Газораспределительная станция
GAS-DISTRIBUTING STATION

Изобретение относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям для снижения давления газа в газопроводе.
Известна газораспределительная станция (см. патент РФ №2428621, МПК F17D1/04, опубл. 10.09.2011. бюл. №25), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давление, емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через опорный орган с газопроводом низкого давления, теплообменник, соединенный с выходом горячего потока вихревой трубы, а выход ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком.
Недостатком является снижение нормированных параметров процесса горения из-за неполного удаления при низких температурах наружного воздуха, присутствующего в природном газе избытка влаги, что обусловлено нарушением тепломассообмена в изменяющемся температурном режиме грунта.
Известна газораспределительная станция (см. патент РФ №2544404 МПК F17D1/04, опубл. 20.03.2015), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого давления, емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, эжектор, вихревую трубку, установленную на  газопроводе высокого давления, теплообменник, соединенный с выходом горячего потока вихревой трубы, а выход ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком, причем блок управления снабжен датчиком температуры наружного воздуха и регулятором расхода горячего потока вихревой трубы,  расположенным на входе эжектора, а теплообменник выполнен пластинчатым и расположен на рециркуляционном контуре системы отопления и своим выходом соединен с входом эжектора, при этом выход эжектора соединен с газопроводом низкого давления, а его камера смешивания соединена с конденсатоотводчиком, при этом наружная поверхность емкости сбора конденсата покрыта теплоизолирующими и теплоаккумулирующим материалом, выполненным в виде пучков вытянутых тонких волокон из базальта, расположенного вертикально.
Недостатком является возрастание взрывоопасности при длительной эксплуатации газораспределительной станции из-за появления статического электричества и последующего искрообразования на внутренней поверхности патрубка ввода холодного потока природного газа из вихревой трубы в конденсатоотводчик.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание нормированной взрывоопасной эксплуатации газораспределительной станции путём предотвращения искрообразования за счет устранения ударного воздействия твердых частиц загрязнений на внутреннюю поверхность патрубка ввода холодного потока в конденсатоотводчик за счет выполнения покрытия ее эпоксидной эмалью, являющейся диэлектриком и водоотталкивающим веществом.
Технический результат достигается тем, что газораспределительная станция содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом  высокого и низкого давления, емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, эжектор, вихревую трубу, установленную на газопроводе высокого давления теплообменник, соединенный с выходом горячего потока вихревой трубы, а выход ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком, причем блок управления снабжен датчиком температуры наружного воздуха и регулятором расхода горячего потока вихревой трубы, расположенным на входе эжектора, а теплообменник выполнен пластинчатым и расположен на рециркуляционном контуре системы отопления и своим выходом соединен с входом эжектора, при этом выход эжектора соединен с газопроводом низкого давления, а его камера  смешивания соединена с конденсатоотводчиком, при этом наружная поверхность емкости сбора конденсата покрыта теплоизолирующим и теплоаккумулирующим материалом, выполненным в виде пучков вытянутых тонких волокон из базальта, расположенного вертикально, при этом выполнено покрытие эпоксидной эмалью внутренней поверхности входного, со стороны вихревой трубы, патрубка конденсатоотводчика, при чем конденсатоотводчик включает корпус с крышкой и коническое днище, соединенное с емкостью сбора конденсата и снабжен отражательной перегородкой, расположенной между входным патрубком и выходным патрубком, соединенным с камерой смешивания эжектора.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема газораспределительной станции; на фиг. 2 – внешняя поверхность емкость сбора конденсата, покрытая теплоизорующим материалом, выполненным в виде пучка вытянутых тонких волокон из базальта; на фиг. 3 -  конденсатоотводчик с отражательной перегородкой; на фиг. 4 – разрез выходного патрубка, внутренняя поверхность которого покрыта эпоксидной эмалью.
Газораспределительная станция содержит блок управления 1, технологический блок 2 с газопроводами высокого давления 3 и низкого давления 4 и емкость сбора конденсата 5, соединенную с газопроводом высокого давления 3, при этом емкость сбора конденсата 5 дополнительно соединена через запорный орган 7 с газопроводом низкого давления 4. Кроме того, газопровод высокого давления 3 связан с газовой полостью 6 емкости сбора конденсата 5 через конденсатоотводчик 8 и кран 9. В линии связи блок управления 1 емкости сбора конденсата 5 установлен датчик уровня 10, кран 11 соединяет газопроводом газовую полость 6 с атмосферой. На газопроводе высокого давления 3 установлена вихревая труба 12, выход 13 ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком 8, а выход 14 ее горячего потока соединен с входом 15 пластинчатого теплообменника 16, расположенного в рециркуляционном контуре 17 системы отопления 18 помещения 19 газораспределительной станции. Выход 20 теплообменника 16 соединен с входом 21 эжектора  22, при этом выход 23 эжектора 22 соединен с газопроводом низкого давления 4, а его камера смешивания 24 соединена с конденсатоотводчиком 8. Блок управления 1 снабжен датчиком температуры 25 наружного воздуха и регулятором воздуха 26 горячего потока вихревой трубы 12, расположенным в входе 21 эжектора 22, а для увеличения количества тепла, отдаваемого теплообменником 16 в систему отопления 18 помещения 19 газораспределительной станции, он выполнен пластинчатым, как «обладающий наибольшим коэффициентом теплоотдачи для теплообмена между нагревающим газовым теплоносителем (горячий поток природного газа от вихревой трубы 12) и нагреваемым жидкостным теплоносителем (вода системы отопления 18). По теплоэнергетическому коэффициенту пластичные теплообменники являются наиболее эффективными по сравнению с другими теплообменниками обычного назначения для давления до 1 МПа и температуре рабочих сред до 140-150⁰С и могут заменять все типы кожухотрубных, скоростных и пластичных конструкций системы теплоснабжения» (см., например, стр. 212 и 219 Коваленко А.Н., Глущков А.Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи. М.: Энергоатомиздат. 1986. 240 с.)
Наружная поверхность 27 емкости сбора конденсата 5 покрыта теплоизолирующим и теплоаккумулирующим материалом в виде пучков вытянутых тонких волокон 28 из базальта. Конденсатоотводчик 8 включает корпус 29 с крышкой 30 и коническое днище 31, соединенное через кран 9 с емкостью сбора конденсата 5 и снабжен отражательной перегородкой 32, расположенной между входящим патрубком 33 и выходящим патрубком 34, соединенным с камерой смешивания 24 эжектора 22, при этом выполнено покрытие эпоксидной эмалью 35 внутренней поверхности 36 входного патрубка 33 конденсатоотводчика 8.
Газораспределительная станция работает следующим образом. После термодинамического расслоения в вихревой трубе 12 природного газа, его холодны поток всегда сопровождается твердым частицам, которые обладая значительной кинетической энергией (см., например, Седов Л.И. Механика сплошной среды. М: Недра 1970 – 537 с., ил.) ударяются о внутреннюю поверхность 36 входного патрубка 33 конденсатоотводчика. В результате наблюдается появление статического электричества с искрообразованием (см., например, стр. 333 А.В. Докукин Применение сжатого воздуха в горной промышленности. М.: 1962 г. – 343с., ил.)
Это приводит к взрывоопасной эксплуатации газораспределительной станции, т.к. способствует возгоранию движущегося потока природного газа во внутреннем объеме конденсатоотводчика 8.
При покрытии внутренней поверхности 36 входного патрубка 33 конденсатоотводчика 8 эпоксидной эмалью 35, являющегося диэлектриком (см., например, Алиев М.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. М.: Высшая школа – 2007 г. – 263 с. ил.), устранится появление статического электричества и, соответственно, искрообразование. Кроме того, эпоксидная эмаль является водоотталкивающим веществом, что препятствует налипанию мелкодисперсной каплеобразной и конденсирующейся влаги на внутреннюю поверхность 36 входящего патрубка 33 при перемещении холодного потока из вихревой трубы 12.
Природный газ всегда насыщен конденсатом в процессе охлаждения и парообразной и мелкодисперсной влагой в процессе транспортировки, концентрация которой зависит от месторождения, что приводит не только к коррозийному разрушению газопроводов, но снижает теплоту сгорания при использовании природного газа как источника тепловой энергии (см., например, стр. 33 Казимов К.Г., Гусев В.Е. Устройство и эксплуатация газового хозяйства – М.: Издательство центр «Академии», 2004 – 384 с. ил.).
Поэтому отделение мелкодисперсной влаги из холодного потока, поступающего из выхода 13 вихревой трубы 12 в конденсатоотводчик 8 должно способствовать устранению поступления каплеобразных частиц в камеру смешивания 24 эжектора 22 и далее в газопровод низкого давления 4.
Холодный поток, насыщенный мелкодисперсной влагой поступает из патрубка 34, контактирует с отражающей перегородкой 32, мелкодисперсные каплеобразные частицы поступают в коническое днище 31 корпуса 29 конденсатоотводчика 8 и далее через кран 9 в емкость сбора конденсата 5. Следовательно, в газопроводе низкого давления капельки жидкости, в связи с отсутствием вязкости трения, скользят без коагуляции и укрепления и соответственно без образования конденсатной пленки под действием силы тяжести со скорейшим спуском (см. например, Литвинова В.А., Савчук Е.Н. Наноразмерные пленки оксида тантала, полученные ионно-плазменным методом // Сборник трудов региональной научно-практической конференции «современные проблемы и достижения аграрной науки и животноводстве, растеневодстве  и экономике» - Томск: ТСХИ НГАУ. – Вып. 12.-.2010, с. 299-301.) и соответственно к потребителю поступает природный газ без мелкодисперсной конденсатообразной влаги, обеспечивая нормированную теплоту сгорания при получении тепловой энергии.
При возрастании отрицательных температур наружного воздуха глубина промерзания грунта также увеличивается (см., например, СНиП  2.01.01-83 Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат. 1982), что приводит к изменению режима поступления в емкость сбора конденсата 5 влаги, количество которой уменьшается вплоть до полного прекращения    из-за замерзания выхода трубопровода от крана 9 конденсатоотводчика 8. Кроме того в газовой полости конденсата 6 с понижением температуры наружной поверхности емкости сбора конденсата 5, контактирующий с промерзающим грунтом, нарушается тепломассообменый процесс (см., например, Осипова В.Л. Теплопередача. М.: 1980) и наблюдается кристаллизация влаги и сопутствующих природному газу компонентов, что также приводит к ухудшению условий эксплуатации газораспределительной станции.
При покрытии наружной поверхности 27 емкости сбора конденсата 5 теплоизолирующим и теплоаккумулирующим материалам, выполненным в виде пучков вытянутых тонких волокон 28 из базальта, расположенных вертикально, осуществляется теплоизоляция корпуса емкости сбора конденсата 5 от промерзающего грунта , что устраняет потери теплоты с поддержанием заданного температурного режима  поступление влаги по трубопроводу из конденсатоотводчика 8 через кран 9. Расположение на наружной поверхности 27 вытянутых тонких волокон 28 из базальта , расположенных вертикально, обеспечивает при поступлении в газовую полость 6 влаги с теплотой процесса конденсации аккумуляцию теплоты , начиная с нижнего уровня корпуса емкости сбора конденсата 5 и до его верхнего уровня, т.е. к местам соединения трубопровода с кранами 7, 9 и 11, а также датчикам уровня 10. В результате в газовой полости 6 наблюдаются оптимальные условия теплообмена конденсирующей массы сопутствующих компонентов природного газа при изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации газораспределительной станции.
Природный газ по газопроводу высокого давления 3 поступает в помещение 9 газораспределительной станции к технологическому блоку 2 для осуществления регулирования давления газа, причем регуляторы давления работают на достаточно высоком (от 3,5 и более кратном) перепаде давления между газопроводами высокого давления 3 и низкого давления 4 с невостребованным погашением избытка энергии (см. Промышленное газовое оборудование. Справочник. Саратов: Газовик, 2002. 624 с.).
Для использования энергии движущегося в газопроводах 3 и 4 газов в качестве частичного погасителя избыточного давления применяется вихревая труба, а ее горячий поток – как источник тепла в системе отопления в помещении 19. В технологическом блоке 2 природный газ из газопровода высокого давления 13 направляется в вихревую трубу 12, где в результате термодинамического расслоения разделяется на периферийный с высоким давлением горячий поток с температурой около 100 °C (cм., например, Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применения в промышленности. Куйбышев, 1969. 369с.) и холодный поток с низким давлением с температурой ниже температуры газа, поступающего в вихревую трубу 12.
Горячий поток из выхода 14 вихревой трубы 12, являющийся источником тепла, направляется на вход регулятора расхода 26, расположенного на входе 21 эжектора 22 и соединенного с входом 15 пластичного теплообменника 16. В зависимости от температуры окружающей среды при отрицательных температурах наружного воздуха, регистрируемых датчиком температуры 25 наружного воздуха в блок управления 1 подает команду на полное или частичное поступление через регулятор расхода 26 горячего потока из вихревой трубы 12 на вход 15 пластинчатого теплообменника 16, расположенного на рециркуляционном контуре 17 системы отопления 18 помещения 19 газораспределительной станции. После нагрева воды системы отопления 18 частично остывшие до 40-50 °С поток из выхода 20 пластинчатого теплообменника 16 поступает на вход 21 эжектора 22. При частичной подачи горячего потока из вихревой трубы 12 на вход 15 пластинчатого теплообменника 16, когда отрицательная температура наружного воздуха не требует полной отдачи тепловой энергии на систему отопления 18 помещения 19 от вихревой трубы 12 на вход 21 эжектора поступает горячий поток как от выхода 14, так и от выхода 20 пластинчатого теплообменника 16.
Холодный поток газа с конденсатом, полученным как в процессе охлаждения парообразной влаги при термодинамическом расслоении газа, так и сопутствующим движущемуся газу по газопроводу высокого давления 3, проходит через конденсатоотводчик 8, где происходит отбор конденсата с последующим его самотеком через кран 9 по трубопроводу в емкость сбора конденсата 5. При заполнении емкости сбора конденсата 5 до определенного уровня (например, 0,75 объема) от датчика уровня 10 поступает сигнал в блок управления 1 о необходимости опорожнить емкость сбора конденсата 5. Для опорожнения емкости сбора конденсата 5 закрывается кран 9 и открывается запорный кран 7. Газ, находящийся в емкости сбора конденсата 5, поступает в газопровод низкого давления 4, и тем самым в емкости сбора конденсата 5 давление снижается. Это позволяет перекачивать находящийся в емкости сбора конденсата 5 конденсат в забирающее устройство, например, автоцистерну, перекрывая запорный кран 7 и открывая кран 11.
Очищенный от конденсата в конденсатоотводчике 8 холодный поток газа с давлением более низким, чем давление газа на входе в вихревую трубку 12, поступает в камеру смешивания 24 эжектора 22, где смешивается с горячим и/или частично охлажденным в пластинчатом теплообменнике 16 потоком, имеющим более высокое давление, чем холодный поток. Смешивание с горячим и/или частично охлажденным горячего и холодного потоков перед поступлением из выхода 23 эжектора 22 в газопровод низкого давления 4 обеспечивает получение потока газа с температурой, устраняющей появление инея и тем более возможность обмерзания конденсирующей влаги. Использование эжектора 22 не только позволяет предотвратить потери газа, используемого в качестве источника тепла, но и предотвращает обмерзание при дросселировании.
Оригинальность предлагаемого изобретения по обеспечению взрывобезопасной длительной эксплуатации газораспределительной станции достигается путем устранения появления статического электричества и соответственно, искрообразования во входном патрубке конденсатоотводчика, за счет покрытия эпоксидной эмалью внутренней поверхности входного патрубка конденсатоотводчика.