Система впрыска одоранта природного газа
Изобретение относится к трубопроводному транспорту газа. Система впрыска одоранта природного газа для инжектирования одоранта в основную газовую магистраль содержит байпасный контур, вход которого соединен с секцией основной газовой магистрали, расположенной по течению потока газа в указанной магистрали до указанного контура, а выход соединен с секцией основной газовой магистрали, расположенной по течению потока газа в указанной магистрали за указанным контуром, бак для одоранта, расположенный в байпасном контуре, расходомер, расположенный в байпасном контуре, при этом расходомер обладает чувствительностью к характеристике потока текучей среды через расходомер и генерирует сигнал, характеризующий расход текучей среды, регулирующий клапан, установленный в байпасном контуре, и контроллер, связанный, с возможностью коммуникации, с расходомером и регулирующим клапаном, причем контроллер запрограммирован для управления регулирующим клапаном на основе полученного от расходомера сигнала, характеризующего поток текучей среды, с целью ввода заданного уровня одорированного газа в основную газовую магистраль. Изобретение также относится к способу одоризации природного газа. Техническим результатом изобретения является управление работой регулирующего клапана на основе получаемого от расходомера сигнала, характеризующего поток текучей среды. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в широком смысле к системам инжектирования (впрыска) одоранта (пахучего вещества) в газ, а более конкретно - к системам впрыска одоранта в природный газ с применением расходомерных контрольных устройств.
Уровень техники
В традиционно используемых устройствах впрыска одоранта природного газа при низких расходах газа применялись небольшие байпасные системы, а при высоких расходах - системы на основе насоса. Преимуществом байпасных систем является низкая стоимость. К их недостаткам относится трудность регулирования, приводящая к недостаточной или, наоборот, к чрезмерной одоризации при соответственно существенном увеличении или уменьшении расхода природного газа. Кроме того, для функционирования указанных систем требуются, во-первых, перепад давлений в трубопроводе, создаваемый такими устройствами, как регулирующий клапан, регулятор или какой-либо другой блок, понижающий давление, а во-вторых, - создание давления в емкости, в которой хранится одорант. У систем на основе насоса диапазон регулируемой величины несколько шире, причем для их функционирования не требуются ни разность давлений, ни повышение давления в емкости для хранения. Однако такие системы гораздо дороже, причем для них характерны проблемы надежности. В результате байпасные системы применяют в приложениях, характеризуемых низким расходом и пониженным давлением, причем в тех случаях, когда важным фактором являются затраты на монтаж. В свою очередь, насосы используют в приложениях, связанных с интенсивным расходом и с высоким давлением, когда критичным параметром является контролируемость расходов одоранта, а затраты на большие емкости для хранения, в которых создается высокое давление, перевешивают повышение стоимости вследствие использования насосной системы.
В последние годы были разработаны системы впрыскивания одоранта в природный газ, снабженные механизмом впрыска под давлением. Указанные системы являются альтернативой в приложениях, характеризуемых промежуточным и низким расходом/давлением. Как и в случае байпасных систем, для их функционирования требуются перепад давлений и повышение давления в емкости для хранения. Этот недостаток отсутствует в системах на основе насоса, предназначенных для приложений, которые связаны с подачей газа под очень высоким давлением. Для контроля скоростей впрыска в системах инжекции под давлением используют соленоидные клапаны, причем предусмотрена возможность регулировать как длительность открытого состояния клапана, так и время задержки между открываниями. В результате резко увеличивается диапазон регулируемой величины, что является ключевым преимуществом по сравнению с насосными и байпасными системами. Кроме того, соленоидные клапаны принципиально более надежны, чем насосы. Что касается байпасных систем, то они вследствие своей низкой стоимости все еще находят применение в приложениях, характеризуемых очень низким расходом.
Ключевой проблемой для систем с инжектированием (впрыском) под давлением является использование в них калиброванного цилиндра, который применяют с целью отслеживания расхода впрыскиваемого вещества и при перекалибровке режима работы соленоида во времени. Это несколько увеличивает размеры и сложность системы. Кроме того, каждый раз при повторном заполнении калибровочного/инжекторного цилиндра небольшое количество природного газа с высокой насыщенностью одорантом приходится выпускать в атмосферу.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематичный чертеж системы впрыска одоранта в природный газ, сконструированной согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой схематичный чертеж другого примера системы впрыска одоранта в природный газ.
Фиг.3 представляет собой схематичный чертеж одного из примеров бака, примененного в показанной на фиг.2 системе впрыска одоранта в природный газ.
Фиг.4 представляет собой схематичный чертеж другого примера бака, примененного в показанной на фиг.2 системе впрыска одоранта в природный газ.
Фиг.5 представляет собой принципиальную схему одного из примеров контроллера, примененного в показанной на фиг.2 системе впрыска одоранта в природный газ.
Фиг.6 представляет собой схематичный чертеж следующего примера системы впрыска одоранта в природный газ.
Фиг.7 представляет собой схематичный чертеж еще одного примера системы впрыска одоранта в природный газ.
Фиг.8 представляет собой блок-схему одного из примеров функционирования показанной на фиг.2 системы впрыска одоранта в природный газ.
Представленные в данном описании способ и система допускают различные модификации и альтернативные конструкции. На чертежах представлены конкретные варианты их осуществления, приведенные в иллюстративных целях. Далее эти варианты будут описаны более подробно. Однако следует иметь в виду, что не предполагается ограничить изобретение какими-то специфическими формами. Напротив, изобретение охватывает все модификации, альтернативные конструкции и эквивалентные варианты, находящиеся в границах данного описания и прилагаемой формулы.
Осуществление изобретения
Описанную далее систему впрыска одоранта в природный газ применяют для того, чтобы придать запах ничем не пахнувшему природному газу. По существу, одоризацию такого рода можно осуществить путем отвода природного газа, не имеющего запаха, из основной газовой магистрали с дальнейшей его одоризацией посредством жидкого одоранта и/или путем оказания на одорант давления со стороны не имеющего запаха природного газа, в результате чего одорированный газ и/или одорант инжектируются обратно в основную газовую магистраль.
На фиг.1 представлена система впрыска одоранта в природный газ, обозначенная в целом как 20 и сконструированная согласно изобретению, раскрытому в настоящем описании. Как видно из чертежа, указанная система в данном варианте осуществления изобретения содержит байпасный контур 22, в который включены бак 24, регулирующий клапан (S) 26, первый расходомер (FM) 28 и контроллер 30.
Как показано на фиг.1, байпасный контур 22 у его входа 34 может быть отведен от основной газовой магистрали 32 и своим выходом 36 вновь подключен к ней. Данная магистраль у входа 34 содержит природный газ, не имеющий запаха и находящийся под давлением, которое может лежать в интервале 42×104-1050×104 Па. Однако далее в целях краткости и упрощения изложения система 20 будет описана для рабочих условий, в которых давление в основной газовой магистрали 32 у входа 34 составляет приблизительно 350×104 Па.
Чтобы гарантировать возможность впрыска одорированного газа и/или одоранта в основную газовую магистраль 32 через выход 36 байпасного контура 22, давление в байпасном контуре у указанного выхода должно быть больше, чем в магистрали 32. Такой перепад давлений можно осуществить различным образом. Например, как видно из фиг.1, давление в основной газовой магистрали 32 между входом 34 и выходом 36 байпасного контура 22 можно понизить с помощью регулятора (R) 38. Указанный регулятор 38 может содержать, не ограничиваясь этими узлами, регулятор перепада давлений и регулятор постоянного давления. Можно использовать регулятор любого типа, позволяющий понизить первое давление до уровня второго давления. В приведенном варианте осуществления регулятором 38 может быть регулятор постоянного давления, поддерживающий давление в основной газовой магистрали 32 после регулятора 38 приблизительно равным 210×104 Па. Если давление в байпасном контуре 22 у выхода 36 равно приблизительно 350×104 Па, то при давлении в основной газовой магистрали 32 у этого же выхода, приблизительно равном 210×104 Па, можно гарантировать, что формируется надлежащий перепад давлений и появляется возможность инжектировать одорированный газ и/или одорант из выхода 36 в магистраль 32.
Как показано на фиг.2, в порядке альтернативы в другом варианте осуществления изобретения можно, наряду с основной газовой магистралью 32, индуцировать изменение (конкретнее - понижение) давления и в байпасном контуре. Например, из фиг.2 видно, что имеется возможность поместить в указанном контуре между входом 34 и выходом 36 регулятор 40. Он может быть, по существу, аналогом регулятора 38, но возможен и любой другой тип регулятора, позволяющий понизить первое давление до второго давления. В этом варианте осуществления изобретения регулятором 40 может быть регулятор постоянного давления, настроенный на уровень давления в байпасном контуре 22 после регулятора 40, составляющий приблизительно 280×104 Па. Если давление в байпасном контуре 22 у выхода 36 равно приблизительно 280×104 Па, то при давлении в основной газовой магистрали 32 у этого же выхода, приблизительно равном 210×104 Па, можно гарантировать, что формируется надлежащий перепад давлений и появляется возможность инжектировать одорированный газ и/или одорант из выхода 36 в магистраль 32.
Показанный на фиг.1, 2, 3 и 4 бак 24 содержит одорант, который, в частности, в данном конкретном варианте осуществления изобретения хранится в жидкой фазе и предназначен для одоризации природного газа. Точнее, как следует из фиг.3, не имеющий запаха газ может поступать в бак 24 через его вход 42 и насыщаться одорантом, барботируясь через него, или каким-либо другим образом. После этого газ в одорированной форме покидает бак 24 через его выход 44. В альтернативном варианте, показанном на фиг.4, не имеющий запаха газ может через вход 42 бака поступать в бак 24, создавая тем самым давление в баке. Указанное давление может заставить одорант (без газа) покинуть бак через его выход 44. Кроме того, характер истечения одоранта из бака 24 через его выход 44 может представлять собой комбинацию приведенных выше вариантов осуществления изобретения. Например, такой одорант может быть полностью газообразным, полностью жидким или смесью этих состояний. В последнем случае одорант, выходящий из бака 24 через выход 44, может быть частично газообразным, а частично жидким.
На фиг.2 показано, что одорант до своего поступления в основную газовую магистраль 32 может проходить через регулирующий клапан 26 и расходомер 28. Для первого из этих устройств пригоден любой тип клапана, позволяющий регулировать поток текучей среды, причем независимо от того, является эта среда жидкой и/или газообразной. В частности, таким клапаном может быть соленоидный клапан, способный периодически находиться в открытом или закрытом состоянии в течение определенного периода времени или открываться и закрываться с заданным интервалом между указанными действиями. Кроме того, в данном варианте осуществления клапан 26 может быть подключен, с возможностью коммуникации, к контроллеру 30, например, посредством провода или с помощью беспроводных средств связи.
В качестве расходомера 28 можно применять расходомер любого типа, позволяющий измерять расход текучей среды, причем независимо от того, является она жидкой и/или газообразной. Например, расходомер может представлять собой любой из множества разновидностей приборов такого назначения, включая вихревой, турбинный, электромагнитный и ультразвуковой расходомеры, расходомер Кориолиса и расходомер постоянного перепада давления, причем приведенный перечень не имеет ограничительного характера. В зависимости от типа используемого расходомера можно измерять один или несколько переменных параметров текучей среды. В приведенном в качестве примера варианте осуществления изобретения расходомер 28 Кориолиса измеряет массу жидкого одоранта при его прохождении через прибор. Точнее, расходомер 28 измеряет поток одоранта, анализируя изменения силы Кориолиса, создаваемой одорантом. Указанная сила генерируется в массе, движущейся внутри вращающейся системы координат. Такое вращение создает направленное наружу угловое ускорение, которое при соотнесении с линейной скоростью определяет силу Кориолиса. С учетом массы одоранта сила Кориолиса пропорциональна удельному массовому расходу данной текучей среды. Кроме того, расходомер 28 может быть подключен, с возможностью коммуникации, к контроллеру 30, например, посредством провода или с помощью беспроводных средств связи.
Как показано на фиг.2, на участке, ограниченном с одной стороны входом 34 байпасного контура 22 и/или первым регулятором 38, а с другой - выходом 36 указанного контура, можно поместить второй расходомер (FM) 46. Так же, как и в случае расходомера 28, этот расходомер может представлять собой любой из множества разновидностей приборов такого назначения, включая вихревой, турбинный, электромагнитный и ультразвуковой расходомеры, расходомер Кориолиса и расходомер постоянного перепада давления, причем приведенный перечень не имеет ограничительного характера. В зависимости от типа используемого расходомера можно измерять один или несколько переменных параметров текучей среды. В данном варианте осуществления изобретения расходомер 46 измеряет объемный расход протекающего через него природного газа, не прошедшего одоризацию.
Контроллер 30, как видно из фиг.5, может содержать память 52 для хранения программ, микроконтроллер или микропроцессор (МР) 54, оперативную память (RAM) 56, а также цепь 58 входа/выхода (I/O). Все эти элементы можно соединить друг с другом с помощью адресно-информационной шины 60. Следует иметь в виду, что хотя на чертеже показан только один микропроцессор 54, для контроллера предусмотрена возможность наличия дополнительных микропроцессоров. Аналогичным образом, память контроллера может содержать несколько модулей 52, 56 памяти. Кроме того, хотя цепь 58 входа/выхода представлена на чертеже в виде единого блока, подразумевается, что она может представлять собой несколько таких цепей различного типа.
Дополнительно и/или в порядке альтернативы контроллер 30 может представлять собой программируемый логический контроллер или какой-либо другой тип механического и/или электрического устройства, способного включать, выключать и/или регулировать регулирующий клапан 26, первый расходомер 28 и/или второй расходомер 46.
Приведенные выше примеры вариантов осуществления изобретения могут включать в себя множество модификаций, ориентированных на достижение и/или создание дополнительных или альтернативных характеристик. В частности, в системе 20 предусмотрена возможность изменять выполнение или местоположение различных компонентов. Например, регулятор (R) 40 можно установить до бака 24 или за ним. Аналогичным образом, расходомер 28 и/или регулирующий клапан 26 могут (может) располагаться за баком 24 (см. фиг.6) или до него (этот вариант показан на фиг.7). Регулирующий клапан 26 также необязательно устанавливать в потоке текучей среды за расходомером 28. Это можно сделать в любой точке до указанного расходомера, как это показано на фиг.6. Кроме того, система 20 может содержать такие дополнительные компоненты, как один или несколько обратных клапанов (С) 62 (см. фиг.7), расположенных в байпасном контуре 22. Согласно фиг.7 такой клапан можно поместить между регулирующим клапаном 26 и выходом 36 контура 22. Тем самым предотвращается попадание газа, не прошедшего одоризацию, из основной газовой магистрали 32 в байпасный контур 22 через его выход 36.
На фиг.8 в виде блок-схемы проиллюстрирован способ 100 впрыска одоранта в природный газ, реализуемый системой 20. В качестве примера способ 100 может начинаться с блока (шага) 102 обеспечения подачи в основную газовую магистраль (ОГМ) 32 неодорированного природного газа (НПГ) под первым давлением. В блоке 104 НПГ может быть отведен из ОГМ 32 через вход 34 в байпасный контур (БК) 22, причем предусмотрена возможность передачи контроля блоку 106. В блоке 106 давление в БК 22 можно понизить до второго давления посредством регулятора 40 или какого-то другого устройства подобного типа. В блоке 108 НПГ может поступать в бак 24, содержащий одорант, повышая при этом давление в баке и, таким образом, принуждая одорант перемещаться из бака 24 по направлению к выходу 36 БК 22. В альтернативном варианте и/или дополнительно в блоке 110 природный газ может пройти в бак 24 и насытиться одорантом, после чего он будет вытесняться из бака 24 по направлению к выходу 36. В блоке 112 может быть определен расход одоранта из блока 108 и/или расход насыщенного газа из блока 110 с передачей контроля блоку 114. В блоке 114 расход, полученный в блоке 112, можно отослать контроллеру 30 с передачей контроля блоку 122.
В блоке 116 давление НПГ, находящегося в основной газовой магистрали (ОГМ) 32, можно понизить до третьего давления, лежащего ниже второго давления. Осуществляют это посредством регулятора 38 или какого-то другого устройства подобного типа. В блоке 118 может быть определен расход природного газа, не прошедшего одоризацию (НПГ), из блоков 102 и/или 116 с передачей контроля блоку 120. В блоке 120 расход, полученный в блоке 118, можно отослать контроллеру 30 с передачей контроля блоку 122.
В блоке 122 контроллер 30 может сопоставить информацию, полученную из блоков 122 и 120, т.е., более конкретно, сравнить расход природного газа, полученный в блоке 118, с расходом одоранта и/или с расходом насыщенного газа, полученным в блоке 112. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения расходы, полученные из блоков 118 и 112, могут составлять соответственно 27000 м3/час и 0,45 кг/час. Эти расходы анализируются контроллером 30 с целью подтверждения надлежащей одоризации природного газа основной магистрали 32 одорантом в байпасном контуре 22. Например, если запрограммировать контроллер 30 на получение одорированного газа, в котором концентрация жидкого одоранта составляет 0,45 кг в расчете на 27000 м3 природного газа, контроллер 30 в решающем блоке 124 (изображенном на фиг.8 в виде ромба) может определить, что полученные в блоках 118 и 112 соотношения или расходы обеспечивают одоризацию природного газа в основной магистрали 32 надлежащим образом, т.е. никаких действий со стороны контроллера 30 не требуется. Затем контроль можно передать блоку 122.
Однако, если при том же расходе 0,45 кг/ч, полученном в блоке 112, расход, полученный в блоке 118, составляет 54000 м3, контроллер 30 в решающем блоке 124 может определить, что соотношение или расход, полученные в блоке 118, слишком велики по сравнению с расходом в блоке 112. По решению блока 124 контроллер 30 может самостоятельно передать контроль блоку 126. В результате в блоке 126 регулирующий клапан 26 открывается или раскрывается еще больше, выводя систему на уровень концентрации жидкого одоранта 0,45 кг в расчете на 27000 м3 природного газа. Затем контроль можно передать блоку 122.
Аналогичным образом, в том случае, когда при расходе 0,45 кг/ч, полученном в блоке 112, расход, полученный в блоке 118, составляет 13500 м3, контроллер 30 в решающем блоке 124 может определить, что соотношение или расход, полученные в блоке 118, слишком малы по сравнению с расходом в блоке 112. По решению блока 124 контроллер 30 может передать контроль блоку 126. В результате регулирующий клапан закрывается или прикрывается еще больше, выводя систему на уровень концентрации жидкого одоранта 0,45 кг в расчете на 27000 м3 природного газа. Затем контроль можно передать блоку 122.
Представленные в настоящем описании конкретные варианты осуществления изобретения преследуют только иллюстративные цели и не имеют ограничительного характера. Специалистам в этой области будет понятно, что в приведенных вариантах возможны изменения, добавления или изъятия, не выходящие за границы идеи и объема сущности изобретения.
1. Система впрыска одоранта природного газа для инжектирования одоранта в основную газовую магистраль, содержащая:
байпасный контур, вход которого соединен с секцией основной газовой магистрали, расположенной по течению потока газа в указанной магистрали до указанного контура, а выход соединен с секцией основной газовой магистрали, расположенной по течению потока газа в указанной магистрали за указанным контуром,
бак для одоранта, расположенный в байпасном контуре,
расходомер, расположенный в байпасном контуре, при этом расходомер обладает чувствительностью к характеристике потока текучей среды через расходомер и генерирует сигнал, характеризующий расход текучей среды, регулирующий клапан, установленный в байпасном контуре, и
контроллер, связанный, с возможностью коммуникации, с расходомером и регулирующим клапаном, причем контроллер запрограммирован для управления регулирующим клапаном на основе полученного от расходомера сигнала, характеризующего поток текучей среды, с целью ввода заданного уровня одорированного газа в основную газовую магистраль.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что расходомер представляет собой расходомер типа расходомера Кориолиса, а сигнал, характеризующий поток текучей среды, соответствует массовому расходу текучей среды через расходомер.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что регулирующий клапан представляет собой соленоидный клапан.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что расходомер и регулирующий клапан выполнены как единый блок.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что регулирующий клапан расположен в байпасном контуре до расходомера.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что регулирующий клапан расположен в байпасном контуре за расходомером.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что текучая среда, выходящая из бака для одоранта, представляет собой жидкость или газ.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит обратный клапан, расположенный в байпасном контуре за баком для одоранта.
9. Система впрыска одоранта природного газа для инжектирования одоранта в основную газовую магистраль, в которой установлено первое устройство понижения давления с образованием первой секции, расположенной по течению потока текучей среды в указанной магистрали до первого устройства понижения давления, и второй секции, расположенной по течению потока текучей среды в указанной магистрали за первым устройством понижения давления, так что текучая среда, протекающая через основную газовую магистраль, имеет первое давление в первой секции и второе давление, которое ниже, чем первое давление, во второй секции, при этом система содержит:
байпасный контур, имеющий вход, соединенный с первой секцией основной газовой магистрали, и выход, соединенный со второй секцией основной газовой магистрали,
второе устройство понижения давления, расположенное в байпасном контуре с возможностью придания текучей среде, протекающей через байпасный контур, на выходе указанного второго устройства третьего давления, превышающего второе давление,
бак для одоранта, расположенный в байпасном контуре,
первый расходомер, расположенный в байпасном контуре, при этом первый расходомер обладает чувствительностью к характеристике потока текучей среды через первый расходомер и генерирует сигнал, характеризующий поток текучей среды в байпасном контуре,
регулирующий клапан, расположенный в байпасном контуре, и
контроллер, связанный, с возможностью коммуникации, с первым расходомером и регулирующим клапаном, причем контроллер запрограммирован для управления регулирующим клапаном на основе полученного от первого расходомера сигнала, характеризующего поток текучей среды в байпасном контуре, с целью ввода заданного уровня одорированного газа в основную газовую магистраль.
10. Система по п.9, отличающаяся тем, что первый расходомер представляет собой расходомер типа расходомера Кориолиса, а сигнал, характеризующий поток текучей среды, соответствует массовому расходу текучей среды через расходомер.
11. Система по п.9, отличающаяся тем, что текучая среда, выходящая из бака, представляет собой или жидкость, или газ.
12. Система по п.9, отличающаяся тем, что регулирующий клапан расположен в байпасном контуре за баком.
13. Система по п.12, отличающаяся тем, что дополнительно содержит обратный клапан, расположенный в байпасном контуре за баком.
14. Система по п.9, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второй расходомер, расположенный во второй секции основной газовой магистрали, при этом второй расходомер обладает чувствительностью к характеристике потока текучей среды через второй расходомер и генерирует сигнал, характеризующий основной поток текучей среды.
15. Система по п.14, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно связан, с возможностью коммуникации, со вторым расходомером и запрограммирован для управления регулирующим клапаном на основе как сигнала, характеризующего основной поток текучей среды, так и сигнала, характеризующего поток текучей среды в байпасном контуре.
16. Способ одоризации природного газа, включающий:
понижение давления основного газового потока от первого давления в первой секции до второго давления во второй секции,
отведение части основного газового потока из первой секции с созданием вспомогательного газового потока,
одоризацию вспомогательного газового потока одорантом,
определение расхода одорированного вспомогательного газового потока,
передачу расхода одорированного вспомогательного газового потока контроллеру, и
управление одорированным вспомогательным газовым потоком, подаваемым в основной газовый поток во второй секции, посредством контроллера на основе расхода одорированного вспомогательного газового потока, с целью ввода заданного уровня одорированного вспомогательного газового потока в основной газовый поток.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что дополнительно включает понижение давления вспомогательного газового потока от первого давления до третьего давления, превышающего второе давление.
18. Способ по п.16, отличающийся тем, что дополнительно включает определение расхода основного газового потока во второй секции.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что дополнительно включает передачу контроллеру значений расхода основного газового потока во второй секции.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что дополнительно включает управление одорированным вспомогательным газовым потоком, подаваемым в основной газовый поток во второй секции, посредством контроллера на основе как расхода одорированного вспомогательного газового потока, так и расхода основного газового потока во второй секции.
