Автоматический редуцирующий пункт
Владельцы патента RU 2347973:
Общество с ограниченной ответственностью Завод "Саратовгазавтоматика" (RU)
Изобретение относится к трубопроводному транспорту и предназначен для снижения высокого переменного давления газа и поддержания выходного давления на заданном уровне. Автоматический редуцирующий пункт содержит установленные в металлическом шкафу параллельно включенные редуцирующие линии и подогреватель газа, каждая из которых имеет фильтр, два последовательно установленных регулятора давления, элементы защиты от превышения давления и сбросной клапан, а также подогреватель газа, содержащий каталитический термоэлектрический генератор с камерой каталитического окисления газа, к противоположным боковым поверхностям которой прикреплены полупроводниковые термоэлектрические батареи, расположенные между пластинчатыми радиаторами. К камере каталитического окисления газа подведена инжекционная система подачи топлива, а над камерой вокруг вытяжной трубы размещен теплообменник в виде спирального трубопровода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Автоматический редуцирующий пункт относится к технологическому газовому оборудованию и предназначен для снижения высокого переменного давления газа и поддержания выходного давления на заданном уровне. Автоматический редуцирующий пункт может быть применен для питания газом от магистральных газопроводов промышленных объектов, населенных пунктов и отдельных потребителей газа.
Известен редуцирующий пункт, представляющий собой устройство для регулирования и защиты при редуцировании давления газа (А.С. №219487, МПК F21f), содержащий регуляторы первой и второй ступеней редуцирования, элементы защиты от превышения давления после второй ступени редуцирования и запорный орган, в который встроен усилитель импульса с питанием от давления после первой ступени редуцирования. Измерительная полость запорного органа соединена с линией после первой ступени редуцирования через клапан предельного давления и с линией давления после второй ступени - через дроссель.
Недостатком данного устройства является отсутствие подогрева редуцируемого газа. Из-за этого на стенках трубопроводов происходит образование гидратов, что снижает надежность работы устройства.
Известен также редуцирующий пункт, представляющий собой устройство для распределения бытового газа (RU №2088838, МКИ F17D 1/04, 1997 г.), содержащий отсечную, запорную арматуру, технологический фильтр, блок редуцирования, установленный на входном коллекторе высокого давления, включающий несколько ступеней редуцирования с последовательным расположением регуляторов давления. Выход каждой ступени редуцирования соединен соответственно с узлами защиты каждой ступени. Узел автоматики снабжен блоком автоматики, связанным линиями управления с узлами устройства.
Данное устройство также не обеспечено узлом подогрева газа, что снижает надежность работы.
Наиболее близким к заявляемому устройству является автоматический редуцирующий пункт РП-10 (А.Н.Крошко, Автономные энергоустановки на газопроводах, М., «Недра», 1983 г., стр 81-89), состоящий из блока редуцирования и подогревателя газа, расположенных в металлическом шкафу. Блок редуцирования содержит параллельно включенные две редуцирующие линии, одинаковые по настройке и составляющему оборудованию. Каждая линия содержит фильтр, последовательно включенные регуляторы давления, элементы защиты от превышения давления - отсекатель, предохранительный клапан и клапан сбросной. Подогреватель газа представляет собой камеру сгорания с вытяжной трубой, в которой установлена газовая горелка и теплообменник в виде отрезка трубопровода.
Однако данное устройство не отвечает требованиям безопасности и надежности работы за счет того, что обогрев газа происходит газовой горелкой с открытым пламенем. Открытое пламя при изменении газовоздушной смеси может привести к взрывоопасному состоянию. Газовая горелка недостаточно надежна в работе и требует постоянного контроля и обслуживания в процессе работы.
Задачей создания заявляемого устройства является повышение безопасности и надежности работы за счет изменения системы нагрева газа без использования открытого пламени в камере сгорания. Кроме этого предложенное изменение системы нагрева дополнительно дает возможность осуществлять непрерывный контроль работы редуцирующих линий.
Решение указанной задачи достигается за счет того, что автоматический редуцирующий пункт содержит установленные в металлическом шкафу блок редуцирования с параллельно включенными редуцирующими линиями, каждая из которых имеет фильтр, два последовательно установленных регулятора давления, элементы защиты от превышения давления и сбросной клапан, а также подогреватель газа, содержащий камеру сгорания с вытяжной трубой и теплообменник. Устройство отличается тем, что камера сгорания выполнена в виде камеры каталитического окисления газа, к противоположным боковым поверхностям которой прикреплены полупроводниковые термоэлектрические батареи, расположенные между пластинчатыми радиаторами. К камере каталитического окисления газа подведена инжекционная система подачи топлива. Таким образом огневая камера сгорания заменена на каталитический термоэлектрический генератор. Над камерой каталитического окисления вокруг вытяжной трубы размещен теплообменник в виде спирального трубопровода. Кроме этого к термоэлектрическим батареям подключен дополнительно блок управления, содержащий аварийные датчики и блок автоматики, который имеет контакты с аварийными датчиками, с элементами защиты от изменения давления на выходе редуцирующих линий и с входным устройством отключения автоматического редуцирующего пункта.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема автоматического редуцирующего пункта, на фиг.2 представлена конструкция каталитического термоэлектрического генератора.
Автоматический редуцирующий пункт состоит из двух блоков (фиг.1): блока редуцирования 1 и подогревателя газа 2, которые размещены в металлическом шкафу. Блок редуцирования 1 содержит две параллельные рабочие линии, одинаковые по настройке, производительности и составляющему оборудованию. Каждая редуцирующая линия имеет сетчатый фильтр 3, два последовательно установленных регулятора давления: редуктор 4, в качестве которого применен воздушный редуктор РВ-90 и регулятор давления второй ступени 5, в качестве которого применен регулятор РДС-ПС-09 с точностью поддержания давления 1%. Элементы защиты от превышения давления расположены на отдельных участках редуцирующих линий. Между фильтром и редуктором расположен отсекатель 6, соединенный через дроссель 7 с выходом регулятора давления 5. Между регуляторами давления подключен предохранительный клапан 8. На выходе редуцирующих линий установлен сбросной клапан 9 для отвода в атмосферу излишнего количества газа через свечу 10. Элементом защиты от изменения давления на выходе редуцирующих линий является манометр 25 с электроконтактами, которые замыкаются при изменении выходного давления выше или ниже допустимой нормы. На трубопроводах редуцирующих линий установлены краны и вентили для подключения линии и отдельных ее элементов, а также обслуживания этих линий.
В шкафу подогревателя газа 2 расположен каталитический термоэлектрический генератор 11 (фиг.2), содержащий камеру каталитического окисления 12 с вытяжной трубой 13, выведенной из шкафа. Вытяжная труба имеет в верхней части защитный колпачок 14. Камера 12 представляет собой замкнутую полость, заполненную гранулированным катализатором. К двум противоположным боковым поверхностям камеры каталитического окисления 12 прикреплены полупроводниковые термоэлектрические батареи 15, зажатые посредством пружинной системы между двумя пластинчатыми радиаторами 16. К камере каталитического окисления подведена инжекционная система подачи топлива, включающая газовый тракт 17, на входе которого расположен фильтр тонкой очистки газа 18. К газовому тракту подключены регулятор расхода газа 19 с контрольным манометром 20 и инжектор 21 с триммером и форсунками, через который подают газовую смесь в камеру каталитического окисления 12. Конструктивно каталитический термоэлектрический генератор может состоять из трех идентичных секций, отображенных на фиг.2, имеющих общий газовый тракт для подвода газа к трем инжекционным системам. Газ к инжекционной системе поступает через клапан 22 с выхода редуцирующих линий. На выходе термоэлектрический генератор имеет отсек электроприборов, где размещены контрольные приборы (амперметр, вольтметр), клеммная коробка, к которой подведены электрические выводы от всех полупроводниковых термоэлектрических батарей, и клеммная панель с общим электровыводом термоэлектрического генератора.
Подогрев редуцируемого газа осуществляется в теплообменнике 23, который представляет собой отрезок трубопровода в виде спирали, размещенной вокруг вытяжной трубы 13 над камерой каталитического окисления 12 в блоке подогревателя газа 2. На входе подогревателя газа 2 установлен вентиль (шаровой кран) 24 для подачи редуцируемого газа из трубопровода в теплообменник 23. Шаровой кран 24 имеет электропневмотический привод и представляет собой устройство для отключения автоматического редуцирующего пункта.
К общему электровыводу каталитического термоэлектрического генератора 11 подключен блок управления 26, размещенный в отдельном металлическом отсеке. Блок управления содержит блок стабилизации напряжения параллельного типа 27, к которому подключены аварийные датчики, например, пожарный датчик 28 и блок автоматики 29. Блок автоматики 29 имеет контакты с аварийными датчиками 28, с устройством защиты от изменения давления на выходе редуцирующих линий - с электроконтактами выходного манометра 25 редуцирующих линий, а также с входным устройством отключения автоматического редуцирующего пункта - с элетропневматическим приводом входного вентиля 24 подачи газа. При превышении давления или срабатывании аварийного датчика блок автоматики 29 подает сигнал на закрытие входного вентиля 24 высокого давления.
Автоматический редуцирующий пункт работает следующим образом. Газ высокого давления по трубопроводу подают в подогреватель газа 2 (входной вентиль 24 открыт), где в теплообменнике 23 осуществляется общий подогрев редуцируемого газа с целью исключения гидратообразования. Нагрев газа происходит за счет выделенного тепла при работе каталитического термоэлектрического генератора 11. Каталитический термоэлектрический генератор преобразует тепловую энергию, которая выделяется в результате каталитического беспламенного окисления газовоздушного топлива кислородом воздуха, в электрическую посредством полупроводниковой термоэлектрической батареи 15. Для работы каталитического термоэлектрического генератора подают газ низкого давления с выхода редуцирующих линий через клапан 22. Газ проходит через фильтр тонкой очистки 18 и поступает к регулятору расхода газа 19, понижающему давление до 0,15-0,30 кг/см2. Давление контролируют по манометру 20. Затем газ по газовому тракту подводят к форсункам и через них к инжекторам 21. Регулирование подачи газа осуществляет триммер инжектора 21. При этом через отверстия в инжекторе 21 происходит засасывание воздуха и формирование топлива газовоздушной смеси нужной концентрации для работы каталитической камеры окисления 12. В каталитической камере 12 происходит полное окисление готовой горючей смеси в слое гранулированного катализатора. Продукты сгорания - пары воды и углекислого газа через вытяжную трубу 13 выбрасываются в атмосферу. Колпачок 14 предохраняет каталитическую камеру от воздействия атмосферных осадков. Процесс каталитического окисления начинается после поджога газовоздушной смеси от факела через вытяжную трубу 13. Каталитическая камера 12 имеет тепловую изоляцию, позволяющую максимально использовать и сконцентрировать тепловой поток на полупроводниковые термоэлектрические батареи 15. Одна поверхность полупроводниковых термоэлектрических батарей 15, контактирующая с каталитической камерой 12, нагревается до температуры порядка 300°С, другая, прижатая к радиаторам 16, имеет температуру порядка 100°С. Радиатор 16 сбрасывает тепло в атмосферу и охлаждается. Часть тепла, проходящая через полупроводниковые термоэлектрические батареи 15, преобразуется в электрическую энергию. Нагрев газа, поступающего из трубопровода для последующего редуцирования, происходит в теплообменнике 23, расположенном вокруг вытяжной трубы 13 за счет нагретой каталитической камеры 12 и горячего воздуха, который поднимается вверх от пластин радиатора 16. Нагретый газ поступает на вход редуцирующих линий блока редуцирования 1. Редуцирование осуществляют одной линией, при этом вторая линия находится в резерве. Редуцирующая линия осуществляет снижение давления газа до заданного уровня, контроль давления и защиту выходного трубопровода от недопустимого повышения давления. В сетчатом фильтре 3 редуцирующей линии газ подвергается очистке от механических примесей, проходит через отсекатель 6 и поступает к редуктору 4, где давление снижается до 6 кг/см2. Далее газ поступает к регуляторам 5, снижающим давление до заданного значения. Автоматический редуцирующий пункт позволяет снижать давление газа с 125 кг/см2 до 0,1-0,5 кг/см2. Давление контролируют по манометру 25. После регуляторов давления 5 газ проходит в выходной трубопровод и поступает потребителю. Элементы защиты от превышения давления срабатывают при увеличении давления на отдельных участках редуцирующих линий. Отсекатель 6 контролирует давление газа на выходе редуцирующих линий через дроссель 11. При увеличении давления на выходе выше допустимого предела отсекатель 6 срабатывает и перекрывает проход газа в редуцирующие линии. Предохранительный клапан 8 контролирует давление газа на выходе редуктора 4. При увеличении давления выше допустимого предохранительный клапан 8 сбрасывает газ в импульсную линию отсекателя 6, который срабатывает и перекрывает проход газа в неисправную редуцирующую линию. Сбросной клапан 9 срабатывает при превышении выходного давления газа и сбрасывает излишнее количество газа через свечу 10 в атмосферу при неисправной редуцирующей линии в случае отказа отсекателя 6, а также утечки газа при отключении редуцирующей линии.
Контроль давления на выходе редуцирующего пункта осуществляет блок управления 26. При превышении или понижении выходного давления электроконтакты манометра 25 замыкаются и подают сигнал на блок автоматики 29 блока управления 26, который срабатывает и подает сигнал на электропневматический привод на закрытие входного вентиля 24 подачи газа. Также при сигнале, поступающем от аварийных датчиков 28, например, в случае пожара блок автоматики 29 срабатывает и отключает входной вентиль 24 подачи газа на редуцирующий пункт.
Таким образом, конструкция автоматического редуцирующего пункта позволяет повысить безопасность работы за счет исключения открытого пламени газовой горелки и осуществления нагрева газа путем использования тепла, полученного в процессе каталитического окисления в каталитическом термоэлектрическом генераторе. Электроэнергия, вырабатываемая термоэлектрическим генератором, используется для работы блока управления, осуществляющего контроль работы автоматического редуцирующего пункта.
Автоматический редуцирующий пункт предназначен для питания газом от магистральных газопроводов и отводов с давлением до 125 кг/см2 отдельных потребителей промышленных и сельскохозяйственных объектов, населенных пунктов. Автоматический редуцирующий пункт может эксплуатироваться на открытом воздухе в районах с сейсмичностью до 6 баллов с умеренным климатом при температуре окружающего воздуха от -40 до +50°С.
1. Автоматический редуцирующий пункт, содержащий установленные в металлическом шкафу блок редуцирования с параллельно включенными редуцирующими линиями, каждая из которых имеет фильтр, два последовательно установленных регулятора давления, элементы защиты от превышения давления и сбросной клапан, а также подогреватель газа, содержащий камеру сгорания с вытяжной трубой и теплообменник, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена в виде камеры каталитического окисления газа, к противоположным боковым поверхностям которой прикреплены полупроводниковые термоэлектрические батареи, расположенные между пластинчатыми радиаторами, к камере каталитического окисления газа подведена инжекционная система подачи топлива, а над камерой вокруг вытяжной трубы размещен теплообменник в виде спирального трубопровода.
2. Автоматический редуцирующий пункт по п.1, отличающийся тем, что к полупроводниковым термоэлектрическим батареям подключен дополнительно блок управления, содержащий аварийные датчики и блок автоматики, который имеет контакты с аварийными датчиками, с элементами защиты от изменения давления на выходе редуцирующих линий и с входным устройством отключения автоматического редуцирующего пункта.
