СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОДОРИЗАЦИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА
AUTOMATIC ODORISATION SYSTEM OF NATURAL GAS

Изобретение относится к способам пропорционального дозирования, в частности к одоризации природных газов, и может быть использовано в газовой, нефтяной и других отраслях промышленности.
Известен способ автоматической одоризации природного газа (см. патент РФ №2364840 от 27.06.2007 г.опубликован в Б.И. №23 20.08.2009 г.), в котором реализована система, содержащая емкость для хранения одоранта, рабочую емкость, расходную емкость, соединенные между собой трубопроводами. Высокое давление в рабочую емкость подается через эжектор, который имеет три штуцера: высокого давления, низкого давления и разрежения. Штуцер высокого давления подключен к входному трубопроводу ГРС (газораспределительная станция), штуцер низкого давления подключен к выходному трубопроводу ГРС, а штуцер разрежения к рабочей емкости. Расходная емкость представляет собой камеру с поплавковым клапаном, который при максимально допустимом уровне одоранта в камере перекрывает подачу одоранта из рабочей емкости. Газовая подушка над одорантом в расходной емкости соединена с выходным трубопроводом ГРС. Донная часть расходной емкости соединена с трубопроводом, через который одорант через дозатор поступает в выходной трубопровод 10. На трубопроводе, соединяющем рабочую и расходную емкости, установлен обратный клапан, исключающий сообщение емкостей в процессе дозаправки рабочей емкости. На трубопроводе, соединяющем рабочую емкость и емкость хранения одоранта, установлен обратный клапан, исключающий перетекание одоранта из рабочей емкости в емкость хранения в процессе расходования одоранта из рабочей емкости. Имеется система наддува емкости хранения одоранта. Для наддува используется инертный газ из баллона или газ из входного трубопровода ГРС. Давление наддува поддерживается баллонным газовым редуктором, настроенным на давление не более 0,06 МПа. Управление подачей газа осуществляется нормально закрытыми электроклапанами. Их включение и выключение производится одновременно по сигналам от датчиков уровней, расположенных на рабочей емкости.
Вышеуказанная система является наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе и поэтому выбрана в качестве прототипа.
Недостатками вышеуказанной системы являются ее большие габариты, использование высокого давления для наддува рабочей емкости и отсутствие возможности использования одной системы одоризации для обслуживания выходных трубопроводов с разным давлением.
Решаемой технической задачей является создание системы автоматической одоризации природного газа с расширенными функциональными возможностями и меньшими габаритами.
Достигаемым техническим результатом является полная автоматизация процесса одоризации природного газа на основе использования перепада давлений между входным и выходными газопроводами ГРС.
Для достижения технического результата в системе автоматической одоризации природного газа, содержащей рабочую емкость и емкость для хранения одоранта, сообщающиеся между собой трубопроводом, систему наддува емкости для хранения одоранта, включающую в себя соединенные между собой трубопроводом редуктор давления и электромагнитный клапан, систему отсоса паров одоранта из емкостей, состоящую из эжектора, систему дозирования одоранта, включающую дозатор, причем все системы, рабочая емкость и емкость для хранения одоранта соединены между собой трубопроводами, новым является то, что в систему дозирования одоранта дополнительно введены не менее одного электромагнитного клапана и дозатора, соединенные между собой трубопроводами, причем дозатор размещен в рабочей емкости с одорантом, при этом система наддува емкости для хранения одоранта соединена трубопроводом с системой отсоса паров одоранта из емкостей через электромагнитный клапан, который установлен перед редуктором в магистрали высокого давления, а дозатор выполнен в виде мерного цилиндра, на боковой поверхности которого выполнены два ряда радиальных сквозных отверстий на заданном расстоянии друг от друга, ниже и выше которых установлены обратные клапаны, внутри мерного цилиндра и соосно ему установлен затвор с возможностью перемещения совместно с обратными клапанами.
Новая совокупность существенных признаков позволяет полностью автоматизировать процесс одоризации природного газа на основе использования перепада давлений между входным и выходными газопроводами ГРС.
Заявляемая система представлена на фиг.1. На фиг.2 представлена конструкция дозатора.
Система автоматической одоризации природного газа (АСОГ), содержит емкость для хранения одоранта 1, рабочую емкость 2, соединенные между собой трубопроводом 19, систему наддува емкости для хранения одоранта, включающую в себя соединенные между собой трубопроводом 16 редуктор давления 6 и электромагнитный клапан 3, систему отсоса паров одоранта из емкостей 1 и 2, состоящую из эжектора 7, систему дозирования одоранта, состоящую из дозаторов 14, 15, электромагнитных клапанов 4, 5, причем все системы соединены между собой трубопроводами. Дозаторы установлены в рабочей емкости 2, заполненной одорантом.
АСОГ условно можно разделить на три независимые подсистемы:
- подсистема заправки рабочей емкости 2 одорантом из емкости хранения одоранта 1, объединяющая систему наддува емкости для хранения одоранта 1 и систему отсоса паров одоранта из рабочей емкости 2;
- подсистема дозирования;
- блок управления.
Подсистема заправки состоит из электромагнитного клапана 3, вентилей 12, 13, редуктора 6, эжектора 7, крана трехходового 9, мановакууметра 8, датчика уровня 10.
Подсистема дозирования состоит из клапанов электромагнитных 4 и 5, дозаторов 14 и 15. Каждый дозатор работает на свой выходной трубопровод. Давления в выходных трубопроводах могут быть разными, количество трубопроводов не ограничено (на схеме условно показаны два выходных трубопровода 17, 18).
Блок управления АСОГ (на схеме не показан) собирает информацию с датчиков уровня одоранта 10, 11, систем измерения расхода газа, установленной на каждый выходной трубопровод (на схеме не показаны), осуществляет управление АСОГ.
Перед включением АСОГ в работу необходимо настроить эжектор 7 и редуктор 6.
До подачи высокого давления на АСОГ необходимо редуктор 6 разгрузить полностью, вентили 12, 13 закрыть, кран трехходовой 9 перевести в положение "Рабочая емкость". После выполнения этих операций, необходимо подать высокое давление на АСОГ. Затем, удерживая электромагнитный клапан 3 рукой в открытом положении и плавно открывая вентиль 13, добиться максимального разряжения в рабочей емкости, контролируя процесс по мановакууметру 8. Это положение вентиля 13 необходимо зафиксировать. Удерживая электромагнитный клапан 3 в открытом состоянии, полностью открыть вентиль 12, плавно нагрузить редуктор 6 до получения необходимого давления для наддува емкости хранения одоранта.
В дозаторах настраиваются верхние обратные клапаны 24 на максимальное выходное давление ГРС для исключения открытия верхних обратных клапанов 24 дозаторов, работающих на выходные трубопроводы с более низким давлением.
Заправка рабочей емкости одорантом производится после открытия электромагнитного клапана 3 по команде блока управления, сформированной по сигналу «min» от датчика уровня 10.
После открытого электромагнитного клапана 3 поток газа высокого давления разделяется на два направления: через отрегулированный по описанной выше методике вентиль 13 к эжектору 7 и через открытый вентиль 12 к настроенному редуктору 6. Далее основной поток газа через эжектор 7 вливается в выходной трубопровод ГРС, имеющий минимальное выходное давление. Такое подключение эжектора, во-первых, исключает открытие в дозаторах обратных клапанов 24 на магистралях с низким выходным давлением, что произойдет, если эжектор подключить к выходной магистрали с высоким давлением, во-вторых, оптимизирует работу эжектора при низком входном давлении ГРС. При движении газа по эжектору 7 в боковом ответвлении создается разряжение, которое через кран трехходовой 9, находящийся в положении "Рабочая емкость", передается в рабочую емкость 2.
Второй поток газа высокого давления через открытый вентиль 12 доходит до редуктора 6, давление на котором снижается до величины настройки редуктора 6 и по трубопроводу поступает в емкость 1 в полость над одорантом, создавая в ней избыточное давление. В результате одорант под действием перепада давлений, созданного наддувом в емкости хранения одоранта 1 и разряжением в рабочей емкости 2, перетекает в рабочую емкость по трубопроводу 19. Этот процесс продолжается до закрытия электромагнитного клапана 3 по команде блока управления, сформированной по сигналу «max» от датчика уровня 10.
При открытии электромагнитного клапана 3 процесс заполнения рабочей емкости 2 одорантом из емкости хранения одоранта 1 повторится.
Система дозирования выполнена по принципу двух сообщающихся сосудов: рабочая емкость 2 и мерный сосуд 20. Мерный сосуд 20 выполнен в виде полого цилиндра, вертикально расположенного в рабочей емкости, ниже минимальной отметки уровня одоранта в рабочей емкости 2.
На боковой поверхности мерного сосуда 20 имеются два ряда сквозных отверстий 21, 22, разнесенные по вертикали на определенное расстояние друг от друга, обеспечивающие сообщение внутренней полости мерного сосуда 20 с внутренним объемом рабочей емкости 2. Ниже и выше отверстий установлены обратные клапаны 23, 24. Внутри мерного цилиндра в промежутке между нижним 23 и верхним 24 обратными клапанами установлен цилиндрический затвор 25. Затвор 25 имеет возможность перемещаться по внутренней цилиндрической поверхности мерного сосуда 20 в промежутке между нижним 23 и верхним 24 обратными клапанами.
На торцевой поверхности затвора 25 выполнены несколько сквозных отверстий 26, концентрически расположенные с наружной поверхностью затвора. В нижней части затвора 25 на боковой поверхности, напротив отверстий 21 имеется кольцевая проточка 27. Ширина проточки равна диаметру отверстия 21. Глубина проточки выполнена до окружности, проходящей через центры отверстий 26. Проточка 27 объединяет отверстия 26 и создает в затворе 25 внутреннюю полость.
Затвор под действием собственного веса всегда находится в нижней части мерной емкости и упирается своим нижним торцом в нижний обратный клапан 23, удерживая его в закрытом положении. Верхний торец затвора выполнен «ступенчатым».
Нижняя «ступенька» находится на нижнем уровне радиальных отверстий 22, а верхняя «ступенька» с минимальным, регулируемым в процессе изготовления дозатора зазором (зазор гарантирует закрытое положение верхнего обратного клапана 24) упирается в верхний обратный клапан 24.
Верхний торец затвора 25 (нижняя «ступенька») находится ниже отверстий 22, что обеспечивает возможность свободной циркуляции одоранта из рабочей емкости 2 в мерный сосуд 20 через отверстия 21, проточку 27, отверстия 26 и 22, заполняя внутреннюю полость затвора 25 и оставшийся свободный объем мерного сосуда 20 между нижним и верхним обратными клапанами 23 и 24 одорантом.
Объем, заполненный одорантом внутри мерного сосуда 20, выбран таким образом, что в нем может находиться разовая доза одоранта.
К дозаторам 14 и 15 с наружной стороны нижних обратных клапанов 23 подводится высокое давление ГРС через электромагнитные клапаны 4 и 5, а к выходам верхних обратных клапанов 24 подводятся трубопроводы от выходных магистралей ГРС. После открытия электромагнитного клапана 4 или 5 (или 4 и 5 одновременно) газ высокого давления попадает в дозатор, давит на нижний обратный клапан 23 и приподнимает его вместе с затвором 25, при этом затвор своей боковой поверхностью одновременно перекрывает отверстия 21, 22, прерывая связь мерной емкости 25 с рабочей емкостью 2, локализуя одорант, находящийся внутри мерной емкости, и выбрав зазор, верхним торцом давит на верхний обратный клапан 24, приподнимает его и одорант, изолированный в мерной емкости, под действием потока газа высокого давления через открывшийся верхний обратный клапан 23 выбрасывается в распыленном виде в выходную магистраль ГРС, соединенную со сработавшим дозатором. Процесс выдачи дозы одоранта происходит в импульсном режиме, по типу выстрела из пневморужья.
Поскольку давление на входе ГРС всегда значительно больше давления в выходных трубопроводах ГРС, а выходные трубопроводы изолированы от рабочей емкости верхними обратными клапанами 24 в дозаторах, то нет необходимости выравнивания давления в рабочей емкости с давлением в выходном трубопроводе, поэтому один одоризатор может обслуживать несколько выходов ГРС с разными выходными давлениями при условии обязательного подключения выхода эжектора к магистрали с минимальным давлением ГРС.
После закрытия клапана 4 (или 5) под действием собственного веса затвор 25 опускается вниз, закрывает нижний 23 и верхний 24 обратные клапаны, открывает сообщение мерной емкости с рабочей емкостью. Мерная емкость опять заполняется одорантом.
После открытия электромагнитных клапанов 4, 5 (или вместе) процесс повторяется заново.
АСОГ может работать в трех режимах:
- автоматический;
- ручной;
- заправка одорантом емкости для хранения одоранта.
Автоматический режим является основным режимом работы АСОГ. В автоматический режим переводится АСОГ с настроенными по описанной ранее методике системами наддува и отсоса паров одоранта. Для перевода в автоматический режим необходимо убедиться, что трехходовой кран 9 находится в положении "Рабочая емкость". Дальнейшее управление процессом одоризации осуществляет блок управления, который получает информацию от расходомеров, установленных на выходных трубопроводах ГРС и от датчика уровня одоранта 10 по описанной ранее схеме.
Процесс поддержания уровня одоранта в рабочей емкости в пределах "min" - "max" является автономным и не влияет на процесс дозирования, поэтому эти процессы могут идти параллельно, не мешая друг другу.
Дозирование осуществляется по командам блока управления на электромагнитные клапаны 4 и 5, вырабатываемые на основании данных от системы измерения расхода газа. Принцип работы дозаторов описан ранее.
Ручное управление является аварийным на случай отсутствия напряжения на ГРС или выхода из строя блока управления АСОГ и осуществляется с помощью капельниц. На схеме капельницы не показаны.
В процессе заполнения емкости хранения одоранта одорантом АСОГ осуществляет отсос паров одоранта из емкости хранения одоранта в выходной трубопровод ГРС. Поскольку процесс заполнения емкости хранения одоранта занимает значительное время, а процесс одоризации прекращать нельзя, необходимо предварительно заполнить рабочую емкость одорантом до уровня "max" вручную или по команде с блока управления. Затем произвести следующие переключения: вентиль 12 закрыть, кран трехходовой 9 перевести в положение "емкость хранения одоранта". Подсоединить автоцистерну с одорантом к заправочному патрубкуемкости хранения одоранта. С блока управления подать команду "Заполнение емкости хранения одоранта". При этом откроется электромагнитный клапан 3 и начнется процесс вакуумирования емкости хранения одоранта. Затем следует открыть заправочные краны на автоцистерне и емкости хранения одоранта, создать в автоцистерне необходимое по техпроцессу давление наддува. Процесс заполнения емкости контролировать по датчику уровня на емкости хранения одоранта или с блока управления. Процесс заправки емкости хранения одоранта не оказывает влияния на одоризацию газа до тех пор, пока уровень одоранта в рабочей емкости не понизится до отметки "min". Если это произойдет, то надо прекратить заполнение емкости хранения одоранта и дозаправить рабочую емкость до уровня "max". После заправки емкости хранения одоранта одорантом краны на АСОГ вернуть в положение, соответствующее автоматическому управлению, а блок управления перевести в режим "Автоматическое управление".