброса из линии 28 на свечу, восстанавливая давление в линии 28 до уровня настройки. Такое выполнение предохранительного клапана позволяет уменьшить потери газа (на свечу) и стабилизировать давление в сети. Наличие нормально закрытого электропневмоклапана 35 в линии 44 подвода давления в пружинную полость 41 поршневого клапана 32 позволяет перекрыть эту линию 44 и соединить пружинную полость 41 с выходом 43 на свечу, в результате клапан 36 смещаясь вниз по схеме, соединяя линию 28 с выходом 43 на свечу. Благодаря такой конструкции предохранительного клапана упрощается регламент технического обслуживания АГРС: вместо регулярного выезда персонала на АГРС, чтобы вручную открыть предохранительный клапан и убедиться, что он не залип и не прикипел («подрыв» крана), достаточно дистанционно с пульта управления включить и выключить его нажатием кнопки.
В узле очистки газа 9 и теплогенераторе 21 заложенные мероприятия по надежности, как и в узле защиты от превышения давления 31, позволили сократить регламент технического обслуживания. Так, при движении газа через фильтр 10 (рис. 3) в первой ступени сепарационной щели 61 для исключения возможности отложения фильтрата организован его отсос из застойной зоны 65 вокруг сепарационной щели 61 через патрубок 67 перетока в отстойник 12 второй ступени фильтра через вход 66. Это сокращает регламент технического обслуживания (исчезает необходимость разборки и очистки фильтра).
Теплогенератор 21 узла подогрева, выполненный по схеме пульсирующего горения, сам по себе прост, а выполнение его обратного топливного клапана 74 как газодинамического диода (вместо металлического клапана) увеличивает надежность и не требует осмотров. Как видно на фиг. 4, топливный газ по каналу 24 поступает в карбюратор 70 через газодинамические диоды 74, а воздух - из патрубка 72 через механические обратные клапана 73. Газовоздушная смесь поджигается свечой 75 стабилизатора пламени 71, а процесс горения происходит в камере сгорания 68, откуда через трубы-резонаторы 69 продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. Стабилизатор пламени 71 может перемещаться за счет резьбы 77 для отладки процесса запуска и горения в камере сгорания 68.
По линии низкого давления 28 одорированный в блоке одоризации 78 газ, через модуль 79 коммерческого учета газа, направляется в сеть (потребителю).
Изменение направления газа из линии 4 подвода магистрального газа в байпасную линию 7 производится блоком переключения 3. При этом газ высокого давления через фильтр 40 поступает на регулятор давления газа 82, управляемый контроллером системы автоматического управления, через электропневмоклапаны 87 и 89 изменением давления в командной полости 86. Заданный уровень давления на выходе 80 из регулятора давления 82 обеспечивается равновесием усилий на поршневой клапан 83 в командной полости 86 и пружинной полости 90, куда заведена обратная связь 91 по давлению в линии 28 низкого давления. Установка в байпасную линию регулятора давления газа с дистанционным включением в работу позволило также упростить регламент технического обслуживания, исключив из него ручное переключение на байпасную линию 7 и обеспечить стабильный уровень давления в линии 28 низкого давления газа.
В линию 28 низкого давления за модулем 79 коммерческого учета газа подается одорант из блока одоризации 78 насосом-дозатором 92. Дозирование подачи одоранта осуществляется попеременным включением электромагнитных клапанов 102 и 103 от системы управления на подачу и сброс импульсного газа в полости 100 и 101 насоса-дозатора. При этом происходит наполнение (всас) внутренней полости 97 сильфона 96 через обратный клапан 98 и нагнетание через обратный клапан 99. Количество доз определяется частотой включения электромагнитных клапанов 102 и 103, а величина дозы ходом поршня 95. Такая конструкция насоса-дозатора 92 со стальным сильфоном 96 с приваркой его торцев к корпусу 93 и поршню 95 обеспечивает его полную герметичность, что исключает пролив одоранта (ядовитая, горючая жидкость с резким запахом на базе меркаптанов) с последующим выполнением мероприятий по устранению последствий пролива.
Перечисленный объем технических решений по сокращению и упрощению обслуживания по модулям и узлам АГРС позволил решить задачу сокращения регламента технического обслуживания и ремонта АГРС со сроками их исполнения не чаще одного раза в год, как этого требует стандарт ПАО «Газпром» 2-2.3-1081-2016.