Установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов

 

Изобретение относится к транспортированию природного газа по трубопроводам, а именно к устройствам для подготовки импульсного газа, используемого в пневматических приводах запорно-регулирующих устройств на перекачивающих газокомпрессорных станциях, газораспределительных станциях, подземных хранилищ газа и других объектов. Техническим результатом изобретения является повышение экономичности и надежности работы газораспределительной станции. В установке водомаслоотделитель объединен с промежуточным фильтром в едином корпусе и его выход сообщен с продувочной емкостью через пневмоуправляемый клапан, пневмопривод которого соединен с трубопроводом системы разгрузки блока осушки и очистки газа на участке между дроссельной шайбой и запорным клапаном, причем запорные клапаны на входе адсорберов выполнены пневмоприводными, при этом выход первого адсорбера соединен с пневмоприводом запорного клапана второго адсорбера, а выход второго адсорбера соединен с пневмоприводом запорного клапана первого адсорбера. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к транспортированию природного газа по трубопроводам, а именно к устройствам для подготовки импульсного газа, используемого в пневматических приводах запорно-регулирующих устройств на перекачивающих газокомпрессорных станциях, газораспределительных станциях, подземных хранилищ газа и других объектов.

Известно, что специфика эксплуатации запорно-регулирующей арматуры на газокомпрессорных станциях требует особенно тщательной очистки от влаги и механических примесей отбираемого из газопровода природного газа, который направляется в приводы с пневматической или пневмогидравлической систем управления запорно-регулирующих устройств.

Известна система подачи природного газа в газопровод, используемая в установках подготовки импульсного газа и включающая установленный на газопроводе запорный вентиль с приводом, контрольное устройство, выполненное в виде дифференциального напорного вентиля, одна сторона которого связана трубопроводом с газопроводом со стороны меньшего давления, другая - трубопроводом, содержащим дроссель и расположенный между ним и дифференциальным напорным вентилем накопитель давления, с газопроводом со стороны большего давления, и связанные с приводом запорного вентиля и газопроводом управляемые клапаны, при этом дифференциальный напорный вентиль выполнен в виде золотникового клапана, золотник которого через переключающий клапан и трубопровод рабочего давления связан с газопроводом и управляемыми клапанами, состоящими из двух двухпозиционных клапанных элементов, один из которых снабжен распределительным вентилем, установленным в патрубке между ним и местом забора газа из трубопровода рабочего давления и сообщающимся с дифференциальным напорным вентилем, а второй - двухходовым клапаном, один вход которого соединен с дифференциальным напорным вентилем, другой посредством патрубка - с трубопроводом рабочего давления, а выход - со вторым двухпозиционным клапанным элементом, при этом в упомянутых патрубках установлены электромагнитные вентили, связанные с двухпозиционными клапанными элементами управляемых клапанов (патент ФРГ 2541734, МПК F 17 D 3/01, публ. 1975 г.).

К недостаткам известной системы относится ее конструктивная сложность и низкая надежность при эксплуатации.

Известна установка осушки газа GEMOC, используемая на газоперекачивающих компрессорных станциях газопровода Уренгой-Ужгород и содержащая два адсорбера, регенерируемых посредством внутренних электрических нагревательных элементов, два предфильтра для удаления пылевидных и жидких примесей, два угольных фильтра, два контрольных фильтра, установленных после адсорберов, систему предохранительных клапанов, индикаторы давления, температуры, влажности и систему присоединительных трубопроводов, при этом установка на входе подсоединена к трубопроводу природного газа, а на выходе - к трубопроводам подачи осушенного и очищенного природного газа к его потребителям (GEMOC Fluid Processing Ltd (Англия), Инструкция по эксплуатации установки осушки газа GEMOC-DUPLEX, 1982 г.).

К недостаткам известной установки относится повышенный расход сорбента, необходимого для нормальной работы адсорберов, повышенный расход газа для продувки адсорберов, а также большой расход потребляемой при регенерации адсорберов электроэнергии.

Известна установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов, включающая подключенную к транспортному газопроводу природного газа систему осушки и очистки газа, систему электрооборудования и систему трубопроводов. Вход и выход установки соединены между собой напрямую дополнительным трубопроводом с установленными на нем последовательно по ходу газа двумя запорными кранами, невозвратным клапаном и расположенным между запорными кранами мембранным разрывным устройством, параллельно которому к дополнительному трубопроводу подключена байпасная труба с установленным на ней запорным краном. Система осушки и очистки газа установки содержит последовательно подключенные по ходу газа водомаслоотделитель, промежуточный фильтр, два поочередно регенерируемых адсорбера, имеющих наружный обогрев посредством размещенных по наружному контуру баллона адсорбера электрических нагревателей и подключенных линией регенерации на выходе установки к дополнительному трубопроводу после невозвратного клапана, и концевой фильтр. Вход водомаслоотделителя соединен с дополнительным трубопроводом на входе установки, выход концевого фильтра соединен на выходе установки с дополнительным трубопроводом перед невозвратным клапаном, а водомаслоотделитель и промежуточный фильтр дополнительно сообщены с дренажной линией системы осушки и очистки газа (патент РФ 2163990, МПК F 17 D 3/00, публ. 10.03.2001 г.).

К недостаткам известной установки относится повышенный расход газа для продувки адсорберов, а также повышенный расход потребляемой электроэнергии на привод запорных клапанов с электроприводом.

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств, используемых в процессе осушки и очистки природного газа, и создание эффективной, экономичной, надежно работающей установки подготовки импульсного газа для пневматических приводов запорно-регулирующей арматуры газоперекачивающих станций.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов включает подключенный к транспортному газопроводу природного газа блок осушки и очистки газа, систему электрооборудования, систему трубопроводов и систему автоматического управления, при этом вход и выход установки соединены между собой напрямую трубопроводом с установленными на нем невозвратным клапаном и мембранным разрывным устройством, а блок осушки и очистки газа содержит последовательно подключенные по ходу газа водомаслоотделитель, соединенный с продувочной емкостью через накопительную емкость и запорный клапан, промежуточный фильтр, два параллельно подключенных последовательно регенерируемых адсорбера, имеющих наружный обогрев посредством размещенных по наружному контуру баллонов адсорберов электрических нагревателей и датчиков температуры и соединенных с продувочной емкостью через установленные на входе адсорберов запорные клапаны, концевой фильтр и систему разгрузки, включающую трубопровод с установленными на нем запорным клапаном и дроссельной шайбой, соединяющий концевой фильтр и продувочную емкость. В предлагаемой установке водомаслоотделитель объединен с промежуточным фильтром в едином корпусе, и его выход сообщен с продувочной емкостью через пневмоуправляемый клапан, пневмопривод которого соединен с трубопроводом системы разгрузки блока осушки и очистки газа на участке между дроссельной шайбой и запорным клапаном, причем запорные клапаны на входе адсорберов выполнены пневмоприводными, при этом выход первого адсорбера соединен с пневмоприводом запорного клапана второго адсорбера, а выход второго адсорбера соединен с пневмоприводом запорного клапана первого адсорбера.

Датчики температуры и нагревательные элементы адсорберов связаны через блок управления с запорным клапаном с электроприводом, установленный в системе регенерации между невозвратными клапанами и трубопроводом, соединяющим вход и выход установки.

После концевого фильтра блока осушки и очистки газа установлено расходное устройство.

Параллельно мембранному разрывному устройству подключен датчик перепада давления в трубопроводе, соединенный с устройством индикации на дистанционном пульте управления.

Каждый пневмоуправляемый клапан системы регенерации, установленный на выходе из адсорбера, содержит биметаллическую пластину, установленную касательно запорному органу клапана и жестко закрепленную в корпусе клапана.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства подготовки импульсного газа; на фиг.2 - водомаслоотделитель-фильтр; на фиг.3 - пневмоуправляемый клапан с биметаллической пластиной, на фиг.4 - разрез АА на фиг.3.

Устройство подготовки импульсного газа 1 содержит трубопровод 2 с размещенной на нем арматурой, в том числе мембранным устройством 3, датчиком перепада давления 4, невозвратным клапаном 5. Трубопровод 2 подключен на входе в установку 1 к магистральному газопроводу, а на выходе установки - к потребителю.

Устройство также содержит блок осушки и очистки газа, который включает в себя систему осушки и очистки газа, систему регенерации и систему разгрузки.

Система осушки и очистки подключена к входу трубопровода 2 и включает расположенные по ходу газа водомаслоотделитель-фильтр 6, два параллельно подключенных адсорбера 7,8, концевой фильтр 9, расходное устройство 10 и невозвратный клапан 11, через который система осушки и очистки соединена с выходом трубопровода 2 перед невозвратным клапаном 5. Водомаслоотделитель-фильтр 6 сообщен с адсорберами 7,8 через невозвратный клапан с дюзой 12 и запорные клапаны - с электроприводом 13 и 14 соответственно. Концевой фильтр 9 сообщен с адсорберами 7,8 через невозвратные клапаны 15,16 соответственно.

Водомаслоотделитель-фильтр 6 через накопительную емкость 17, пневмоуправляемый клапан 18 соединен с продувочной емкостью 19.

Система регенерации блока осушки и очистки подключена к трубопроводу 2 после установленного на нем невозвратного клапана 5, и через запорный клапан с электроприводом 20 и невозвратные клапаны 21 и 22 соединена с адсорберами 7 и 8 соответственно, которые через пневмоуправляемые клапаны 23 и 24 соответственно и разгрузочный клапан 25 соединены с продувочной емкостью 19. Пневмополость запорного клапана 23 сообщена с выходным трубопроводом адсорбера 8, пневмополость запорного клапана 24 сообщена с выходным трубопроводом адсорбера 7. Пневмополость запорного клапана 18 сообщена с системой разгрузки блока осушки и очистки между запорным клапаном 26 и дюзой 27.

Управление устройством подготовки импульсного газа осуществляется с блока автоматического управления 28, который связан электрическими цепями с датчиками температур 29,30, с нагревательными элементами 31,32, установленными на корпусах адсорберов 7 и 8 соответственно и с электроприводным клапаном 20.

Блок управления 28 также соединен электрическими цепями с электроприводными клапанами 13 и 14.

Датчик перепада давления 4 электрической цепью связан с индикацией (сигнализацией) на пульте дистанционного управления 33.

Водомаслоотделитель-фильтр 6 включает в себя корпус 34, стакан 35, с накопительной шихтой, промежуточную вставку 36, фильтровальную кассету 37.

Пневмоклапаны 23,24 содержит запорный орган 38, касательно к которому установлена биметаллическая пластина 39, закрепленная на корпусе клапана 40, поршень 41 и упругий элемент (пружину) 42.

Работает установка следующим образом.

В установку подачи импульсного газа 1 сжатый природный газ поступает через вход трубопровода 2 и подается по касательной в полость водомаслоотделителя-фильтра 6 между внутренней стенкой корпуса 34 и стакана 35, наполненного шихтой, где под действием центробежных сил наиболее тяжелые частицы влаги и масла отбрасываются на стенку корпуса 34 и самотеком стекают в накопительную емкость. Далее газ, изменив направление, проходит через шихту стакана 35, многократно меняя направление, и оставляет на ней водомасляную эмульсию, которая также стекает в накопительную емкость 17, далее газ поступает в промежуточную вставку 36, где выравнивается эпюра скоростей, и затем поступает в фильтровальную кассету 37, выполненную из фильтрованных материалов, окончательно освобождаясь от водомасляной эмульсии в виде капель. Предварительно очищенный природный газ поступает на дальнейшую осушку в один из подготовленных адсорберов 7 или 8 через открытый электроприводной клапан соответственно 13 или 14.

В процессе прохождения газа через работающий на осушку, например, адсорбер 7 адсорбент, находящийся в нем, насыщается влагой, а осушенный и очищенный газ поступает в концевой фильтр 9, где окончательно очищается от механических примесей, аэрозолей и масляного тумана. Далее пройдя расходное устройство 10, обеспечивающее определенный расход газа через установку в пределах допустимого, предохраняя фильтровальные элементы и адсорбент от разрушений, газ через невозвратные клапаны 11 и 5 направляется через выход трубопровода 2 к потребителю импульсного газа.

После полного насыщения адсорбента влагой происходит переключение адсорберов, и ранее работавший на осушку первый адсорбер 7 включается на регенерацию, а второй отрегенерированный адсорбер 8 - на осушку. При этом из блока управления 28 подается сигнал на открытие электроприводного клапана 14 адсорбера 8 и закрытие электроприводного клапана 13 адсорбера 7. При заполнении газом под давлением адсорбера 8 часть газа через трубопровод, соединяющий систему осушки после второго адсорбера 8, поступает в пневмополость запорного клапана 23 первого адсорбера 7, открывая его для сбора остаточного газа и прохождения продувочного воздуха и продуктов регенерации через разгрузочный клапан 25 в продувочную емкость 19. Одновременно включаются нагревательные элементы 31 адсорбера 7, и начинается прогрев адсорбера через корпус адсорбера. При достижении температуры нагрева, необходимой для полной десорбции влаги (для цеолита типа NaX около 370^oС), от датчика температуры 29 поступает сигнал в блок автоматического управления 28 на отключение нагревательных элементов 31 и одновременно открытие электроприводного клапана 20, в результате чего через невозвратный клапан 21 происходит продувка адсорбента адсорбера 7 и отвод десорбированных компонентов сжатым газом, отбираемым на выходе установки 1 из трубопровода 2 после невозвратного клапана 5, через открытый пневмоклапан 23, разгрузочный клапан 25 в дренажную емкость 15. При остывании адсорбера до температуры 350^oС по сигналу от датчика температуры 29 нагревательные элементы 31 вновь включаются, а электроприводной клапан 20 закрывается, прекращая подачу газа в полость адсорбента 7. Такая циклическая (импульсная) подача газа происходит в течение всего времени нагрева адсорбера, необходимого для полного его восстановления.

По окончании работы установки 1 производится ее разгрузка (сброс давления), для чего открывают запорный клапан 26, и сбрасываемый газ разделяется на два потока: один направляется в пневмополость запорного клапана 18, открывая его, в результате чего находящаяся в накопительной емкости водомасляная эмульсия сбрасывается в продувочную емкость 19. Также сбрасывается обратным потоком через дюзу в невозвратном клапане 12 газ из системы осушки и очистки, очищая фильтровальные материалы и шихту водомаслоотделителя-фильтра 6. Второй поток газа через дюзу 27 плавно сбрасывается в продувочную емкость 19.

В аварийной ситуации для ее диагностики до разрыва мембраны мембранного устройства 3 датчик перепада давления 4 при достижении заданного перепада давления на мембране сигнализирует на пульт дистанционного управления 33 о неполадке.

При необходимости проведения регенерации одного из адсорберов 7(8) без работы другого адсорбера 8(7) на осушку открытие запорных пневмоуправляемых клапанов 23(24) (посредством преодоления усилия пружины 42 на поршень 41) осуществляется за счет давления газа, подаваемого на продувку адсорбента, и усилия от биметаллической пластины 39, закрепленной в корпусе 40 клапана и воздействующей на запорный орган 38 за счет ее прогиба при нагреве в результате теплопередачи от нагревательных элементов 31(32) и потока газа. В этом случае проведения регенерации при нагреве адсорбента до 350^oС электроприводной клапан 20 остается открытым в течение всего времени регенерации.

Предлагаемая установка обладает высокой экономичностью и надежностью работы.

Формула изобретения

1. Установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов, включающая систему трубопроводов, систему электрооборудования, блок автоматического управления, и подключенный к транспортному газопроводу природного газа блок осушки и очистки газа, при этом вход и выход установки соединены между собой напрямую трубопроводом с установленными на нем мембранным разрывным устройством и невозвратным клапаном, а блок осушки и очистки газа включает в себя систему осушки с невозвратными и запорными клапанами, систему регенерации с запорными клапанами, систему разгрузки с продувочной емкостью и содержит последовательно подключенные по ходу газа водомаслоотделитель, промежуточный фильтр, два параллельно подключенных последовательно регенерируемых адсорбера, имеющих наружный обогрев посредством размещенных по наружному контуру баллонов адсорберов электрических нагревателей и датчиков температуры, и концевой фильтр, причем водомаслоотделитель соединен с продувочной емкостью системы разгрузки через накопительную емкость и запорный клапан, адсорберы подключены через невозвратные клапаны и запорный клапан с электроприводом системы осушки к соединяющему вход и выход установки трубопроводу после невозвратного клапана, и соединены с продувочной емкостью системы разгрузки через запорные клапаны системы регенерации, а концевой фильтр соединен с продувочной емкостью системы разгрузки трубопроводом, с установленными на нем запорным клапаном и дроссельной шайбой, отличающаяся тем, что водомаслоотделитель объединен с промежуточным фильтром в едином корпусе и его выход сообщен с продувочной емкостью через пневмоуправляемый клапан, пневмопривод которого соединен с трубопроводом системы разгрузки блока осушки и очистки газа на участке между дроссельной шайбой и запорным клапаном, причем запорные клапаны системы регенерации выполнены пневмоприводными, при этом выход первого адсорбера соединен с пневмоприводом запорного клапана второго адсорбера, а выход второго адсорбера соединен с пневмоприводом запорного клапана первого адсорбера.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что датчики температуры и нагревательные элементы адсорберов связаны через блок управления с запорным клапаном с электроприводом, установленным в системе регенерации между невозвратными клапанами и трубопроводом, соединяющим вход и выход установки.

3. Установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что после концевого фильтра блока осушки и очистки газа установлено расходное устройство.

4. Установка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что параллельно мембранному разрывному устройству подключен датчик перепада давления в трубопроводе, соединенный с устройством индикации на дистанционном пульте управления.

5. Установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что каждый пневмоуправляемый клапан системы регенерации, установленный на выходе из адсорбера, содержит биметаллическую пластину, установленную касательно запорному органу клапана и жестко закрепленную в корпусе клапана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4