Способ откачки газа из отключенного участка газопровода и мобильная установка для осуществления этого способа
METHOD OF GAS PUMPING OUT FROM GAS MAIN SHUT-OFF SECTION AND MOBILE PLANT FOR IMPLEMENTATION OF THIS METHOD

Группа изобретений относится к ремонту магистральных или распределительных газопроводов или газопроводов-отводов, при котором предусмотрено опорожнение газа из отключенного участка, его накопление и хранение при проведении ремонтных работ.
Известен способ откачки газа из отключенного участка магистрального газопровода (МГ) в его действующий участок и система для его осуществления, в котором в действующий участок МГ перекачивают весь газ, содержащийся в его отключенном участке, с помощью двухступенчатого мобильного гидроприводного компрессора и дополнительной мобильной воздухоразделительной установки с азотным компрессором. На первом этапе давление газа в отключенном участке снижают за счет его откачки двухступенчатым мобильным гидроприводным компрессором до давления в 1 МПа, на втором этапе во входную часть отключенного участка подают азот, сжатый до 1,1-1,15 МПа, затем сжимают атмосферный воздух и подают при давлении 1,2 МПа во входную часть отключенного участка МГ. Двумя газовыми поршнями - азотным и воздушным, вытесняют газ, содержащийся в отключенном участке, после чего оставшийся воздух, содержащийся в отключенном участке, стравливают в атмосферу.
Система для откачки газа из отключенного участка МГ в действующий участок МГ включает отключенный участок магистрального газопровода, его действующий участок, мобильную установку откачки газа с гидроприводным компрессором и охладителем газа, всасывающий трубопровод, напорный газопровод, причем вход гидроприводного компрессора соединен всасывающим трубопроводом с отключенным участком МГ, а его выход связан напорным газопроводом с действующим участком МГ, при этом на его отключенном участке, на всасывающем трубопроводе и на напорном газопроводе установлены запорные органы, гидроприводной компрессор выполнен двухступенчатым, система дополнительно снабжена мобильной воздухоразделительной установкой с воздухоразделительным элементом и азотным компрессором, соединительным газопроводом с запорным органом, запорными органами воздухоразделительной установки, датчиками азота, при этом вход двухступенчатого гидроприводного компрессора связан соединительным газопроводом через запорный орган с выходной частью отключенного участка МГ, вход воздухоразделительного элемента дополнительной мобильной воздухоразделительной установки связан по воздуху с атмосферой, ее выход через запорный орган связан с входом азотного компрессора, соединенного также через запорный орган с атмосферой, выход азотного компрессора связан через запорный орган и соединительный газопровод с входной частью отключенного участка МГ, датчики азота установлены на всасывающем трубопроводе и соединительном газопроводе и связаны импульсными линиями с газоанализаторами (патент № RU 2583203, МПК F17D 1/065, F04D 25/02, опубл. 10.05.2016).
Известное техническое решение не является мобильным в целом (мобильной является только установка откачки газа с гидроприводным компрессором, охладителем газа воздухоразделительной установки) и не обеспечивает накопление, хранение откаченного газа.
Известно устройство для опорожнения участка магистрального трубопровода от газа, содержащее узел приема газа, выполненный в виде принимающей газ емкости, выполненной из эластичного, непропускающего газ материала, а устройство также содержит узел соединения данной емкости со свечой, имеющейся на опорожняемом участке магистрального трубопровода, и якорь для удержания емкости (патент № RU 2539411, МПК F17D 1/00, F17B 1/26, опубл. 20.01.2015).
Известное устройство не является надежным для накопления и перевозки и не обеспечивает передачу газа конечным или промежуточным потребителям, а используется только для приема газа из отключенного участка газопровода.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является группа изобретений на способ откачки газа из отключенного участка магистрального газопровода (МГ) и мобильная компрессорная станция для откачки газа из отключенного участка МГ. Способ откачки газа из отключенного участка МГ заключается в том, что отключенный участок МГ соединяют с действующим участком МГ и выполняют перекачку газа в действующий участок МГ, отключенный участок МГ соединяют с действующим участком МГ через дополнительные трубопроводы, через запорную арматуру и модули компрессорных агрегатов в количестве более одного, определяемом требуемым заданным давлением в отключенном участке МГ. Перекачку газа в действующий участок МГ производят через продувочные свечи, имеющиеся на отключенном и действующем участках МГ, до требуемого заданного значения давления в отключенном участке МГ. Перекачку газа в действующий участок МГ производят в следующей последовательности: первоначально первым модулем компрессорного агрегата, соединенным с отключенным и действующим участками МГ через дополнительные трубопроводы и запорную арматуру, начинают перекачку газа из отключенного участка МГ в действующий участок МГ, при достижении отношения давления газа между отключенным и действующим участками МГ, равного степени сжатия первого модуля компрессорного агрегата, выполняют подключение входного патрубка второго модуля компрессорного агрегата к выходному патрубку первого модуля компрессорного агрегата, а выходной патрубок второго модуля компрессорного агрегата подключают к действующему участку МГ через дополнительный трубопровод, запорную арматуру и отключают выходной патрубок первого модуля компрессорного агрегата от дополнительного трубопровода, подключенного через запорную арматуру к действующему участку МГ, и продолжают осуществлять перекачку газа из отключенного участка МГ в действующий участок МГ до требуемого заданного значения давления в отключенном участке МГ.
Мобильная компрессорная станция для откачки газа из отключенного участка МГ содержит компрессорную установку с входом и выходом для подключения компрессорной установки к отключенному и действующему участкам МГ соответственно, компрессорная установка содержит последовательно соединенные через трубопроводы и запорную арматуру модули компрессорных агрегатов в количестве N>1, где N - натуральный ряд чисел, каждый модуль компрессорного агрегата снабжен одним входным и двумя выходными патрубками, причем один из выходных патрубков каждого модуля предназначен для подсоединения через дополнительные трубопроводы и запорную арматуру к действующему участку МГ, а другой выходной патрубок каждого предыдущего модуля подключен к входному патрубку каждого последующего модуля, кроме последнего, все N модули компрессорных агрегатов снабжены регулирующей арматурой, измерительными приборами по давлению и температуре газа и приводом (патент № RU 2465486, МПК F04B 41/00, F04D 25/02, опубл. 27.10.2012).
Известная группа изобретений требует больших временных, материальных и технических ресурсов и не может быть использована в городских распределительных сетях из-за ее габаритов и невозможности организации хранения откаченного газа.
Поставленной задачей группы изобретений является повышение эффективности откачки, накопления и хранения газа из выведенных в ремонт участков магистральных, распределительных и газопроводов-отводов с использованием компактной мобильной установки.
Технический результат заявляемой группы изобретений заключается в мобильности и автоматизации системы откачки, накопления и хранения газа из выведенных в ремонт участков магистральных, распределительных газопроводов и газопроводов-отводов.
Технический результат при осуществлении способа достигается за счет того, что отключенный участок газопровода соединяют с компрессором через трубопроводы и запорную арматуру и выполняют откачку газа до требуемого значения давления в отключенном участке газопровода, газ из отключенного участка откачивают посредством компрессора, производят замер параметров откаченного газа при помощи контрольно-измерительных приборов, которые поступают в вычислительный блок, откуда информация поступает в блок управления, где анализируется, обрабатывается и генерируется в управляющий сигнал на компрессор для сжатия откаченного газа, после чего замеряют параметры сжатого газа и через вычислительный блок параметры поступают в блок управления для генерирования сигналов, поступающих по линии телемеханики на клапаны баллонов, после чего происходит заполнение баллонов сжатым газом.
Технический результат мобильной установки для откачки газа из отключенного участка газопровода достигается за счет того, что в установке, содержащей привод, компрессор, вход которого предназначен для подключения к отключенному участку газопровода через трубопроводы и запорную арматуру, клапаны и контрольно-измерительные приборы параметров газа, установка расположена, по меньшей мере, на одном транспортном средстве, контрольно-измерительные приборы параметров газа связаны с вычислительным блоком, при этом установка снабжена баллонами высокого давления, связанными трубопроводами с компрессором, и блоком управления, связанным с вычислительным блоком, компрессором и клапанами каждого баллона посредством линии телемеханики.
Мобильная установка может быть снабжена устройством одоризации газа, устройствами нагрева и/или охлаждения сжатого газа.
Отличительные признаки способа, заключающиеся в том, что газ из отключенного участка откачивают посредством компрессора, производят замер параметров откаченного газа при помощи контрольно-измерительных приборов, которые поступают в вычислительный блок, откуда информация поступает в блок управления, где анализируется, обрабатывается и генерируется в управляющий сигнал на компрессор для сжатия откаченного газа, после чего замеряют параметры сжатого газа и через вычислительный блок параметры поступают в блок управления для генерирования сигналов, поступающих по линии телемеханики на клапаны баллонов, позволяют автоматизировать процесс откачки газа из газопровода, а заполнение баллонов сжатым газом позволяет накапливать и хранить откаченный газ.
Отличительные признаки мобильной установки, заключающиеся в том, что установка расположена, по меньшей мере, на одном транспортном средстве, контрольно-измерительные приборы параметров газа связаны с вычислительным блоком, при этом установка снабжена баллонами высокого давления, связанными трубопроводами с компрессором, и блоком управления, связанным с вычислительным блоком, компрессором и клапанами каждого баллона посредством линии телемеханики.
Наличие в мобильной установке вычислительного блока, связанного с контрольно-измерительными приборами параметров газа и блока управления, связанного с вычислительным блоком, компрессором и клапанами каждого баллона посредством линии телемеханики, позволило автоматизировать процесс откачки, накопления и хранения откаченного газа.
Расположение установки, по меньшей мере, на одном транспортном средстве, а также использование баллонов для накопления и хранения откаченного газа позволили обеспечить мобильность установки.
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое техническое решение имеет признаки, которые отсутствуют в аналогах, а их использование в заявляемой совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, где изображена схема мобильной установки для откачки газа из отключенного участка газопровода.
Мобильная установка для откачки газа из отключенного участка газопровода состоит из перекачивающего и накопительного комплексов, расположенных, по меньшей мере, на одном транспортном средстве. В заявляемом техническом решении мобильная установка расположена на двух транспортных средствах 1 и 2.
На первом транспортном средстве 1 расположен перекачивающий комплекс, состоящий из привода 3, компрессора 4, вычислительного блока 5 и блока управления 6. На втором транспортном средстве 2 расположен накопительный комплекс, состоящий из баллонов 7 высокого давления.
Приводом 3 в данной установке служит мини-газотурбинная установка или газопоршневой агрегат на базе ДВС. Привод 3 оснащен глушителем шума. Компрессор 4 служит для сжатия (дожатая) газа, поступающего из выведенного в ремонт отключенного участка газопровода. Компрессор 4 работает от привода 3 и выполнен в виде мини-компрессорной установки высокого давления (например, объемного действия, роторной, винтовой, поршневой) с ресивером. Вход компрессора 4 подключен к отключенному участку газопровода через трубопровод и запорную арматуру (не показана).
Вычислительный блок 5 связан с контрольно-измерительными приборами параметров газа, поступающего из отключенного участка газопровода. В вычислительном блоке 5 установлен специальный микроконтроллер (не показан), который служит для обработки информации о параметрах газа (давления, температуры и влажности), поступающих от контрольно-измерительных приборов.
В этом же блоке 5 размещен автоматизированный блок одоризации газа, который может быть задействован в автоматическом режиме в случае необходимости. Блок одоризации может быть размещен и отдельно.
Блок 6 управления связан с вычислительным блоком 5, компрессором 4, запорными и предохранительными сбросными клапанами каждого баллона 7 посредством линии телемеханики 8. Блок 6 предназначен для расчета параметров откаченного газа (метана или этана) и для определения необходимых потребных параметров сжатого газа (давление, температура и др.) для заполнения баллонов 7 высокого давления. Блок 6 по результатам расчетов параметров генерирует управляющий сигнал на компрессор 4 и клапана баллонов 7 для их заполнения. При этом блок 6 отслеживает степень заполнения баллонов 7 газом, степень их задействования, а также регулирует работу компрессора 4. Посредством линии 8 телемеханики происходит управление закрытием или открытием запорных и предохранительных сбросных клапанов. При заполнении баллонов 7 до определенного объема от блока 6 поступает информация на компрессор 4 о прекращении подачи газа. Подогрев осуществляется за счет использования теплоты отходящих газов при работе привода 3, а холод - за счет установок чиллеров. В блоке 6 генерируется управляющий сигнал для работы цикла охлаждения-подогрева газа.
Баллоны 7 высокого давления могут быть изготовлены из материала на основе лейнеров из хромоникелевых аустенитных сталей и алюминиевых сплавов с пластиковой намоткой из органического жгута с максимально разрешенным давлением до 120 МПа.
Способ откачки газа из отключенного участка газопровода и работа мобильной установки для откачки газа из отключенного участка газопровода осуществляется следующим образом:
Мобильная установка для откачки газа из отключенного участка газопровода используется при выведении в ремонт участка магистрального (распределительного) газопровода, либо если имеет место аварийная ситуация (повреждение газопровода, этанопровода). Перекачивающий и накопительный комплексы располагаются на двух транспортных средствах 1, 2, что позволяет подъезжать к месту проведения работ на достаточно близкое расстояние. Как правило, при помощи крановой обвязки (на свечных линиях) производится монтаж трубопроводов (подающего или всасывающего, в зависимости от того, осуществляется закачка накопленного газа или наоборот).
Отключенный участок газопровода соединяют через трубопроводы и запорную арматуру с компрессором 4, который приводится в движение приводом 3, продукты сгорания которого утилизируются, частично удаляются в атмосферу. При помощи контрольно-измерительных приборов в автоматическом режиме производят измерение следующих параметров - давления, температуры, влажности откаченного газа, которые поступают в вычислительный блок 5 для обработки информации. Далее из блока 5 информация поступает в блок 6, где анализируется, обрабатывается и генерируется в управляющий сигнал на компрессор 4 для сжатия откаченного газа. Компрессор 4 сжимает газ до необходимого давления, из расчета оптимальных потерь энергии на сжатие и хранение. Зная приблизительный объем газа в газопроводе и объем баллонов 7, можно рассчитать оптимальный режим закачки (например, один баллон - на максимальном, или 10, но на минимальном давлении). При этом учитывается как начальное давление в опорожняемом газопроводе, так и конечное давление у конечного или промежуточного потребителя, а также сопоставляются объемы газа в опорожняемом участке и имеющийся свободный объем баллонов 7.
После чего замеряют параметры сжатого газа и через вычислительный блок 5 информация поступает в блок 6 управления для определения необходимых потребных параметров для заполнения баллонов 7 и генерирования управляющих сигналов. В зависимости от полученных параметров сжатый газ охлаждается и поступает в баллоны 7. Посредством линии 8 телемеханики блок 6 отслеживает степень заполнения баллонов 7 и регулирует работу клапанов баллонов 7 и компрессора 4. Предохранительный сбросной клапан необходим только в критических случаях достижения нерасчетных параметров сжатого газа в баллонах 7.
Обратный процесс - опорожнение баллонов 7 и перекачка газа в действующий (отремонтированный) участок газопровода. При обратном процессе газ может напрямую, минуя компрессор 4, поступать в действующий (отремонтированный) участок газопровода, при этом предварительно газ может быть только подогрет.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить эффективность откачки, накопления и хранения газа из выведенных в ремонт участков газопровода.
Заявляемое техническое решение промышленно применимо и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий.