СПОСОБ ОСУШЕНИЯ ПОЛОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MACHINERY CAVITY DRYING AND COMPLEX FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к технологии осушки магистральных газопроводов (МГ) и компрессорных станций (КС).
Известно, что после гидроиспытаний в полостях МГ и КС остается вода. Большую часть этой воды удаляют механическим способом, например выдавливанием при помощи поршней. Проблема в том, что после прохода поршней вода остается на стенках труб МГ и КС в виде тонкой пленки толщиной около 0.3 мм. Простой расчет показывает, что масса воды в этой пленке достигает одной тонны на один километр магистральной трубы. Такими объемами воды нельзя пренебрегать. Вода из МГ и КС должна быть удалена полностью (см., например, Рекомендации по испытанию, осушке и заполнению продуктом продуктопровода Р 597-86, М., «ВНИИСТ», 1986).
Известен способ осушки, при котором просасывают наружный воздух через предварительно вакуумированную трубу, при этом трубу нагревают до температуры кипения воды (см. а.с. СССР №909505). К недостаткам данного способа следует отнести огромные затраты энергии, требуемой для нагревания труб МГ и КС.
Известен способ сушки полых изделий путем создания вакуума в полости изделия при помощи вакуумного насоса, имеющего систему маслосмазывания с охлаждающим радиатором (см. патент РФ №2015465 - прототип для способа). К недостаткам прототипа следует отнести то, что удаляемая из полости изделия влага конденсируется в системе маслосмазывания вакуумного насоса, что приводит к ухудшению качества смазки, снижает производительность, вызывает коррозию деталей насоса.
Технической задачей является повышение производительности и надежности оборудования для осушки МГ и КС.
Технический результат достигается тем, что в способе осушения полости оборудования, содержащей остаточную влагу, при котором указанную полость вакуумируют с помощью вакуумного насоса, имеющего систему маслосмазывания, до закипания воды при температуре указанной полости, после чего образующиеся в полости пары воды откачивают указанным насосом, температуру масла в системе маслосмазывания указанного насоса поддерживают выше температуры кипения воды при нормальном атмосферном давлении.
В предлагаемом способе температуру масла в системе маслосмазывания указанного насоса поддерживают выше 100°C.
В предлагаемом способе вакуумированную полость дополнительно продувают нейтральным газом, который предварительно осушают путем пропускания через гигроскопическую пористую среду.
В предлагаемом способе указанный нейтральный газ пропускают через цеолит или силикагель.
В предлагаемом способе в качестве нейтрального газа могут использовать атмосферный воздух, который предварительно пропускают через молекулярную мембрану для понижения доли кислорода в воздухе до взрывобезопасной величины.
Известно также устройство для осушки полости оборудования по патенту РФ №2198361 - прототип для комплекса. Указанное устройство содержит золотниковый вакуумный насос с системой маслосмазывания, оборудованной охлаждающим радиатором, арматуру для подсоединения указанного насоса к осушаемой полости, приборы и датчики для измерения в полости давления, температуры и остаточной влажности.
К недостаткам прототипа следует отнести то, что в золотниковом насосе откачиваемый водяной пар, попадая из вакуумированной полости в систему маслосмазывания, имеющую при обычной температуре нормальное атмосферное давление, конденсируется в масле, образуя масловодяную смесь. При этом резко ухудшается качество смазки, детали насоса подвергаются коррозии, производительность насоса падает. Кроме того, золотниковый насос, имеющий значительную массу и габариты, является источником сильной вибрации. Поэтому систему вакуумирования МГ и КС на базе золотникового насоса принято монтировать на специальном бетонном фундаменте, что приводит к дополнительным расходам материалов.
Технической задачей является повышение производительности и надежности комплекса при экономии материалов и энергии.
Технический результат достигается тем, что в комплексе для осушения полости оборудования, содержащем вакуумный насос, арматуру для сообщения осушаемой полости с вакуумным насосом и окружающей средой, приборы для измерения параметров осушки, вакуумный насос оборудован системой маслосмазывания, имеющей рабочую температуру выше температуры кипения воды при нормальном атмосферном давлении.
В комплексе указанный насос выполнен в виде вакуумного шиберного насоса. Комплекс может быть оборудован системой продувки полости нейтральным газом, снабженной осушителем газа в виде емкости, содержащей пористое гигроскопическое вещество: цеолит или силикагель. Для продувки полости атмосферным воздухом система продувки может быть дополнительно оборудована молекулярной мембраной для снижения содержания кислорода в продувочном воздухе до взрывобезопасной величины.
Комплекс может включать набор радиодатчиков остаточной влажности или остаточного давления для размещения в застойных зонах осушаемой полости.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема комплекса для осушки МГ, имеющего застойные зоны. В примере конкретного исполнения рассмотрен способ осушки МГ на участке 1 МГ (далее - труба 1) между задвижками 2. Труба 1 имеет две застойные зоны 3.
Комплекс содержит два шиберных маслосмазываемых вакуумных насоса 4. Каждый насос 4 имеет маслорасширительный бак 5, оборудованный выпускным вентилем 6. Насосы 4 питаются от дизель-генераторной установки 7. Агрегаты комплекса размещены на полуприцепе 8. Насосы 4 соединены с трубой 1 при помощи вакуумных труб 9. Система продувки 10 включает клапан, дроссель, средства контроля остаточной влажности и другие приборы и датчики (не показано). Система 10 может быть оборудована молекулярной мембраной 11. На входе системы 10 имеется осушитель газа 12, содержащий цеолит или силикагель. Осушитель 12 оборудован впускным вентилем (не показан). Внутри застойных зон 3 дополнительно установлены радио датчики 13 остаточной влажности или остаточного давления (для простоты показано по одному радио датчику 13).
Все измерительные приборы подключены к цифровому коммутатору, установленному в отсеке оператора, устроенном на полуприцепе 8. Коммутатор имеет информационное табло и выход для ноутбука. Программное обеспечение ноутбука обеспечивает отображение на его дисплее параметров среды внутри осушаемой полости и процесса осушки в режиме реального времени. Для связи с радио датчиками 13 имеется радиостанция, которая также подключена к коммутатору (не показано).
Предлагаемый способ осуществляют при помощи комплекса в следующем порядке. После удаления из МГ основной массы воды, например, механическим способом на стенках трубы 1 остается водяная пленка. Для завершения осушки к трубе 1 подключают известным способом вакуумные трубы 9, например привариванием к врезанным в МГ технологическим трубам (не показано). Затем включают вакуумные насосы 4, которые начинают откачивать воздух из трубы 1. Постепенно, в течение нескольких часов, давление внутри трубы 1 падает. При понижении давления понижается температура (далее - точка) кипения воды. Когда точка кипения воды достигает температуры стенки трубы, вода в пленке закипает и полость трубы заполняется водяным паром. В этот момент давление на участке 1 стабилизируется, так как откачиваемый воздух восполняется парами воды из кипящей пленки. После этого насосы 4 начинают откачивать водяной пар.
Откачанный пар попадает в систему маслосмазывания в шиберном насосе 4. Высокая рабочая температура масла в вакуумном шиберном насосе (выше 100 градусов по Цельсию) не позволяет пару конденсироваться в масле. Перегретый пар сразу попадает в расширительный бак 5 и через вентиль 6 выпускается в окружающую атмосферу. Данная особенность позволяет вакуумному шиберному насосу сохранять нормальное качество смазки в течение всей работы по осушке. При этом детали насоса 4 не подвергаются коррозии, так как пар сразу удаляется в атмосферу.
Для ускорения осушки подключают, если позволяет состояние окружающей среды, систему продувки 10. Если работает только один насос 4, то подключают систему 10, соединенную с застойной зоной, которая наиболее удалена от места врезки работающего насоса. После открытия соответствующего вентиля из системы 10 в трубу 1 вдувается, за счет разрежения, создаваемого насосом 4, нейтральный газ. В общем случае это может быть атмосферный воздух, пропущенный через осушитель 12 и молекулярную мембрану 11, которая пропускает молекулы азота, но задерживает молекулы кислорода. Подачу продувочного газа регулируют при помощи дросселя в системе 10 так, чтобы суммарное давление газа и паров воды внутри трубы 1 не повышало бы точку кипения воды до температуры трубы. В противном случае испарение водяной пленки может замедлиться, что нежелательно. Сухой продувочный газ (атмосферный азот с небольшой примесью кислорода) легко уносит пары воды, ускоряя процесс осушки. При этом повышается эффективность работы насосов 4, так как они работают на меньшем перепаде давления и потребляют меньше электроэнергии. Процесс осушки контролируют по изменению давления внутри участка 1. Если давление не падает, значит, пленка продолжает кипеть.
После полного испарения водяной пленки давление внутри трубы 1 начинает падать, так как больше нет источника пара. Согласно показаниям датчика давления, сигнализирующего об исчезновении водяной пленки, систему продувки 10 перекрывают, но откачку газа продолжают до тех пор, пока давление внутри трубы 1 не упадет до остаточной величины, характеризующей предел возможности вакуумного насоса (в конкретном случае это 0,5 мбар). Согласно правилам, насосы 4 не выключают еще в течение 3-4 часов при периодическом контроле давления. Если давление внутри трубы 1 стабильно равно величине 0,5 мбар, то это значит, что водяная пленка удалена полностью.
По завершении осушения трубу 1 заполняют нейтральным сухим газом до атмосферного давления. В качестве нейтрального газа можно использовать тот же атмосферный воздух, пропущенный через осушитель и молекулярную мембрану. По предложению заказчика (компании по транспортировке природного газа) осушенный участок МГ можно заполнить регазифицированным природным газом, полученным в атмосферном регазификаторе (не показан). В этом случае готовность участка 1 к работе можно продемонстрировать более наглядно, отбирая из трубы 1 пробы природного газа и проверяя их на влажность. Оборудование КС осушают аналогичным способом после перевозки описанного выше комплекса, смонтированного на полуприцепе, при помощи автомобильного тягача на территорию КС.
3
Согласно описанной выше схеме заявителем был изготовлен образец комплекса, включающий два шиберных насоса мощностью по 75 кВт каждый, имеющие производительность 2700 м/ч. Насосы и дизель-генераторная установка были размещены на полуприцепе типа 9334-0000010-01. На платформе полуприцепа также устроен аппаратурный отсек с рабочим местом оператора. Полуприцеп с оборудованием был доставлен автотягачом на участок МГ с отводом к ГРС города Богданович (Свердловская область). Здесь были проведены натурные испытания комплекса для осушки МГ и КС. Испытания показали высокую эффективность предлагаемых технических решений. Участок газопровода длиной около 20 км был осушен менее чем за 250 часов. Для сравнения: с применением технологии по ближайшему аналогу для осушки аналогичного участка МГ потребовалось почти 740 часов.
Предлагаемая к патентованию технология имеет ряд преимуществ по сравнению с прототипом. Предлагаемый комплекс компактен, мобилен, имеет меньший вес, потребляет меньше энергии, с ним удобнее работать. Предлагаемый способ почти в три раза эффективнее известного способа. По результатам испытаний принято решение использовать образец предлагаемого комплекса по прямому назначению.
Неочевидным в предлагаемом решении является то, что водяной пар, полученный испарением воды путем понижения давления при температуре окружающей среды (которая может быть и ниже нуля), откачивают в окружающую среду с нормальным давлением, не позволяя пару конденсироваться путем поддержания в насосе температуры выше точки парообразования при нормальном давлении. В этом случае пары воды удаляются сразу, не смешиваясь со смазкой, не контактируя с деталями насоса. При этом для системы маслосмазывания не требуется дополнительного охлаждения, что также является неочевидным техническим эффектом.
Описанное выше техническое решение, отвечающее, на наш взгляд, критериям новизны, неочевидности и промышленной применимости, предлагается к правовой защите патентом на изобретение.