Установка для содержания кабелей городских телефонных сетей под избыточным газовым давлением

 

Изобретение касается эксплуатации силовых и телефонных кабельных линий, в частности линий, в которых для защиты от попадания влаги и контроля за герметичностью оболочек кабелей используется изолирующая газовая или воздушная среда под избыточным давлением. Установка состоит из, как минимум, одного компрессора, воздушного фильтра, рекуперативного теплообменника, стойки-конденсатора с встроенным турбогравитационным сепаратором, электроклапана сброса конденсата из стойки-конденсатора, газоразделительного мембранного аппарата, отсекаемого при остановке компрессора двумя обратными клапанами и вторым электроклапаном, регулируемого дросселя с сервоприводом, управляемого по сигналам датчика влажности блоком управления, как минимум одного ресивера, регулирующего редуктора, индикатора влажности, двух датчиков реле давления, соединительных воздуховодов и блока управления. Установка имеет усовершенствованную схему с повышенными требованиями к сепарации капельной влаги, обеспечивает щедящий режим по скачкам давления для газоразделительного мембранного аппарата, автоматизированную систему управления сухостью газовой смеси на выходе установки, благодаря чему предотвращаются преждевременный выход из строя мембранного аппарата и попадание влажного воздуха в кабели, достигается существенно повышенный уровень качества и надежности работы установки. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение касается эксплуатации силовых кабелей и городских телефонных сетей, в частности линий, в которых для защиты от попадания влаги и контроля за герметичностью оболочек кабелей используется изолирующая газовая или воздушная среда под избыточным давлением.

Известно предложение по применению в качестве устройства для подачи в кабели осушенных газовых смесей установки, в которой осушительный блок выполнен в виде мембранного газоразделительного аппарата, а между осушительным блоком и ресивером установлен регулируемый дроссель [1]. Установка, принципиальная схема которой показана на фиг. 1, содержит источник сжатого воздуха 1, промежуточный теплообменник 2, воздушный фильтр 3, агрегат сброса конденсата из накопительной полости 7, блок осушки 4, регулируемый дроссель 5 и ресивер 6, соединенные воздуховодами 8. Установка позволяет подавать в кабели осушенную газовую смесь с пониженным содержанием кислорода, с меньшими энергозатратами и меньшими затратами на обслуживание, чем используемые ранее аналогичные установки.

Однако описание и степень проработки конструкции установки слишком поверхностны и абстрактны, соответствуют в большей степени некоей полезной лабораторной модели и не позволяют использовать установку на реальных предприятиях, особенно городских телефонных сетей, эксплуатирующих кабельные сети с жесткими требованиями к влажности воздуха, с реальными компрессорами, работающими в прерывистом режиме.

Известна мембранная сушильная установка МСУ "Суховей", производства фирмы НВФ Метакс (г. Москва) [2]. Известная установка предназначена для получения сухих с пониженным содержанием кислорода смесей из окружающего воздуха, используемых для содержания кабелей городских телефонных сетей под постоянным газовым давлением. Установка, принципиальная схема которой изображена на фиг. 2, состоит из, как минимум, одного компрессора КМ1, воздушного фильтра Ф1, стойки-конденсатора СК, электроклапана сброса конденсата ЭК, блока осушки, в качестве которого применен газоразделительный мембранный аппарат ГРМА1, обратного клапана КО1, регулируемого дросселя ДР1, как минимум одного ресивера РС1, регулирующего редуктора РР1, индикатора влажности ИВ, как минимум одного датчика реле-давления РД1, соединительных воздуховодов и блока управления БУ.

Стойка-конденсатор имеет накопительную емкость, в которой собирается конденсирующая некоторая часть избыточной влаги из сжатого воздуха. Электроклапан ЭК1 по командам из блока управления сбрасывает конденсат из накопительной емкости.

Газоразделительный аппарат, в зависимости от модификации имеет мембраны как в виде пленки, так и в виде полых волокон, из полимеров, селективно пропускающих компоненты воздушной смеси. Часть воздуха, проникшая сквозь мембраны и обогащенная водяными парами и кислородом выбрасывается в атмосферу (линия А), другая часть с пониженным содержанием водяных паров подается в ресивер. Степень осушки газовой смеси регулируется дросселем ДР1 один раз при изготовлении установки на предприятии. Обратный клапан КО1 предотвращает обратный ток осушенной газовой смеси из ресиверов в газоразделительный аппарат и атмосферу.

Редуктор регулирующий РР позволяет эксплуатирующему персоналу снижать давление газовой смеси перед подачей в кабели до требуемого значения. Индикатор влажности ИВ информирует визуальным способом о влажности подаваемого газа. Реле давления РД2 формирует сигнал на внешнюю сигнализацию о недопустимом снижении давления в кабеле.

Блок управления (БУ), принимая сигналы из датчика давления РД1, по мере изменения значения давления в ресивере РС1, формирует команды на адекватное взаимодействие компрессора КМ1 и электроклапана ЭК1. При достижении заранее заданного давления в ресиверах компрессор останавливается, открывается электроклапан и давление быстро снижается до нуля во всем тракте от компрессора до обратного клапана.

Три года эксплуатации установок МСУ "Суховей" на различных предприятиях городских кабельных сетей выявили существенный недостаток установки МСУ "Суховей", заключающийся в значительном сокращении от требуемого и планируемого срока службы газоразделитеьного мембранного аппарата. Так например, при требуемом со стороны городских телефонных сетей сроке службы основного оборудования не менее 10 лет до 10 % газоразделительных аппаратов, в зависимости от модификации, выходят из строй через один год эксплуатации и еще 30% выходят из строя через два года. Учитывая, что стоимость газоразделительного мембранного аппарата достигает 33% от стоимости всей установки, такой срок службы является недопустимым.

Объясняется этот факт тем, что на нормальную и долговечную службу газоразделительных мембранных аппаратов крайне отрицательное влияние оказывают периодические циклы нагружения давлением при включении компрессора и последующем выключении с открытием сбросного клапана. Так, для условий применения установки МСУ "Суховей" число циклов набора/сброса давления по амплитуде от 0 до 0,4 МПа в аппаратах может достигать 100000 в год. Известно, что наибольшую долговечность аппарата проявляет при полном отсутствии таких циклов. Кроме того, отрицательную роль играет обнаружившийся факт попадания капельной влаги на вход мембранного аппарата, вследствие недостаточной сепарации потока сжатого воздуха в стойке-конденсаторе, что приводит к потере механической прочности полимерных материалов. Возможное постепенное разрушение мембранного аппарата, естественный износ механизмов компрессора и наличие лишь визуального индикатора влажности на выходе установки приводит к нестабильности значения сухости газовых смесей и возможности закачивания в кабели ГТС влажного воздуха.

Предлагаемая установка свободна от этих недостатков, что приводит к значительному увеличению ресурса всей установки за счет обеспечения щадящего по скачкам давления режима работы основного элемента установки газоразделительного мембранного аппарата, снижению риска увеличения влажности в подаваемой в кабели газовой смеси и существенному увеличению потребительских качеств установки в целом.

Указанные преимущества достигаются тем, что обеспечивается безразгрузочный режим работы газоразделительного аппарата, достигаемый установкой второго обратного клапана КО2 между стойкой-конденсатором и аппаратом, а на выходе проникшего потока в атмосферу (линия А) устанавливается второй электроклапан, так что электроклапан открыт при работе компрессора и закрывается при остановке его. Таким образом внутри газоразделительного мембранного аппарата давление поднимается только один раз при пуске установки и затем не снижается при остановке компрессора, чем устраняется существенный недостаток прототипа.

Известно, что селективность газоразделительного мембранного аппарата, а значит, и степень осушки воздуха, повышается при повышении перепада давления на мембранах, что при постоянных параметрах компрессора можно достичь снижением давления на выходе проникшего потока (линия А) ниже атмосферного. Для достижения сразу двух целей последовательно с вторым электроклапаном ЭК2 предлагается установить вакуумный насос ВН, работающий одновременно с компрессором КМ1, снижающий давление на выходе проникшего потока ниже атмосферного и изолирующий аппарат от атмосферы при выключении компрессора и вакуумного насоса.

Для устранения второго существенного недостатка в верхней части стойки конденсатора СК предлагается установить специальный турбогравитационный сепаратор ТС оригинальной конструкции с тангенциальной подачей входящего воздушного потока и осевым отводом выходящего, что резко снижает вероятность попадания капельной влаги на вход газоразделительного аппарата и значительно повышает его долговечность. Кроме того, предлагается ввести дополнительный рекуперативный теплообменник ТР с охлаждением нагретого компрессором воздуха, выходящим со стойки-конденсатора СК. При этом одновременно возрастает эффективность работы сепаратора СК и повышается селективность нагретых паров воды в газоразделительном аппарате.

Для максимального использования газоразделительных способностей мембранного аппарата предлагается установить дроссель ДР1 перед обратным клапаном КО1, чтобы стало возможным часть осушенных газов после дросселя ДР1, но перед обратным клапаном КО1, забирать и подавать во внутреннюю полость мембранного аппарата с низким давлением, причем в направлении, противоположном направлению основного потока газа.

Для повышения стабильности значения влажности на выходе установки по мере износа компрессора и мембранного аппарата в непосредственной близости от визуального индикатора влажности ИВ устанавливается фотоэлектрический датчик влажности ДВ, подающий сигналы во внешнюю сигнализацию и блок управления, а регулируемый дроссель ДР1 выполняется с электрическим сервоприводом. Блок управления предлагается оснастить логическим блоком контроля неисправности компрессора с выдачей команды на запуск второго компрессора, что существенно снизит вероятность попадания влажного воздуха в кабель. Блок управления предлагается выполнить на бесконтактной безискровой элементной базе, что позволит размещать установку непосредственно в кабельной шахте и не выделять ей отдельного помещения.

Принципиальная схема установки показана на фиг. 3.

Установка для содержания кабелей городских телефонных сетей под избыточным газовым давлением состоит из, как минимум, одного компрессора КМ1, воздушного фильтра Ф1, рекуперативного теплообменника ТР, стойки-конденсатора СК с встроенным турбогравитационным сепаратором ТС, электроклапана сброса конденсата из стойки-конденсатора ЭК1, газоразделительного мембранного аппарата ГРМА1, отсекаемого при остановке компрессора двумя обратными клапанами КО1 и КО2 и вторым электроклапаном ЭК2, двух регулируемых дросселей: ДР1 с сервоприводом, управляемого по сигналам датчика влажности ДВ блоком управления БУ, и ДР2 с ручной регулировкой, как минимум одного ресивера РС1, регулирующего редуктора РР, индикатора влажности ИВ, двух датчиков реле-давления РД1 и РД2, соединительных воздуховодов и блока управления БУ.

Установка работает следующим образом. От компрессора КМ1 сжатый воздух подается через фильтр Ф1 на рекуперативный теплообменник ТР, где охлаждается, затем через турбогравитационный сепаратор ТС попадает в стойку-конденсатор СК. Из стойки отсепарированный от капель воды воздух нагревается в теплообменнике ТР горячим воздухом компрессора и подается в мембранный газоразделительный аппарат ГРМА1, где разделяется на два потока: влажный воздух выбрасывается в атмосферу через электроклапан ЭК2 и через вакуумный насос НВ. Сухой воздух, обогащенный азотом через регулирующий дроссель ДР1 и обратный клапан КО1, накапливается в ресивере РС1. Часть сухого воздуха после дросселя ДР1 через второй дроссель ДР2 подается во внутреннюю полость мембранного аппарата с низким давлением, причем в направлении, противоположном направлению основного потока газа (эта линия помечена на фиг. 3 крестиками). Из ресивера сухой газ с низким давлением после регулирующего редуктора РР проходит визуальный индикатор влажности ИВ и подается в кабель. При достижении определенного давления в ресивере датчик-реле давления РД1 посылает сигнал в блок управления, который формирует команды на выключение компрессора и вакуумного насоса и закрытие электроклапана ЭК2 и открытие электроклапана ЭК1, через который выбрасывается отсепарированная влага из накопительной полости стойки-конденсатора СК. Благодаря закрытию элекроклапана ЭК2 и срабатыванию обратных клапанов КО1 и КО2 газоразделительный мембранный аппарат остается под постоянным давлением. Получая сигналы от фотоэлектрического датчика влажности ДВ и датчика - реле давления РД2 на выходе установки, блок управления формирует команды на переключение на резервный компрессор КМ2 и работу сервопривода СП, управляющего положением дросселя ДР1, а значит, и степенью осушки воздуха в газоразделительном аппарате. Входные сигналы и выходные команды блока управления показаны на фиг. 3 штриховыми линиями.

Формула изобретения

1. Установка для содержания кабелей городских телефонных сетей под избыточным газовым давлением, содержащая как минимум один компрессор, воздушный фильтр, стойку-конденсатор, электроклапан сброса конденсата из стойки-конденсатора, газоразделительный мембранный аппарат, как минимум один ресивер, обратный клапан и как минимум один регулируемый дроссель, расположенные между ресивером и газоразделительным мембранным аппаратом, регулирующий редуктор, индикатор влажности, два датчика реле давления, соединительные воздуховоды и блок управления, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена вторым обратным клапаном, размещенным перед газоразделительным аппаратом, вторым электроклапаном, размещенным на выходе проникшего потока из газоразделительного мембранного аппарата и турбогравитационным сепаратором, размещенным в верхней части стойки-конденсатора, а регулируемый дроссель расположен перед первым обратным клапаном.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена рекуперативным теплообменником, размещенным перед турбогравитационным сепаратором.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена вакуумным насосом, установленным последовательно с вторым электроклапаном.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что регулируемый дроссель выполнен с сервоприводом, получающим команды из блока управления по сигналам от введенного фотоэлектрического датчика влажности.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок управления выполнен на бесконтактной элементной базе.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что она снабжена резервным компрессором, а блок управления имеет реле времени для подачи специального сигнала на переключение на резервный компрессор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3