СПОСОБ ВЫТЕСНЕНИЯ ГАЗА ИЗ ВЫВОДИМОГО В РЕМОНТ УЧАСТКА МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF GAS DISPLACEMENT FROM A SECTION OF GAS PIPELINE THAT IS BEING PUT TO REPAIR AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к области эксплуатации и ремонта действующих магистральных газопроводов и может быть использована для откачки газа из участка действующего газопровода перед выводом его в ремонт.
Известен способ откачки газа из газопровода с использованием стационарных газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции, в котором газ откачивается одновременно из участка, выводимого в ремонт, и из участков газопровода, находящихся между этим участком и компрессорной станцией (RU 2176049, 2001).
Недостаток данного способа заключается в необходимости откачки всего объема газа из участка магистрального газопровода, расположенного между соседними компрессорными станциями, в тех случаях, когда ремонту подлежит участок магистрального газопровода, удаленный от компрессорной станции, что приводит к экономическим потерям. Кроме этого, поскольку полностью откачать газ штатным газоперекачивающим агрегатом не возможно, требуется установка дополнительного низконапорного нагнетателя и соединение его с напорными и всасывающими трубопроводами штатного нагнетателя газоперекачивающего агрегата.
Известен способ опорожнения участка магистрального трубопровода от газа и устройство для его осуществления (RU 2539411, 2015).
Способ опорожнения участка магистрального трубопровода от газа предусматривает его отключение от магистрального трубопровода посредством запорно-отключающих устройств и опорожнение отключенного участка от газа, причем после отключения опорожняемого участка от магистрального трубопровода свечу, имеющуюся на опорожняемом участке магистрального трубопровода, через узел соединения соединяют с заякоренной емкостью, выполненной из эластичного не пропускающего газ материала, опорожнение участка от газа осуществляют путем перекачки газа в емкость, выполненную из эластичного не пропускающего газ материала.
Устройство для опорожнения участка магистрального трубопровода от газа содержит узел приема газа, выполненный в виде принимающей газ емкости, выполненной из эластичного не пропускающего газ материала, а также узел соединения данной емкости со свечей, имеющейся на опорожняемом участке магистрального трубопровода, и якорь для удержания емкости.
Недостатком известных способа и устройства является невозможность полного удаления газа из опорожняемого из участка трубопровода.
Наиболее близким по технической сущности к первому изобретению является способ вытеснения природного газа из участка действующего газопровода, подлежащего ремонту, заключающийся в том, что с обеих сторон ремонтируемого участка перекрывают доступ в него природного газа из действующего газопровода и удаляют находящийся в нем под давлением природный газ путем перекачки его из ремонтируемого участка в параллельно действующий газопровод или ремонтируемый действующий газопровод на участке, находящемся за местом перекрытия в ремонтируемый участок доступа газа, причем в ремонтируемый участок вводят поршни-разделители сред, которые располагают в конце ремонтируемого участка по направлению движения природного газа в газопроводе, и при помощи указанных поршней-разделителей сред, между которыми создают прослойку из инертного газа, осуществляют поджатие газа путем перемещения их в начало ремонтируемого участка для обеспечения полной его перекачки (RU 2261396, 2005).
Наиболее близким по технической сущности ко второму изобретению является система опорожнения и одновременного контролируемого заполнения инертным газом участка нефтепровода, содержащая отсечные задвижки до и после опорожняемого участка нефтепровода, передвижную насосную установку, энергетическую установку для нагнетания инертного газа в опорожняемый участок нефтепровода, например азотную газификационную установку, установленный в начале опорожняемого участка нефтепровода поршень-разделитель сред, выполненный из пяти литых поролоновых поршней с гелевой пробкой-прослойкой, выполняющей роль дополнительного герметизирующего элемента, средства контроля основных параметров, в частности давления в нефтепроводе, производительности передвижной насосной установки, скорости движения и местоположения в нефтепроводе поршня-разделителя сред, устройство дозированной подачи жидкого или газообразного одоранта, подключенное к энергетической установке для нагнетания инертного газа в опорожняемый участок нефтепровода (RU 131123, 2013).
Недостатком известных технических решений является необходимость подсоединения к ремонтируемому участку дополнительных трубопроводов и мобильных компрессорных установок для перекачки газа в параллельный действующий трубопровод или в следующий за ремонтируемым участок газопровода. Кроме этого, необходима установка по производству, сжатию и закачки в пространство между поршнями инертного газа с давлением, близким к рабочему давлению транспортируемого газа 50-70 атм. Процесс закачки инертного газа в зону между поршнями требует дополнительного оборудования.
Технической проблемой, на решение которой направлены предлагаемые изобретения, является упрощение технологии вытеснения газа из выводимого в ремонт участка газопровода, сохранение экологии окружающей среды, а также снижение затрат и сроков производства работ по выводу газопровода в ремонт.
Указанная техническая проблема в способе вытеснения газа из выводимого в ремонт участка магистрального газопровода, решается тем, что в действующий магистральный газопровод через камеру запуска запассовывают поршень-герметизатор и давлением транспортируемого газа перемещают его по газопроводу за линейный кран в начало выводимого в ремонт участка, после чего последний перекрывают и осуществляют вытеснение транспортируемого газа посредством перемещения поршня-герметизатора под действием воздуха, нагнетаемого мобильной воздушной компрессорной установкой, с величиной давления, обеспечивающей минимально допустимое значение расхода транспортируемого газа на входе в газоперекачивающий агрегат компрессорной станции, расположенный за пределами выводимого в ремонт участка, при этом в процессе вытеснения транспортируемого газа осуществляют контроль перепада давления между полостью поршня-герметизатора и зоной выводимого в ремонт участка с вытесняемым транспортируемым газом, и при достижении максимально допустимого значения перепада давления производят отвод воздуха из полости поршня-герметизатора сред в зону выводимого в ремонт участка, заполненную воздухом, нагнетаемым мобильной воздушной компрессорной установкой.
Указанная техническая проблема в системе вытеснения газа из выводимого в ремонт участка магистрального газопровода, решается тем, что она содержит установленные на концах выводимого в ремонт участка магистрального газопровода линейные краны и установленные за пределами упомянутого участка камеры запуска и приема очистных и диагностических устройств, газоперекачивающий агрегат компрессорной станции, мобильную воздушную компрессорную установку с задвижкой для подачи воздуха в полость выводимого в ремонт участка магистрального газопровода, установленную в начале упомянутого участка, и задвижку для сброса воздуха, размещенную в его конце, поршень-герметизатор, размещенный в полости выводимого в ремонт участка магистрального газопровода, выполненный в виде установленных на штанге с зазором относительно внутренней поверхности выводимого в ремонт участка газопровода двух торцевых опорных манжет, между которыми последовательно установлены, по меньшей мере, две герметизирующие манжеты, причем между передней торцевой опорной манжетой и соседней герметизирующей манжетой размещен управляемый насос с патрубком всасывания воздуха из полости, образованной герметизирующими манжетами поршня-герметизатора и патрубком отвода воздуха в зону выводимого в ремонт участка магистрального газопровода, заполненную воздухом, нагнетаемым мобильной воздушной компрессорной установкой, а в полости, образованной смежными герметизирующими манжетами, и в полости выводимого в ремонт участка газопровода, заполненной транспортируемым газом, размещены датчики давления, подключенные к блоку управления работой насоса.
Достигаемый технический результат заключается в минимизации потерь газа, а также предотвращении возможности образования взрывоопасной газовоздушной смеси и исключении попадания в транспортируемый газ посторонних примесей.
При этом при реализации предлагаемой технологии вытеснения (откачки) газа из выводимого в ремонт участка газопровода с использованием предлагаемого устройства используется штатный газоперекачивающий агрегат и сокращается объем привлекаемого дополнительного оборудования.
Сущность предлагаемых изобретений поясняется чертежами, где фиг. 1 показана общая принципиальная схема предлагаемой системы, на фиг. 2 - приведена конструкция поршня герметизатора.
Система вытеснения газа из выводимого в ремонт участка магистрального газопровода 1 содержит установленные на концах выводимого в ремонт участка 2 магистрального газопровода линейные краны 3, 4, размещенный в полости выводимого в ремонт участка 2 поршень-герметизатор 5, установленные за пределами упомянутого участка камеру запуска 6 очистных и диагностических устройств и камеру для приема 7 очистных и диагностирующих устройств, установленные в начале выводимого в ремонт участка 2 мобильную воздушную компрессорную установку 8 с задвижкой 9 для подачи воздуха в полость выводимого в ремонт участка 2 и задвижку 10 для сброса воздуха, размещенную в конце выводимого в ремонт участка 2 и газоперекачивающий агрегат 11 компрессорной станции.
Поршень-герметизатор 5, выполнен в виде установленных с зазором относительно внутренней поверхности выводимого в ремонт участка 2 двух торцевых опорных манжет 12, 13, между которыми последовательно установлены, по меньшей мере, две герметизирующие манжеты 14, 15. Опорные и герметизирующие манжеты установлены на штанге 16.
Количество герметизирующих манжет выбирают в зависимости от качества внутренней поверхности выводимого в ремонт участка магистрального газопровода 1 и отклонениями его от заданных геометрических параметров.
Между передней торцевой опорной манжетой 12 и соседней герметизирующей манжетой 14 размещен управляемый насос 17 с патрубком всасывания воздуха 18 из полости, образованной герметизирующими манжетами 14 и 15 и патрубком отвода воздуха 19 в зону выводимого в ремонт участка 2, заполненную воздухом, нагнетаемым мобильной воздушной компрессорной установкой 8. В полости, образованной смежными герметизирующими манжетами 14 и 15, и в полости выводимого в ремонт участка газопровода 2, заполненной газом, размещены подключенные к блоку управления 20 работой насоса 17 датчики давления 21 и 22.
Сущность предлагаемого способа поясняется на примере описания работы предлагаемой системы.
Для освобождения от транспортируемого газа (вытеснения газа), выводимого в ремонт участка 2 действующего магистрального газопровода 1, через ближайшую к выводимому в ремонт участку 2 камеру запуска очистных и диагностических устройств 6, запассовывают поршень-герметизатор 5 и сдвигают (перемещают) его потоком транспортируемого газа через открытый линейный (магистральный) кран 3 в начало выводимого в ремонт участка 2 магистрального газопровода 1, после чего перекрывают линейный (магистральный) кран 3. Включают управляемый насос 17, открывают задвижку 9 для подачи воздуха в выводимый в ремонт участок 2 и включают мобильную воздушную компрессорную установку 8 и давлением воздуха, нагнетаемого в выводимый в ремонт участок 2 магистрального газопровода 1, перемещают поршень-герметизатор 5 по выводимому в ремонт участку 2, обеспечивая требуемый подпор откачиваемого газа на входе в газоперекачивающий агрегат 11 компрессорной станции.
Режим работы газоперекачивающего агрегата 11 в составе компрессорной станции, с целью минимизации возможности возникновения в его нагнетателе помпажных режимов, должен удовлетворять следующему условию: приведенный объемный расход природного газа на входе в газоперекачивающий агрегат 11 Q_вх, для найденного режима его работы, должен превышать значение минимального приведенного объемного расхода природного газа на его входе, соответствующего левой границе его приведенных характеристик, не менее чем на 10%. То есть, перемещение поршня-герметизатора 5 под действием воздуха, нагнетаемого мобильной воздушной компрессорной установкой 8, должно осуществляться с величиной давления, обеспечивающей минимально допустимое значение расхода на входе в газоперекачивающий агрегат 11 компрессорной станции.
Данное условие обеспечивается подачей мобильной воздушной компрессорной установкой 8 (одной или несколькими) воздуха в выводимый в ремонт участок 2 магистрального газопровода 1 в зону между линейным краном 3 и поршнем-герметизатором 5, для создания постоянного подпора поршнем-герметизатором 5 откачиваемого газа на входе в газоперекачивающий агрегат 11, что обеспечивает требуемое Q_вх газоперекачивающего агрегата 11.
При условии соблюдения вышеуказанного условия будет создан требуемый перепад давлений между нагнетаемым воздухом и газом. По данным компании «ROSEN» и ДОАО «Оргэнергогаз» для движения поршня в трубопроводе необходим минимальный перепад давлений равный 0,15 бар (0,015 МПа). Скорость движения поршня-герметизатора 5 зависит от производительности газоперекачивающего агрегата 11 в составе компрессорной станции, откачивающего газ из выводимого в ремонт участка 2 газопровода 1, и производительности мобильной воздушной компрессорной установки 8, закачивающей воздух в выводимый в ремонт участок 2 газопровода 1. Оптимальной считается скорость движения поршня в диапазоне (0,42…1,5) м/с.
Откачка газа производится до момента пока поршень-герметизатор 5 не пройдет линейный (магистральный) кран 4 в конце выводимого в ремонт участка 2 газопровода 1, после чего линейный кран 4 перекрывают. Закрывают задвижку 9 для подачи воздуха в выводимый в ремонт участок 2 газопровода 1, отключают управляемый насос 17 и мобильную воздушную компрессорную установку 8. Таким образом, вся полость выводимого в ремонт участка 2 магистрального газопровода 1 освобождена от газа и заполнена воздухом под давлением. Открывают задвижку 10 и стравливают воздух из полости выводимого в ремонт участка 2 газопровода 1 в атмосферу.
При движении поршня-герметизатора 5, блок управления 20 включает и выключает управляемый насос 17, который перекачивает через патрубки 18 и 19 воздух, прошедший по зазору между стенкой выводимого в ремонт участка 2 и манжетами 12 и 14 в пространство между манжетами 14 и 15, назад в зону выводимого в ремонт участка 2 магистрального газопровода 1 заполненную воздухом, нагнетаемым мобильной воздушной компрессорной установкой 8. Таким образом, обеспечивается минимальный перепад давления между зоной, ограниченной герметизирующими манжетами 14 и 15 и зоной заполненной газом, откачиваемым из выводимого в ремонт участка 2 магистрального газопровода 1, что, в свою очередь, обеспечивает отсутствие перетекания воздуха через зазор между стенкой газопровода и герметизирующей манжетой 15 в зону, заполненную откачиваемым газом, и исключает образование взрывоопасной газо-воздушной смеси внутри выводимого в ремонт участка 2 магистрального газопровода 1. После выполнения ремонтных работ выводимый в ремонт участок 2 магистрального газопровода 1 заполняется газом, открывается линейный кран 4 и давлением транспортируемого газа поршень-герметизатор 5 перемещается по магистральному газопроводу 1 и удаляется через камеру для приема очистных и диагностирующих устройств 7 для дальнейшего использования на других участках газопровода.
Основными условиями надежного и безопасного применения предлагаемого способа является обеспечение устойчивой работы газоперекачивающего агрегата 11, осуществляющего откачку газа из выводимого в ремонт участка 2 газопровода 1 и предотвращение образования взрывоопасной газо-воздушной смеси внутри выводимого в ремонт участка 2 магистрального газопровода 1.
Конструкция поршня-герметизатора 5 исключает попадание воздуха, нагнетаемого мобильной воздушной компрессорной установкой 8 в выводимый в ремонт участок 2 магистрального газопровода 1, в зону заполненную газом, что необходимо для предотвращения образования взрывоопасной смеси (содержание метана в воздухе от 5,35% до 14,9%). В момент завершения движения поршня-герметизатора 5 по ремонтируемому участку концентрация метана впереди поршня-герметизатора 5 должна быть не ниже верхнего значения.
По сигналам блока управления 20 работой насоса, сравнивающего показания датчиков давления 21 и 22, включается управляемый насос 17, откачивающий воздух, поступивший через зазоры между манжетами 12 и 14 и стенками выводимого в ремонт участка 2 магистрального газопровода 1 в зону между манжетами 14 и 15 для поддержания минимального перепада давления с зоной заполненной газом, что исключает попадание воздуха в эту зону и образование пожаро-взрывоопасной смеси.
Предлагаемый способ позволяет полностью освободить участок газопровода, выводимый в ремонт от транспортируемого газа исключив потери газа и обеспечить защиту окружающей среды.