УСТРОЙСТВО ОТБОРА ПРОБЫ ГАЗА ПРОТОЧНОЕ НОРМАЛИЗУЮЩЕЕ

Полезная модель относится к устройствам, применяемым в системе магистрального транспорта газа, а также предприятиях добычи и переработки газа и может быть применено для отбора газа из магистрального трубопровода диаметром от 200 мм до 1440 мм при давлении до 12 МПа, его нормализации до температуры в точке отбора и подаче в измерительную камеру к средству измерения таких технологических параметров как содержание влаги, давление, температура, молекулярная плотность и др.
Устройство представляет собой конструкцию, изготовленную из металла, имеющее габариты, позволяющие производить отбор газа из срединной области (вторая треть по поперечному сечению) сечения газопроводов указанных диаметров, и подавать его в измерительную камеру по импульсной трубке. Во время прохождения газа по импульсной трубке, газ восстанавливает начальную температуру в точке отбора за счет теплового обмена со стенкой импульсной трубки, при этом конструкция устройства подобна тепловому насосу и обеспечивает теплообмен трубки с окружающей средой.
На сегодняшний день науке известны следующие технические решения, сводная информация о которых приведена в таблице 1:
1. Известно устройство для отбора проб жидкости и газа и приспособление к нему [RU 63 441 U1]. Полезная модель относится к отбору проб пластовой жидкости и газа при бурении нефтяных и газовых скважин. Устройство представляет собой цилиндрический корпус со средоразделителем в виде поршня внутри и с присоединенными с обоих концов крышками, причем непосредственно на каждой крышке расположено по одному игольчатому вентилю. Приспособление для ПЖУ, включает тройник, вентиль высокого давления и соединительные элементы.
Недостаток известного решения заключается в:
- принципе отбора пробы порцией, т.е. после забора пробы до ее высвобождения повторно устройство использовать невозможно;
- невозможности производить отбор из срединной части трубопровода;
- необходимость применения дополнительных жидкостей для контроля объема отбираемой пробы.
2. Известно устройство для отбора проб газа или конденсата [RU 82 332 U]. Полезная модель относится к устройствам для отбора проб газа или конденсата (пробоотборным устройствам) и может быть использована в нефтяной и газовой промышленности при отборе проб газа или конденсата с частой периодичностью или при одновременном отборе нескольких проб.
Недостаток известного решения заключается в:
- принципе отбора пробы порцией, т.е. после забора пробы до ее высвобождения повторно устройство использовать невозможно;
- невозможности производить отбор из срединной части трубопровода;
- необходимости применения датчиков температуры, давления и контроллера для обеспечения работы устройства;
- наличие электромагнитных клапанов в составе устройства, усложняющих конструкцию и эксплуатацию, а также требующих внешнего электрического питания и коммутационной аппаратуры;
- потребность в принудительном термостатировании капсул газом.
3. Также известно устройство для отбора пробы газов [патент №2158421 кл. G 01N 1/22, 1999 г.] для контроля чистоты воздуха низкого давления, содержащее зонд, пробоотборную трубку, коническую камеру и анализатор пробы.
Недостатком этого пробоотборного устройства является невозможность применения на рабочих давлениях магистральных газопроводов до 12 МПа (устройство применимо на низких давлениях до 0,1 МПа); возможность наддува воздуха в коническую камеру через открытую ее часть в случае возникновения сильных ветровых потоков в атмосфере и нарушение стационарности течения газовой среды, что приводит к резкому снижению изокинетичности пробоотбора и его представительности. Кроме того, частицы пыли могут через коническую камеру засасываться в пробоотборный патрубок и попадать в измерительную камеру анализатора.
4. Также известно устройство для отбора проб газов [патент RU 60724 U1 от 26.09.2006], содержащее зонд, отборную трубку, запорный элемент, коническую камеру с установленным в ней с возможностью перемещения пробозаборным патрубком, и анализатор, соединенный с пробозаборным патрубком. Устройство относится к технике пробоотбора и контроля содержания механических примесей в воздухе и газовых средах и может быть использовано для мониторинга чистоты газов, транспортируемых по магистральным трубопроводам потребителю, в ракетно-космической, газовой, атомной, химической и в других отраслях промышленности.
Недостатком указанного изобретения является, невозможность применения для взрывопожароопасных газов, а также при рабочих давлениях магистральных газопроводов (до 12 МПа), отсутствие измерительной камеры для монтажа средств измерения.
5. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является схема прямого непрерывного отбора проб с применением редуктора давления [ГОСТ 31370-2008 Межгосударственный стандарт. Газ природный. Руководство по отбору проб]. Схема предназначена для прямого непрерывного отбора проб, в том числе из среды природного газа.
В состав указанной схемы входят клапан сброса давления, обогреваемая камера, электронагреватель, термоизоляция, компрессор, шаровой вентиль, пламегаситель, индикатор температуры, ротаметр, аналитический блок, сигнализатор взрывоопасных концентраций, фильтр пыли, редуктор с регулятором давления и запорная арматура.
Минусами приведённой выше схемы является большое количество элементов необходимых для обеспечения ее работы, сложность конструкции и процедуры обслуживания и наличие сопутствующих затрат на обогрев импульсных линий, редуктора, запорной арматуры и другого оборудования; необходимость проведения отборов в лабораторном помещении.
Технической задачей и положительным результатом заявляемого изобретения является разработка нового устройства отбора пробы природного газа проточного типа (фиг. 1), для применения на магистральных газопроводах и технологических установках компрессорных и газоизмерительных станций, других объектах магистрального газопровода с давлением транспортируемой среды до 12 МПа, максимально простой конструкции и не нуждающееся в дополнительном обеспечении техническими средствами для очистки и подогрева отбираемой пробы газа.
Технический результат достигается за счет конструктивного исполнения устройства (фиг. 1) в виде теплового насоса, предназначенного для монтажа непосредственно в трубопровод путем установки на фланец. Установка в трубопровод производиться путем зажима монтажной пластины (фиг. 2, сн. 5) между двумя фланцами. Принцип действия устройства следующий:
- проба, под действием давления в трубопроводе, поступает через редуцирующий дроссель (фиг. 2, сн. 1) в импульсную трубку (фиг. 2, сн. 2; фиг. 5, сн. 2), сообщающуюся с измерительной камерой (фиг. 2, сн. 6), находящейся под атмосферным давлением;
- проходя по импульсной трубке редуцированный (до давления близкого к атмосферному) и охлажденный газ восстанавливает свою температуру до температуры в точке отбора;
- восстановленный до исходной температуры газ с давлением, близким к атмосферному, поступает в измерительную камеру (фиг. 3), куда подключается через резьбовое соединение (фиг. 3, сн. 12) средство измерения влажности, температуры или другой физической величины;
- газ проходит через отверстия в камере (фиг. 3, сн. 13, сн. 14) поточно, и по импульсной трубке стравливается в атмосферу или в поглотительную линию (фиг. 5, сн. 8);
Восстановление температуры газа обеспечивается за счет внутренней поверхности импульсной трубки (фиг. 2, сн. 2) и наружной поверхности теплообменных гребней (фиг. 2, сн. 3; фиг. 6, сн. 11)
Для подключения дросселя применяется внутренняя резьба в импульсной трубке. Для защиты дросселя от засорения место установки (фиг. 2, сн. 1) оснащается дополнительными юбками, отводящими механические частицы в стороны - по потоку движения газа.
Импульсная трубка по всей длине имеет двухсторонний сварной шов с теплообменными гребнями. Трубка в плоскости гребня уложена таким образом, чтобы при образовании конденсата на отключенном устройстве он мог стечь в нижнюю точку. Дроссель вкручивается в трубку под углом к горизонту для обеспечения слива конденсата из нижней точки.
Длина импульсной трубки и наружная площадь теплообменных гребней подобрана таким образом, чтобы обеспечивать восстановление температуры редуцированного газа до исходной при перепаде давления на дросселе до 12 МПа (относительно близкого к атмосферному во внутренней полости импульсной трубки). Для обеспечения возможности переключения между импульсными трубками, а также обеспечения возможности отключения измерительной камеры от технологического процесса предусматриваются трехходовой (фиг. 5, сн. 9) и игольчатый краны (фиг. 5, сн. 10).
Измерительная камера имеет двух ступенчатую проточку сверху, с внутренней резьбой (фиг. 3, сн. 12) для подключения приборов и оборудования, и две проточки в стенках: выше (фиг. 3, сн. 13) - вход пробы, ниже (фиг. 3, сн. 14) - выход пробы. Расположение выхода пробы у дна камеры позволяет выдувать конденсат из измерительной камеры при его образовании. Измерительная камера может крепиться на монтажной пластине как путем сварки, так и путем резьбового соединения или постановкой в паз.
Для повышения механических свойств устройства теплообменный гребень усилен ребрами жесткости (фиг. 6, сн. 15). Стыки деталей устройства выполнены сваркой. Монтаж устройства в трубопровод производиться на фланец путем зажатия монтажной пластины устройства между двумя фланцами стыком типа шип (со стороны обоих фланцев) - паз (с обеих сторон монтажной пластины). Для монтажа устройства в трубопроводы диаметра менее 1440 мм монтажный фланец устанавливается на катушку трубопровода ДУ 200, длина которой подобрана таким образом, чтобы дроссели находились во второй трети потока (фиг. 4). Для обеспечения термостабилизации наружных импульсных трубок за счет теплоты газопровода предусматривается теплоизоляционный чехол (фиг. 4, сн. 16).
Устройство изготавливается из нержавеющей стали.
Положительный результат полезной модели заключается в создании устройства отбора пробы проточного типа для применения на магистральных газопроводах давлением до 12 МПа (в том числе на компрессорных и газоизмерительных станциях), обеспечивающее редуцирование газа до давления близкого к атмосферному и нормализацию его параметров без дополнительных внешних приспособлений и устройств, а также не требующее монтажа дополнительного оборудования на площадке или в шкафу.
Список источников:
1. Устройство для отбора проб жидкости и газа и приспособление к нему патент RU 63441 U1.
2. Устройство для отбора проб газа или конденсата патент RU 82332 U.
3. Устройство для отбора пробы газов патент №2158421 кл. G 01N 1/22, 1999 г.
4. Устройство для отбора проб газов патент RU 60724 U1 от 26.09.2006 г.
5. Схема прямого непрерывного отбора проб с применением редуктора давления - ГОСТ 31370-2008 Межгосударственный стандарт. Газ природный. Руководство по отбору проб.