ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО БЛОКА ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ
SWITCHING DEVICE OF SAFETY VALVE BLOCK

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к переключающему устройству блока предохранительных клапанов, и предназначено для установки в качестве устройства предохраняющего трубопровод от превышения давления выше допустимого значения «до себя» с возможной установкой на трубопроводах, емкостях и другом оборудовании промысловых и газосборных пунктов, газоперерабатывающих заводов, подземных хранилищ газа, линейной части магистральных газопроводов, технологических обвязок компрессорных, дожимных, газораспределительных и газоизмерительных станций.
Изобретение расширяет области применения и повышает надежность переключающих устройств для использования в тех случаях, когда по условиям работы может возникнуть необходимость без остановки рабочего процесса с соблюдением норм и правил промышленной безопасности произвести переключение предохранительных клапанов для изменения направления потока среды, а также произвести работы по замене, ревизии, диагностике и настройке отключенного предохранительного клапана.
Также устройство предназначено для использования при эксплуатации сосудов, работающих под давлением, с целью обеспечения соблюдения требований Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением» (утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 15.12.2020 №536) в части наличия блокировки, исключающей возможность одновременного отключения работы двух предохранительных устройств.
Из существующего уровня техники известны различные технические устройства, а также способы, обеспечивающие переключение предохранительных клапанов без остановки технологического процесса. Данные устройства, как правило, обладают повышенной конструкционной сложностью и громоздкостью, а предлагаемые способы не всегда обеспечивают эксплуатационную надежность и достижение заявленного результата в процессе работы.
Известно переключающее устройство блока предохранительных клапанов (патент РФ №2134832 «Переключающее устройство блока предохранительных клапанов», F16K 11/10, опубликовано 20.08.1999), содержащее корпус с входным каналом и двумя выходными каналами, имеющими соосно расположенные седла. Между седлами и на одной оси с ними расположен затвор двустороннего действия, взаимодействующий с ним шток, кинематически связанный со штоком привода. Каждый из выходных каналов соединен с входами предохранительных клапанов. Затвор выполнен в виде подпружиненных впускных клапанов и клапана двустороннего действия, которые концентрично расположены к штоку и взаимодействуют в заданной последовательности между собой и штоком посредством жестко связанного со штоком упора. Эффективная площадь впускных клапанов меньше эффективной площади клапана двустороннего действия, который, а также взаимодействующие с ним седла, выполнены конусообразными.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и невозможность замены, при необходимости, одного из предохранительных клапанов вследствие отсутствия перекрытия их выходов.
Наиболее близким к заявляемому устройству является переключающее устройство предохранительных клапанов (патент РФ №2291340 «Переключающее устройство предохранительных клапанов», F16K 11/087, F16K 5/06, опубликовано 01.10.2007), которое содержит два переключающих устройства и центральный патрубок выхода продуктов сброса. Переключающие устройства расположены одно над другим. Одно из этих устройств содержит центральный патрубок входа продуктов сброса и два боковых патрубка, соединенные с входами предохранительных клапанов. Другое устройство содержит два боковых патрубка, соединенных с выходами предохранительных клапанов. Шпиндели переключающих устройств соединены между собой механизмом переключения. Каждое из переключающих устройств представляет собой трехходовой шаровой кран с отводами. Краны расположены один над другим соосно. Один кран повернут относительно другого на 180°. Шпиндели кранов расположены соосно друг против друга и соединены между собой механизмом переключения. Последний состоит из втулки с поворотной ручкой. Шар одного из кранов развернут относительно другого на 180°.
К существенным недостаткам известного переключающего устройства предохранительных клапанов, выбранного в качестве ближайшего аналога -прототипа заявляемого технического решения, следует отнести следующее:
- отсутствие жесткой фиксации между шпинделями переключающих устройств, а также наличие механизма переключения, представленного в виде втулки с поворотной ручкой, что не обеспечивает в процессе переключения предохранительных клапанов создания высокого крутящего момента, а, следовательно, не позволяет применить в известном переключающем устройстве предохранительных клапанов трехходовых шаровых кранов большего диаметра, используемых на технологических потоках и средах с высоким давлением;
- отсутствие эксплуатационной надежности, в части соблюдения законодательно регламентированных требований промышленной безопасности при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением.
Технической задачей, решаемой изобретением, является совершенствование конструкции, обеспечивающей расширение области применения и повышение эксплуатационной надежности, а также соблюдение норм и правил промышленной безопасности при использовании переключающего устройства блока предохранительных клапанов на трубопроводах и сосудах, работающих под давлением.
Для решения поставленной задачи предлагается переключающее устройство блока предохранительных клапанов, содержащее два трехходовых шаровых крана, расположенных соосно один над другим и повернутых по вертикали относительно друг друга на 180°, имеющих по одному центральному фланцу, предназначенному соответственно на нижнем трехходовом шаровом кране - для входа продуктов сброса, на верхнем - для выхода продуктов сброса с предохранительных клапанов, и по два боковых фланца, соединенных соответственно на нижнем трехходовом шаровом кране с входами предохранительных клапанов, на верхнем - с выходами предохранительных клапанов, а штока трехходовых шаровых кранов соединены между собой механизмом переключения, отличающееся тем, что два трехходовых шаровых крана жестко соединены друг с другом разделительной вставкой, внутри которой смонтирован червячный редуктор, вал-шестерня которого имеет точку крепления с штурвалом для управления приводом червячной передачи и находящийся в зацеплении с ½ зубчатого колеса, позволяющего одновременно разворачивать трехходовые шаровые краны на 180°, при этом, штока трехходовых шаровых кранов соединены между собой соединительной муфтой посредством внутренних шпоночных соединений, пазы которых расположены на поверхности штоков трехходовых шаровых кранов, а шпоночные канавки - на внутренней поверхности соединительной муфты у ее верхнего и нижнего оснований, крепление соединительной муфты с червячным редуктором обеспечено посредством внешнего шпоночного соединения, паз которого расположен на внешней поверхности соединительной муфты у ее нижнего основания, а шпоночная канавка - на внутренней поверхности ступицы зубчатого колеса червячного редуктора, а также на внешней поверхности соединительной муфты в верхней ее части расположен технологический вырез с отверстием для визуального контроля положения трехходовых шаровых кранов, кроме того, образующие, по направлению которых на внутренней и внешней поверхности соединительной муфты в верхней и нижней ее части расположены соответственно шпоночная канавка и паз, находятся по одну сторону от ее центральной оси и располагаются в одной плоскости с последней, а верхняя и нижняя части соединительной муфты ограничены соответственно большим и меньшим размером радиуса внешней боковой поверхности, при высоте верхней части - определенной длиной штока трехходового крана и нижней - размером зубчатого колеса, конструкционными особенностями червячного редуктора с возможностью ее расположения в его центре и наличием цилиндрической части, разделяющей штока трехходовых шаровых кранов, при этом боковые фланцы нижнего трехходового шарового крана соединены фланцевыми соединениями с входами предохранительных клапанов через угловые переходы и нижние стравливающие кольца, на последних из которых смонтированы клиновые задвижки посредством резьбовых соединений, а боковые фланцы верхнего трехходового шарового крана соединены фланцевыми соединениями с выходами предохранительных клапанов через верхние стравливающие кольца, на которых посредством резьбовых соединений в вертикальной плоскости смонтированы по две уравнительные линии, верхние - для отбора сбрасываемой с предохранительных клапанов технологической среды, нижние - для обеспечения автоматической подачи жидкости, препятствующей гидратообразованию.
Технический результат заявляемого переключающего устройства блока предохранительных клапанов достигается за счет его конструктивного решения, а также указанной в предлагаемом изобретении совокупности признаков, а именно:
- наличие разделительной вставки между трехходовыми шаровыми кранами обеспечивающей жесткость конструкции их соединения друг с другом позволяет проводить работы по обслуживанию предохранительных клапанов с возможностью их демонтажа «на месте» без нагрузки на общую конструкцию;
- расположение червячного редуктора в разделительной вставке позволяет предотвратить контакт с транспортируемой средой при ее высокой агрессивности в процессе проведения работ по демонтажу предохранительных клапанов;
- наличие соединения между собой штоков трехходовых шаровых кранов соединительной муфтой посредством внутренних шпоночных соединений, пазы которых расположены на поверхности штоков трехходовых шаровых кранов, а шпоночные канавки - на внутренней поверхности соединительной муфты у ее верхнего и нижнего оснований, а также крепления соединительной муфты с червячным редуктором посредством внешнего шпоночного соединения, паз которого расположен на внешней поверхности соединительной муфты у ее нижнего основания, а шпоночная канавка - на внутренней поверхности ступицы зубчатого колеса червячного редуктора позволяет передавать большие крутящие моменты по сравнению с рычагом или иным механизмом переключения и применять трехходовые шаровые краны любых размеров и конструкций;
- наличие шпоночной канавки и паза соответственно на внутренней и внешней поверхности по образующим соединительной муфты в верхней и нижней ее части по одну сторону от ее центральной оси и в одной плоскости с последней позволяет произвести монтаж предохранительных клапанов в одной плоскости с трехходовыми шаровыми кранами и червячным приводом, что обеспечивает использование переключающего устройства в местах с компактным размещением;
- наличие цилиндрической части соединительной муфты, разделяющей штока трехходовых шаровых кранов, позволяет усилить конструкцию переключающего устройства обеспечив тем самым применение трехходовых шаровых кранов большого диаметра на высокое давление с уплотнением «металл-металл», требующие более высокого крутящего момента;
- наличие нижних стравливающих колец с клиновыми задвижками позволит произвести подключение гидравлического насоса и поочередно произвести испытание и настройку предохранительных клапанов без остановки работы сосуда или трубопровода;
- наличие верхних стравливающих колец на которых посредством резьбовых соединений смонтированы две уравнительные линии позволяет произвести их подключение к емкости хранения метанола, тем самым обеспечив сброс давления технологической среды при срабатывании предохранительных клапанов через верхнюю линию в емкость, а за счет повышения давления в последней обеспечить автоматический впрыск метанола в технологический трубопровод сбросных газов с целью предотвращения в нем гидратообразования.
Достигаемым техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью признаков, является совершенствование конструкции переключающего устройства блока предохранительных клапанов, расширение области его применения и повышение эксплуатационной надежности при соблюдении норм и правил промышленной безопасности в процессе его эксплуатации на трубопроводах и сосудах, работающих под давлением.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства, на фиг. 2 - трехходовой шаровой кран в разрезе, на фиг. 3 - соединительная муфта в соединении с элементами редуктора и штоками трехходовых шаровых кранов в разрезе.
Переключающее устройство блока предохранительных клапанов содержит два трехходовых шаровых крана: нижний - 1 и верхний - 2, имеющих по одному центральному фланцу 3 и 4, предназначенному соответственно на нижнем трехходовом шаровом кране 1 - для входа продуктов сброса, на верхнем трехходовом шаровом кране 2 - для выхода продуктов сброса с предохранительных клапанов 5 и 6, и по два боковых фланца 7, 8 и 9, 10, соединенных соответственно на нижнем трехходовом шаровом кране 1 с входами предохранительных клапанов 5 и 6, на верхнем трехходовом шаровом кране 2-е выходами предохранительных клапанов 5 и 6, нижний и верхний трехходовые шаровые краны 1 и 2 жестко соединены друг с другом разделительной вставкой 11, внутри которой смонтирован червячный редуктор 12, вал-шестерня 13 которого имеет точку крепления с маховиком 14 для управления приводом червячной передачи и находящийся в зацеплении с ½ зубчатого колеса 15, штока 16 и 17 трехходовых шаровых кранов 1 и 2 соединены между собой соединительной муфтой 18 посредством внутренних шпоночных соединений 19 и 20, крепление соединительной муфты 18 с червячным редуктором 12 обеспечено посредством внешнего шпоночного соединения 21, на внешней поверхности соединительной муфты 18 в верхней ее части расположен технологический вырез 22 с отверстием для визуального контроля положения трехходовых шаровых кранов 1 и 2, боковые фланцы 7 и 8 нижнего трехходового шарового крана 1 соединены фланцевыми соединениями с входами предохранительных клапанов 5 и 6 через угловые переходы 23 и 24 и нижние стравливающие кольца 25 и 26, на последних из которых смонтированы клиновые задвижки 27 и 28, а боковые фланцы 9 и 10 верхнего трехходового шарового крана 2 соединены фланцевыми соединениями с выходами предохранительных клапанов 5 и 6 через верхние стравливающие кольца 29 и 30, на которых смонтированы по две уравнительные линии: верхние - 31 и 33 и нижние - 32 и 34.
Переключающее устройство блока предохранительных клапанов работает следующим образом.
Рабочая среда (продукты сброса из сосуда или трубопровода) подается на вход переключающего устройства блока предохранительных клапанов через центральный фланец 3 трехходового шарового крана 1 и далее по умолчанию проходит через трехходовой шаровой кран 1, угловой переход 23, нижнее стравливающее кольцо 25 и попадает на вход предохранительного клапана 5, где при достижении давления рабочей среды более ранее установленного значения предохранительный клапан 5 открывается и сбрасывает давление рабочей среды до установленного, при этом, рабочая среда через верхнее стравливающее кольцо 29, трехходовой шаровой кран 2 и его центральный фланец 4 попадает в трубопровод, отводящий продукты сброса. При сбросе давления, рабочая среда через верхнюю уравнительную линию 31 верхнего стравливающего кольца 29 создает избыточное давление в емкости с метанолом (на фиг. 1 не показано) за счет чего через нижнюю уравнительную линию 32 верхнего стравливающего кольца 29 происходит автоматический впрыск метанола в трехходовой шаровой кран 2 и далее в технологический трубопровод сбросных газов с целью предотвращения в нем гидратообразования. На перекрытом в это время предохранительном клапане 6 можно произвести ревизию, настройку (подключение гидравлического насоса через клиновую задвижку 28, стравливающее кольцо 26 и проведение испытаний и настройки предохранительного клапана 6 на установочное давление), мелкий ремонт или полную его замену, не останавливая при этом технологический процесс.
При вращении маховиком 14 привода червячной передачи против часовой стрелки происходит одновременный поворот запорных органов трехходовых шаровых кранов 1 и 2, что способствует перенаправлению рабочей среды через трехходовой шаровой кран 1, угловой переход 24, нижнее стравливающее кольцо 26 на вход предохранительного клапана 6, где при достижении давления рабочей среды более ранее установленного значения предохранительный клапан 6 открывается и происходит сброс давление рабочей среды до установленного через верхнее стравливающее кольцо 30, трехходовой шаровой кран 2 и его центральный фланец 4 в трубопровод сброса отводящих продуктов. При сбросе давления, рабочая среда через верхнюю уравнительную линию 33 верхнего стравливающего кольца 30 создает избыточное давление в емкости с метанолом (на фиг. 1 не показано) за счет чего через нижнюю уравнительную линию 34 верхнего стравливающего кольца 30 происходит автоматический впрыск метанола в трехходовой шаровой кран 2 и далее в технологический трубопровод сбросных газов с целью предотвращения в нем гидратообразования. А на перекрытом предохранительном клапане 5 в это время можно также производить ревизию, настройку (подключение гидравлического насоса через клиновую задвижку 27, стравливающее кольцо 25 и проведение испытаний и настройки предохранительного клапана 5 на установочное давление), мелкий ремонт или полную его замену, не останавливая при этом технологический процесс.
Таким образом, при осуществлении изобретения получен технический результат, заключающийся в создании усовершенствованной конструкции переключающего устройства блока предохранительных клапанов.
Из патентной литературы не известны конструкции переключающего устройства блока предохранительных клапанов с возможностью расширения области его применения и повышения эксплуатационной надежности при соблюдении норм и правил промышленной безопасности в процессе его эксплуатации на трубопроводах, емкостях и другом оборудовании промысловых и газосборных пунктов, газоперерабатывающих заводов, подземных хранилищ газа, линейной части магистральных газопроводов, технологических обвязок компрессорных, дожимных, газораспределительных и газоизмерительных станций.
Совокупность изложенных выше существенных признаков необходима и достаточна для реализации задачи заявляемого решения. При этом между совокупностью существенных признаков и задачей, поставленной и решаемой изобретением, существует причинно-следственная связь, при которой сама совокупность признаков является причиной, а решаемая ими задача является следствием. Исходя из этих доводов, правомерен вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует установленному критерию - изобретательский уровень (неочевидность).
Заявляемое техническое решение может быть неоднократно реализовано с получением указанного выше технического результата.
Предлагаемое решение в качестве изобретения применяется на производственных объектах в Газопромысловом управлении ООО «Газпром добыча Астрахань» при эксплуатации технологических трубопроводов, сосудов и иных промысловых объектов, работающих под давлением в агрессивной среде, с целью обеспечения соблюдения требований Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности в части наличия блокировки, исключающей возможность одновременного отключения работы двух предохранительных устройств.
Решение, таким образом, соответствует критерию «промышленная применимость».
Технико-экономическое преимущество заявляемого изобретения заключается в экономии капитальных вложений по сравнению с использованием аналогичных технических решений, снижении материальных затрат в процессе обслуживания данного устройства при увеличении срока его эксплуатации, сокращении трудозатрат за счет повышения эксплуатационной надежности и обеспечения безаварийной эксплуатации технологического оборудования на опасных производственных объектах.