АВТОМАТИЧЕСКИЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ПУНКТ
AUTOMATIC INTELLIGENT GAS-DISTRIBUTING POINT

Изобретение относится к технике распределения природного газа по трубопроводам, а именно к устройствам редуцирования газа, и может быть использовано для снабжения населенных пунктов, промышленных объектов и отдельных потребителей природным газом от магистральных газопроводов.
Известна полезная модель, содержащая газоредуцирующее устройство с входным и выходным трубопроводами, датчики давления, загазованности и открытия дверей, контроллер сотовой связи, блок установки превышения технологических пределов, солнечная батарея, адаптер и аккумулятор (Патент RU на полезную модель 116199 U1, кл. F17D 1/04, опубл. 20.05.2012).
Недостатком полезной модели является зависимость функционирования устройства от погодных условий при использовании солнечных батарей и отсутствии подогрева газа, что снижает надежность газоснабжения.
Известно устройство для распределения газа содержащее отсечную, запорную арматуру, технологический фильтр, блок редуцирования, установленный на входном коллекторе высокого давления, включающий несколько ступеней редуцирования с последовательным расположением регуляторов давления (Патент RU 2088838 С1, кл. F17D 1/04, опубл. 27.08.1997).
Данное устройство также не обеспечено узлом подогрева газа, что снижает надежность газоснабжения и независимость функционирования устройства от погодных условий.
Известно устройство содержащее закрепленные на общей раме блоки редуцирования и подогревателя газа в металлических шкафах, разделенных воздушным промежутком и соединенных герметичными воздуховодами, прикрепленными одним концом к металлическому плоскому коробу, блок редуцирования содержит параллельно включенные редуцирующие линии, каждая из которых имеет фильтр, два последовательно установленные регулятора давления, элементы защиты от превышения давления и сбросной клапан, подогреватель газа содержит теплообменник подогрева газа с газовой горелкой и дополнительный теплообменник, выполненный в виде металлического плоского короба, расположенного вдоль боковой стенки шкафа подогревателя газа (Патент RU на полезную модель 68648 U1, кл. F17D 1/05, опубл. 27.11.2007).
Недостаток устройства состоит в отсутствии передачи технологических параметров для принятия оперативных мер по обеспечению надежного газоснабжения и зависимости функционирования устройства от погодных условий, что снижает надежность работы устройства.
Наиболее близким к заявляемому устройству является автоматический газоредуцирующий пункт, содержащий блоки редуцирования и подогревателя газа, разделенных воздушным промежутком и соединенных герметичными воздуховодами, блок редуцирования содержит параллельно включенные редуцирующие линии, каждая из которых имеет фильтр, два последовательно установленные регулятора давления, элементы защиты от превышения давления и сбросной клапан, подогреватель газа содержит теплообменник подогрева газа с газовой горелкой и дополнительный теплообменник, выполненный в виде плоского короба, расположенного вдоль боковой стенки шкафа подогревателя газа, в шкафу блока подогревателя газа установлен термоэлектрический преобразователь, прикрепленный к дымовой трубе камеры сгорания, выход которого через первый блок стабилизации подключен к источнику автономного питания со встроенным аккумулятором резервного питания, в шкафу блока редуцирования дополнительно установлены последовательно соединенные фильтр, регулятор подачи газа, детандер с встроенным электрогенератором и второй блок стабилизации, подключенный к источнику автономного питания, управляющий вход регулятора подачи газа подключен к датчику давления в сети низкого давления, датчик температуры газа в сети низкого давления подключен к регулятору подачи газа на газовую горелку камеры сгорания, идентификатор доступа соединен с датчиками взлома и контроллером, выход контроллера подключен к блоку передачи информации, встроенный датчик перепада давлений входного фильтра (Патент RU на изобретение 2613772, кл. F17D 1/05, опубл. 21.03.2017).
Недостаток устройства состоит в отсутствии мониторинга и интеллектуальной обработки потока данных технологических параметров работы автоматического интеллектуального газораспределительного пункта в реальном времени для диагностики его работы и оценки возможности появления нештатных и аварийных ситуаций.
Задача изобретения состоит в расширении функциональных возможностей устройства посредством мониторинга и интеллектуальной обработки потока данных технологических параметров для диагностики и оценки возможности появления нештатных и аварийных ситуаций в работе автоматического интеллектуального газораспределительного пункта в реальном времени.
Техническим результатом является повышение надежности работы устройства посредством оценки возможности появления нештатных и аварийных ситуаций в работе автоматического интеллектуального газораспределительного пункта в реальном времени для принятия оперативных мер по предупреждению аварийных ситуаций и обеспечению надежного газоснабжения.
Для достижения технического результата в автоматический интеллектуальный газораспределительный пункт, содержащий блоки редуцирования и подогревателя газа, разделенных воздушным промежутком и соединенных герметичными воздуховодами, блок редуцирования содержит параллельно включенные редуцирующие линии, каждая из которых имеет фильтр, два последовательно установленные регулятора давления, элементы защиты от превышения давления и сбросной клапан, подогреватель газа содержит теплообменник подогрева газа с газовой горелкой и дополнительный теплообменник, выполненный в виде плоского короба, расположенного вдоль боковой стенки шкафа подогревателя газа, в шкафу блока подогревателя газа установлен термоэлектрический преобразователь, прикрепленный к дымовой трубе камеры сгорания, выход которого через первый блок стабилизации подключен к источнику автономного питания со встроенным аккумулятором резервного питания, в шкафу блока редуцирования дополнительно установлены последовательно соединенные фильтр, регулятор подачи газа, детандер с встроенным электрогенератором и второй блок стабилизации, подключенный к источнику автономного питания, управляющий вход регулятора подачи газа подключен к датчику давления в сети низкого давления, датчик температуры газа в сети низкого давления подключен к регулятору подачи газа на газовую горелку камеры сгорания, идентификатор доступа соединен с датчиками взлома и контроллером, выход контроллера подключен к блоку передачи информации, встроенный датчик перепада давлений входного фильтра, дополнительно введены датчик давления в сети высокого давления, датчик температуры газа в сети высокого давления, блок памяти текущих переменных, блок памяти коэффициентов настроек сети, первый, второй, третий, четвертый и пятый настраиваемые блоки первого уровня, первый и второй настраиваемые блоки второго уровня, настраиваемый блок третьего уровня, причем выход датчика температуры газа в сети низкого давления соединен с входами блока памяти текущих переменных и первого настраиваемого блока первого уровня, выход датчика температуры газа в сети высокого давления, установленного на магистрали высокого давления, соединен с входами блока памяти текущих переменных и второго настраиваемого блока первого уровня, выход датчика давления в сети высокого давления, установленного на магистрали высокого давления, соединен с входами блока памяти текущих переменных и третьего настраиваемого блока первого уровня, выход встроенного датчика перепада давлений входного фильтра соединен с входами блока памяти текущих переменных и четвертого настраиваемого блока первого уровня, выход датчика давления в сети низкого давления соединен с входами блока памяти текущих переменных и пятого настраиваемого блока первого уровня, входы настроек первого, второго, третьего, четвертого и пятого настраиваемых блоков первого уровня соединены с выходами блока памяти коэффициентов настроек сети, выходы первого и второго настраиваемых блоков первого уровня соединены с первым и вторым входами первого настраиваемого блока второго уровня соответственно, выходы третьего, четвертого и пятого настраиваемых блоков первого уровня соединены с первым, вторым и третьим входами второго настраиваемого блока второго уровня соответственно, входы настроек первого и второго настраиваемых блоков второго уровня соединены с выходами блока памяти коэффициентов настроек сети, выходы первого и второго настраиваемых блоков второго уровня соединены с первым и вторым входами настраиваемого блока третьего уровня соответственно, вход настроек настраиваемого блока третьего уровня соединен с выход блока памяти коэффициентов настроек сети, выход настраиваемого блока третьего уровня соединен с входом контроллера, таймер соединен с входом контроллера, блок памяти текущих переменных соединен с входом контроллера, выход контроллера соединен с блоком памяти коэффициентов настроек сети.
На фигуре 1 представлена структурная схема автоматического интеллектуального газораспределительного пункта.
Автоматический интеллектуальный газораспределительный пункт состоит из шкафов редуцирования 1 и подогревателя газа 2, закрепленных на общей раме 3 и отделенных друг от друга воздушным промежутком для обеспечения безопасности. В шкафу блока редуцирования расположены две параллельные рабочие линии одинаковые по производительности и линия детандера. Каждая линия имеет фильтры 4, два последовательно установленных редуктора 5 давления и регулятора 6 давления газа. Между фильтром и редуктором расположен отсекатель 7, соединенный через дроссель 11 с выходом регулятора давления 6. Между регуляторами давления подключен предохранительный клапан 8. На выходе редуцирующих линий установлен сбросной клапан 9 для отвода в атмосферу излишнего количества газа через свечу 10.
В шкафу подогревателя газа 2 расположены камера сгорания 12 с газовой горелкой 13 и два теплообменника - теплообменник для подогрева газа 14 и теплообменник для подогрева воздуха 15. Камера сгорания 12 представляет собой прямоугольную замкнутую полость с дымовой трубой 16, выведенной из металлического шкафа. В камере сгорания 12 расположена газовая горелка 13. Для регулирования подачи газа и контроля пламени к газовой горелке 13 подключен электромагнитный клапан 17.
Теплообменник для подогрева газа 14 представляет собой отрезок трубопровода, расположенного вдоль одной из стенок металлического шкафа, а также вокруг дымовой трубы 16 камеры сгорания 12. Дополнительный теплообменник для нагрева воздуха 15 представляет собой плоский металлический короб в виде параллелепипеда. Этот теплообменник установлен между боковой стенкой шкафа подогревателя газа 2 и камерой сгорания 12.
Шкафы подогревателя газа 2 и блока редуцирования 1 соединены двумя воздуховодами 18. Один конец воздуховодов 18 герметично приварен к плоскому коробу дополнительного теплообменника 15 и выведен через отверстия в боковой стенке шкафа подогревателя газа. Другой конец воздуховодов 18 через отверстия в боковой стенке выведен в шкаф блока редуцирования 1.
На входе подогревателя газа установлен кран 19 и входной фильтр 20 со встроенным датчиком перепада давлений для подачи редуцируемого газа в теплообменник 14.
На трубопроводах редуцирующих линий установлены краны и вентили для подключения линии и отдельных ее элементов, а также обслуживания этих линий.
В шкафу подогревателя газа 2 установлен термоэлектрический преобразователь 21, прикрепленный к дымовой трубе 16 камеры сгорания 12. Выход термоэлектрического преобразователя 21 через первый блок стабилизации 22 подключен к источнику автономного питания 23 со встроенным аккумулятором резервного питания.
Линия детандера представляет собой соединенные последовательно фильтр 4, регулятор подачи газа 24, детандер с встроенным электрогенератором 25 и второй блок стабилизации 26, подключенный к источнику автономного питания 23 со встроенным аккумулятором резервного питания. Управляющий вход регулятора подачи газа 24 подключен к датчику давления 27 в сети низкого давления.
Датчик температуры газа 28 в сети низкого давления газа подключен к регулятору подачи газа 29 на газовую горелку 13 камеры сгорания 12.
Идентификатор доступа 30 соединен с датчиками взлома 31 и контроллером 32, выход которого подключен к блоку передачи информации 33, который через антенну 34 передает информацию о работе автоматического редуцирующего пункта на диспетчерский пункт газораспределительной организации.
Выход датчика температуры газа 28 в сети низкого давления соединен с входами блока памяти текущих переменных 35 и первого настраиваемого блока первого уровня 36, выход датчика температуры газа в сети высокого давления 37, установленного на магистрали высокого давления, соединен с входами блока памяти текущих переменных 35 и второго настраиваемого блока первого уровня 38.
Выход датчика давления в сети высокого давления 39, установленного на магистрали высокого давления, соединен с входами блока памяти текущих переменных 35 и третьего настраиваемого блока первого уровня 40, выход встроенного датчика перепада давлений входного фильтра 20 соединен с входами блока памяти текущих переменных 35 и четвертого настраиваемого блока первого уровня 41, выход датчика давления 27 в сети низкого давления соединен с входами блока памяти текущих переменных 35 и пятого настраиваемого блока первого уровня 42.
Входы настроек первого 36, второго 38, третьего 40, четвертого 41 и пятого 42 настраиваемых блоков первого уровня соединены с выходами блока памяти коэффициентов настроек 43 сети.
Выходы первого 36 и второго 38 настраиваемых блоков первого уровня соединены с первым и вторым входами первого настраиваемого блока второго уровня 44 соответственно. Выходы третьего 40, четвертого 41 и пятого 42 настраиваемых блоков первого уровня соединены с первым, вторым и третьим входами второго настраиваемого блока второго уровня 45 соответственно. Входы настроек первого 44 и второго 45 настраиваемых блоков второго уровня соединены с выходами блока памяти коэффициентов настроек 43 сети.
Выходы первого 44 и второго 45 настраиваемых блоков второго уровня соединены с первым и вторым входами настраиваемого блока третьего уровня 46 соответственно. Вход настроек настраиваемого блока третьего уровня 46 соединен с выходом блока памяти коэффициентов настроек 43 сети.
Выход настраиваемого блока третьего уровня 46 соединен с входом контроллера 32.
Таймер 47 соединен с входом контроллера 32. Блок памяти текущих переменных 35 соединен с входом контроллера 32. Выход контроллера 32 соединен с блоком памяти коэффициентов настроек 43 сети.
Устройство работает следующим образом.
Газ высокого давления по трубопроводу подают в подогреватель газа 2, где осуществляется общий подогрев редуцируемого газа с целью исключения гидратообразования. Кран 19 на входе устройства открыт и газ через входной фильтр 20 со встроенным датчиком перепада давлений поступает в теплообменник 14, где происходит нагрев газа посредством газовой горелки 13, расположенной в камере сгорания 12. Питание газовой горелки 13 в камере сгорания 12 производится через электромагнитный клапан 17 и регулятор подачи газа 29, который изменяет величину расхода газа в зависимости от температуры газа в сети низкого давления, измеряемой датчиком температуры газа 28.
Продукты сгорания через дымовую трубу 16 выводятся в атмосферу. Нагретый газ поступает на вход редуцирующих линий, причем редуцирование осуществляют одной линией, при этом вторая линия находится в резерве. Редуцирующая линия осуществляет снижение давления газа до заданного уровня. В фильтре 4 газ подвергается очистке от механических примесей, проходит через отсекатель 7 и поступает к редуктору 5, где давление снижается до 6 кг/см. Далее газ поступает к регулятору 6, снижающему давление до заданного значения.
После регулятора давления 6 газ проходит в выходной трубопровод и поступает потребителю. Элементы защиты от превышения давления срабатывают при увеличении давления на отдельных участках редуцирующих линий. Отсекатель 7 контролирует давление газа на выходе редуцирующих линий через дроссель 11. При увеличении давления на выходе выше допустимого предела отсекатель 7 срабатывает и перекрывает проход газа в редуцирующую линию. Предохранительный клапан 8 контролирует давление газа на выходе редуктора 5. При увеличении давления выше допустимого предохранительный клапан 8 сбрасывает газ в импульсную линию отсекателя 7, который срабатывает и перекрывает поступление газа в неисправную редуцирующую линию. Сбросной клапан 9 срабатывает при превышении выходного давления газа и сбрасывает излишнее количество газа через свечу 10 в атмосферу при неисправной редуцирующей линии в случае отказа отсекателя 7, а также утечки газа при отключении редуцирующей линии.
Обогрев шкафа блока редуцирования 1 осуществляют от дополнительного теплообменника 15, расположенного в шкафу подогревателя газа 2. В металлическом коробе за счет высокой температуры в шкафу подогревателя газа 2 происходит нагрев воздуха, поступающего по воздуховоду 18 в шкаф блока редуцирования 1. Холодный воздух из шкафа блока редуцирования 1 также по воздуховоду поступает в металлический короб дополнительного теплообменника 15, где нагревается. Таким образом, происходит воздухообмен охлажденного и нагретого воздуха в шкафу блока редуцирования и подогревателя газа, нагревая воздух в шкафу блока редуцирования до необходимого значения. При этом не возможно попадание газа при утечке из блока редуцирования 1 в камеру сгорания подогревателя газа 2, содержащую газовую горелку, что исключает взрывоопасную ситуацию.
Избыточное тепло в подогревателе газа 2 посредством термоэлектрического преобразователя 21 преобразуется в электрическое напряжение. Величина полученного напряжения стабилизируется на требуемом значении с помощью первого блока стабилизации 22. Полученное таким образом электрическое напряжение заряжает источник автономного питания 23 со встроенным аккумулятором резервного питания.
В качестве резервного питания используется избыточное давление газа, подаваемого через фильтр 4 и регулятор подачи газа 24 на детандер с встроенным электрогенератором 25. Полученное электрическое напряжение стабилизируется вторым блоком стабилизации 26 и используется для заряда источника автономного питания 23 со встроенным аккумулятором резервного питания. Величина давления газа в сети низкого давления измеряется датчиком давления 27, который через регулятор подачи газа 24 управляет потоком газа через детандер с встроенным электрогенератором 25.
Для контроля санкционированного доступа к устройству применяется идентификатор доступа 30, представляющий собой считыватель электронной карты, в случае несанкционированного доступа к устройству срабатывают датчики взлома 31.
Контроллер 32 обеспечивает сбор сигналов от идентификатора доступа 30 и датчиков взлома 31. Эти сигналы через блок передачи информации 33 с антенной 34 передаются на диспетчерский пункт газораспределительной организации для принятия оперативных мер по обеспечению безопасности.
В процессе работы устройства сигналы от датчиков давления 27 и температуры газа 28 в сети низкого давления газа, датчиков температуры газа 37 и давления в сети высокого давления 39, датчика перепада давлений входного фильтра 20 поступают в блок памяти текущих переменных 35 с регулируемым интервалом от 1 секунды и более, в результате в блоке памяти текущих переменных 35 накапливаются временные ряды основных технологических параметров работы устройства.
По сигналу от таймера 47 контроллер 32 с регулируемым интервалом от 1 часа и более считывает накопленные временные ряды основных технологических параметров работы устройства из блока памяти текущих переменных 35 и через блок передачи информации 33 с антенной 34 передает в диспетчерский пункт газораспределительной организации (на фигуре не показан). Полученные временные ряды основных технологических параметров добавляются соответственно к временным рядам параметров, полученных ранее, и обрабатываются на сервере диспетчерского пункта с построением нейронной сети технологических параметров автоматического интеллектуального газораспределительного пункта.
Параметры построенной нейронной сети передаются от сервера диспетчерского пункта на контроллер 32 автоматического интеллектуального газораспределительного пункта через блок передачи информации 33 с антенной 34 и записываются в блок памяти коэффициентов настроек 43 сети. Эти коэффициенты предназначены для настроек элементов уровней нейронной сети.
Первый уровень сети составляют первый 36, второй 38, третий 40, четвертый 41 и пятый 42 настраиваемые блоки первого уровня.
На вход первого 36 настраиваемого блока первого уровня поступает сигнал с датчика температуры 28 в сети низкого давления газа. На вход настройки первого 36 настраиваемого блока первого уровня поступает сигнал настройки от блока памяти коэффициентов настроек 43 сети. При отклонении соответствующего технологического параметра работы устройства на выходе первого 36 настраиваемого блока первого уровня формируется сигнал, информирующий о наступлении момента отклонения данного параметра от работы в штатном режиме.
На вход второго 38 настраиваемого блока первого уровня поступает сигнал с датчика температуры газа 37 в сети высокого давления. На вход настройки второго 38 настраиваемого блока первого уровня поступает сигнал настройки от блока памяти коэффициентов настроек 43 сети. При отклонении соответствующего технологического параметра на выходе второго 38 настраиваемого блока первого уровня формируется сигнал, информирующий о наступлении момента отклонения данного параметра от работы в штатном режиме.
На вход третьего 40 настраиваемого блока первого уровня поступает сигнал с датчика давления газа 39 в сети высокого давления, а на вход настройки сигнал настройки от блока памяти коэффициентов настроек 43 сети. При отклонении соответствующего технологического параметра на выходе третьего 40 настраиваемого блока первого уровня формируется сигнал, информирующий о наступлении момента отклонения данного параметра от работы в штатном режиме.
На вход четвертого 41 настраиваемого блока первого уровня поступает сигнал с датчика перепада давлений входного фильтра 20, а на вход настройки сигнал настройки от блока памяти коэффициентов настроек 43 сети. При отклонении данного технологического параметра на выходе четвертого 41 настраиваемого блока первого уровня формируется сигнал, информирующий о наступлении момента отклонения данного параметра от работы в штатном режиме.
На вход пятого 42 настраиваемого блока первого уровня поступает сигнал с датчика давления 27, а на вход настройки сигнал настройки от блока памяти коэффициентов настроек 43 сети. При отклонении данного технологического параметра на выходе пятого 42 настраиваемого блока первого уровня формируется сигнал, информирующий о наступлении момента отклонения данного параметра от работы в штатном режиме.
Сигналы, информирующие о наступлении моментов отклонения технологических параметров от работы в штатном режиме, выработанные первым 36 и вторым 38 настраиваемыми блоками первого уровня, поступают на информационные входы первого настраиваемого блока второго уровня 44, на вход настройки которого поступает сигнал настройки от блока памяти коэффициентов настроек 43, а на его выходе формируется сигнал, информирующий о наступлении моментов отклонения технологических параметров от штатного режима работы устройства.
Сигналы, информирующие о наступлении моментов отклонения технологических параметров от работы в штатном режиме, выработанные третьим 40, четвертым 41 и пятым 42 настраиваемыми блоками первого уровня, поступают на информационные входы второго настраиваемого блока второго уровня 45, на вход настройки которого поступает сигнал настройки от блока памяти коэффициентов настроек 43, а на его выходе формируется сигнал, информирующий о наступлении моментов отклонения технологических параметров от штатного режима работы устройства.
Сигналы, информирующие о наступлении моментов отклонения технологических параметров от работы в штатном режиме, выработанные первым 44 и вторым 45 настраиваемыми блоками второго уровня, поступают на информационные входы настраиваемого блока третьего уровня 46, на вход настройки которого поступает сигнал настройки от блока памяти коэффициентов настроек 43, а на его выходе формируется сигнал, информирующий о наступлении моментов отклонения технологических параметров от штатного режима работы устройства.
Сигнал, информирующий о наступлении моментов отклонения одного или нескольких технологических параметров в их совокупности от штатного режима работы устройства, поступает на контроллер 32. Контроллер 32 вырабатывает сигнал предупреждения о нарушении штатного режима работы устройства, формирует сигнал считывания записанных временных рядов основных технологических параметров в блоке памяти текущих переменных 35 и посредством блока передачи информации 33 с антенной 34 передает в информацию о нарушении штатного режима работы устройства в диспетчерский пункт газораспределительной организации для принятия оперативных решений по предупреждению возможного развития аварийных ситуаций.
Такое техническое решение обеспечивает повышение надежности работы устройства посредством оценки возможности появления нештатных и аварийных ситуаций в работе автоматического интеллектуального газораспределительного пункта в реальном времени на основе мониторинга и интеллектуальной обработки потока данных технологических параметров при работе устройства для принятия оперативных мер по предупреждению аварийных ситуаций и обеспечению надежного газоснабжения.