Способ автоматической подачи одоранта газа в газопровод и устройство для его реализации

Способ и устройство предназначены для дозированного ввода химреагентов в транспортируемый природный газ. Способ заключается в том, что мерную емкость опорожняют в газопровод путем порционной подачи газа из емкости порционного дозирования газа. Устройство для реализации способа содержит сосуд с жидкостью, связанный гидролинией с мерной емкостью, имеющей датчик уровня жидкости в ней, газовый редуктор, регулирующую аппаратуру, и сообщающие их магистрали, подключенные также к газопроводу с установленным в нем регулятором давления, разделяющим его на газопровод высокого давления и газопровод низкого давления с установленным в последнем блоком измерения расхода газа, при этом газопровод высокого давления связан с газовым редуктором через первую магистраль, а газопровод низкого давления связан с верхней точкой сосуда через вторую магистраль и второй гидролинией с нижней точкой мерной емкости, причем верхняя точка мерной емкости расположена выше верхней точки сосуда и связана с ней через третью магистраль, при этом новым является то, что устройство снабжено емкостью порционного дозирования газа и блоком управления, регулирующая аппаратура выполнена в виде нормально закрытого и нормально открытых клапанов с электроприводом. Технический результат - повышение надежности функционирования и расширение области применения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к способам и установкам для дозированного ввода химреагентов в транспортируемый природный газ, и может быть использовано в газовой промышленности на газораспределительных станциях для подачи одоранта в поток газа с целью придания ему запаха.

Известен способ автоматической одоризации газа в газопроводе, при котором дозированный расход жидкости осуществляется непрерывно, а для регулирования величины этого расхода используют настроечное гидравлическое сопротивление (Справочник машиностроителя под ред. Н.С.Ачеркана. - М.: Машгиз, 1960, Т.2, с.649-651). К числу устройств, использующих такой способ, можно отнести, например, капельный одоризатор, в котором в качестве настроечного гидравлического сопротивления используют калиброванное сопло или игольчатый вентиль (Алиев Р.А. Белоусов В.Д. и др. Трубопроводный транспорт нефти и газа. - М.: Недра, 1988, с.89-93).

К недостаткам указанного способа и устройства относятся:

- зависимость величины расхода жидкости от величины перепада давления на настроечном гидравлическом сопротивлении, что требует учета этого дополнительного фактора при настройке величины расхода жидкости;

- сложная, в общем случае - индивидуальная, зависимость гидравлических характеристик настроечного гидравлического сопротивления от геометрии его проточной части (для игольчатого вентиля - от перемещения регулирующего органа), что в большинстве случаев требует проведения индивидуальной тарировки этого гидравлического сопротивления;

- возможность засорения настроечного гидравлического сопротивления в процессе эксплуатации и изменения вследствие этого его гидравлических характеристик, что требует проведения регулярных поверочных тарировок устройства.

Известен способ, при котором дозированную подачу жидкости осуществляют дискретно путем периодического заполнения от источника жидкости и опорожнения в магистраль потребителя мерной емкости постоянного объема, гидравлически связанной с нижней точкой источника жидкости и магистралью потребителя через обратные клапаны (Measurement training manual. Natural gas odorisation. Edited by C.F. Drake. Houston, Texas, United gas pipeline company. Measurement dept. Measurement Training Center, 1989, v.1, p.5-3, p.4-8). При этом величину расхода жидкости регулируют путем настройки частоты циклов заполнения и опорожнения мерной емкости, а также объема этой емкости. К числу устройств, реализующих данный способ, можно отнести, например, насосные системы подачи жидкости с регулированием частоты вращения привода насоса (Энциклопедия газовой промышленности. Под ред. К.С.Басниева. - М.: АО "ТВАНТ", 1994, с.567-570). В таких системах заполнение и опорожнение мерной емкости происходят в результате перемещения в ней поршня или плунжера.

Недостатками рассмотренного способа и устройства являются:

- наличие подвижных элементов и пар трения, работающих в среде подаваемой жидкости;

- наличие регулируемого привода насоса, преобразующего исходный вид энергии в возвратно-поступательное движение поршня или плунжера с заданной частотой.

Указанные недостатки усложняют и удорожают рассматриваемое устройство, тем самым ограничивают область применения этих устройств и заложенных в них способов.

Наиболее близким к заявляемому является способ автоматической подачи одоранта газа в газопровод, включающий подачу жидкости в газопровод с помощью мерной емкости, которую периодически заполняют жидкостью из сосуда и опорожняют в газопровод низкого давления путем создания давления газа в верхней точке мерной емкости за счет наддува ее газовой подушки от газопровода высокого давления и последующего дренажа этой подушки в газопровод низкого давления (RU 66002 U1, ОАО «ТУРБОГАЗ», 26.02.2007).

Этому способу соответствует устройство, содержащее сосуд с жидкостью, связанный гидролинией с мерной емкостью, имеющей датчик уровня жидкости в ней, газовый редуктор, регулирующую аппаратуру, и сообщающие их магистрали, подключенные также к газопроводу с установленным в нем регулятором давления, разделяющим его на газопровод высокого давления и газопровод низкого давления с установленным в последнем блоком измерения расхода газа, при этом газопровод высокого давления связан с газовым редуктором через первую магистраль, а газопровод низкого давления связан с верхней точкой сосуда через вторую магистраль и второй гидролинией с нижней точкой мерной емкости, причем верхняя точка мерной емкости расположена выше верхней точки сосуда и связана с ней через третью магистраль (RU 66002 U1, ОАО «ТУРБОГАЗ», 26.02.2007).

Недостатком известного способа и устройства является нерегулируемость величины и длительности импульса давления газа при открытии клапана. Этот недостаток вызван следующими причинами:

1. Время, в течение которого осуществляется течение газа через клапан, определяется не только временем подачи на привод этого клапана электрического импульса, но и инерционностью срабатывания этого клапана, зависящей как от конструкции клапана, так и от степени его износа (Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. Под ред. Г.Г.Гахуна. - Москва, Машиностроение, 1989 - с.328, 329). Таким образом, точность регулирования длительности импульса давления газа ограничена временем открытия и закрытия клапана.

2. Наличие негерметичности клапана, например, вследствие износа его уплотнений ведет к возникновению постоянных перетечек газа через эти уплотнения, в том числе при закрытом состоянии клапана.

3. Отказ клапана или отказ блока управления при открытом состоянии клапана может привести к возникновению постоянного потока газа через этот клапан.

Нерегулируемость величины и длительности импульса давления газа приводит к следующим явлениям:

1. При открытии клапана может происходить унос жидкости в газовые магистрали и нарушение штатного режима работы устройства.

2. Охлаждение газа при его расширении в результате дроссель-эффекта может привести к возникновению в магистралях устройства ледяных или гидратных пробок, изменяющих гидравлические характеристики магистралей.

Другим недостатком известного способа и устройства является наличие в мерной емкости объема переменной заправки, что приводит к изменению расхода жидкости, поступающей в газопровод по мере израсходования жидкости.

Технической задачей изобретения является повышение надежности функционирования и расширение области применения способа автоматической подачи одоранта газа в газопровод и устройства для его реализации - одоризатора.

Другой технической задачей изобретения является повышение точности дозирования жидкости путем учета переменной составляющей объема жидкости в мерной емкости.

Поставленная задача решается и технический результат достигается за счет того, что в способе автоматической подачи одоранта газа в газопровод, включающем подачу жидкости в газопровод с помощью мерной емкости, которую периодически заполняют жидкостью из сосуда и опорожняют в газопровод низкого давления путем создания давления газа в верхней точке мерной емкости за счет наддува ее газовой подушки от источника газа высокого давления и последующего дренажа этой подушки в приемник газа низкого давления, новым является то, что регулируют величину и продолжительность импульсов давления газа, создаваемых в верхней точке мерной емкости путем порционной подачи газа, в качестве источника газа высокого давления используют замкнутый объем емкости порционного дозирования газа, а в качестве приемника газа низкого давления используют сосуд с жидкостью.

Поставленная задача решается также и тем, что устройство для реализации способа содержит сосуд с жидкостью, связанный гидролинией с мерной емкостью, имеющей датчик уровня жидкости в ней, газовый редуктор, регулирующую аппаратуру, и сообщающие их магистрали, подключенные также к газопроводу с установленным в нем регулятором давления, разделяющим его на газопровод высокого давления и газопровод низкого давления с установленным в последнем блоком измерения расхода газа, при этом газопровод высокого давления связан с газовым редуктором через первую магистраль, а газопровод низкого давления связан с верхней точкой сосуда через вторую магистраль и второй гидролинией с нижней точкой мерной емкости, причем верхняя точка мерной емкости расположена выше верхней точки сосуда и связана с ней через третью магистраль, при этом новым является то, что устройство снабжено емкостью порционного дозирования газа и блоком управления, регулирующая аппаратура выполнена в виде нормально закрытого и нормально открытых клапанов с электроприводом, при этом нижняя точка сосуда связана с нижней точкой мерной емкости через гидролинию с установленным в ней нормально открытым клапаном, а в третьей магистрали, связывающей верхнюю точку сосуда с верхней точкой мерной емкости, установлен другой нормально открытый клапан, верхняя точка мерной емкости связана через нормально закрытый клапан с емкостью порционного дозирования газа, которая связана через третий нормально открытый клапан с газовым редуктором, а блок управления связан электрическими линиями с электроприводами клапанов, с блоком измерения расхода газа и с датчиком уровня жидкости.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности функционирования и расширение области применения способа автоматической подачи одоранта газа в газопровод и устройства для его реализации за счет регулирования величины и продолжительности импульсов давления газа, создаваемых в верхней точке мерной емкости путем порционной подачи газа от источника газа высокого давления в верхнюю точку мерной емкости. Технический результат достигается тем, что в качестве источника газа высокого давления используют замкнутый объем газа с регулируемым давлением этого объема, который целиком заполняют и опорожняют при каждом срабатывании клапана. Технический результат достигается также и тем, что при работе устройства измеряют объем жидкости в мерной емкости и корректируют с учетом этого объема частоту следования импульсов давления газа.

На фиг.1 показана схема выполнения устройства для реализации способа автоматической подачи одоранта газа в газопровод.

На фиг.2 показан характерный вид управляющих сигналов блока управления.

Устройство имеет в своем составе сосуд 1 с жидкостью 2. Нижняя точка сосуда 1 связана с нижней точкой мерной емкости 3 через гидролинию 4 и нормально открытый клапан 5 с электроприводом 6. Нижняя точка мерной емкости 3 сообщена с газопроводом низкого давления 7 через вторую гидролинию 8, верхняя точка которой расположена выше верхней точки сосуда 1. Газопровод высокого давления 9 связан с газопроводом низкого давления 7 через регулятор давления 10. Газовый редуктор 18 связан с газопроводом высокого давления 9 через первую магистраль 21. Газопровод низкого давления 7 связан с верхней точкой сосуда 1 через вторую магистраль 11. Верхняя точка мерной емкости 3 связана с верхней точкой сосуда 1 через третью магистраль 12 и нормально открытый клапан 13 с электроприводом 14. Верхняя точка мерной емкости 3 связана с емкостью порционного дозирования газа 15 через нормально закрытый клапан 16 с электроприводом 17. Емкость 15 связана с газовым редуктором 18 через нормально открытый клапан 19 с электроприводом 20. Устройство имеет в своем составе блок измерения расхода газа 22, например электромагнитный преобразователь расхода, который связан с блоком управления 23 электрической линией 24. Мерная емкость 3 оснащена датчиком 25 уровня жидкости в этой емкости. Датчик уровня жидкости 25 связан с блоком управления 23 электрической линией 26. Блок управления 23 связан с электроприводами 6, 14, 17, 20 электрическими линиями 27, 28, 29 и 30 соответственно.

На фиг.2 представлена характерная форма сигнала, поступающего от блока управления 23 на приводы 6, 14, 17, 20. На фиг.2 приняты следующие обозначения:

U - напряжение;

t - время;

U₁ - электрическое напряжение срабатывания электроприводов 6, 14, 17, 20;

T₁=const - период времени, когда от блока управления 23 на электроприводы 6, 14, 17, 20 поступает напряжение U₁;

Т₂=var - период времени, когда напряжение на электроприводах 6, 14, 17, 20 отсутствует.

Для величин T₁ и Т₂ справедливо:

Т_1≥T_1потр,

T₂≥Т_2потр,

где T_1потр Т_2потр - времена, потребные соответственно для полного опорожнения и заполнения мерной емкости 3.

Из фиг.2 видно, что

Т=T₁+T₂=var; t₂=t₁+T_1,

где Т - общий период времени прохождения электрического импульса;

t₁ - момент времени подачи напряжения на электроприводы 6, 14, 17, 20;

t₂ - момент времени снятия напряжения с электроприводов 6, 14, 17, 20.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом. Пусть по газопроводу низкого давления 7 осуществляют транспорт газа с переменным массовым расходом Q₇. Блок измерения расхода газа 22 измеряет величину Q₇ и преобразует значение этой величины в электрический сигнал, поступающий на вход блока управления 23. Одновременно на вход блока управления 23 поступает сигнал с датчика уровня жидкости 25, характеризующий уровень жидкости 2 в мерной емкости 3. Поскольку геометрия мерной емкости 3 постоянна, сигнал с датчика уровня жидкости 25 однозначно определяет массу жидкости 2, находящейся в мерной емкости 3. Опрос датчика уровня жидкости 25 блоком управления 23 происходит в момент времени, предшествующий моменту t₁, т.е. предшествующий подаче напряжения на электроприводы 6, 14, 17, 20.

Блок управления 23 осуществляет преобразование по требуемой зависимости входных электрических сигналов от блока измерения расхода газа 22 и датчика уровня жидкости 25 в частоту f=1/Т электрических импульсов, поступающих на электроприводы 6, 14, 17, 20. Это приводит к периодическому открытию и закрытию клапанов 5, 13, 16, 19 по требуемой циклограмме.

Пусть в исходном положении сигнал от блока управления 23 отсутствует (клапаны 5, 13 и 19 открыты, а клапан 16 закрыт), давления в верхних точках мерной емкости 3 и сосуда 1 равны, нижние точки сосуда 1 и мерной емкости 3 сообщены. Сосуд 1 и мерная емкость 3 образуют систему сообщающихся сосудов. В результате жидкость 2 самотеком поступает из сосуда 1 через гидролинию 4 и клапан 5 в мерную емкость 3 до выравнивания уровней жидкости в сосуде 1 и емкости 3. Газ из газопровода высокого давления 9 через первую магистраль 21, газовый редуктор 18, клапан 19 заполняет объем емкости порционного дозирования газа 15. Давление газа в емкости порционного дозирования газа 15 в исходном положении определяется настройкой газового редуктора 18.

P₁₅=Р_ред18,

где P₁₅ - давление газа в емкости порционного дозирования газа 15;

Р_ред18 - давление настройки газового редуктора.

Давление в газопроводе низкого давления 7 определяется настройкой регулятора давления 10.

Р₇=Р_рег10,

где P₇ - давление газа в газопроводе низкого давления 7.

P_рег10 - давление настройки регулятора давления 10.

Регулятор давления 10 и газовый редуктор 18 настраивают таким образом, чтобы расширение порции газа в емкости порционного дозирования газа 15 от давления P_рег18 до давления Р_рег10 приводило к полному вытеснению жидкости 2 из мерной емкости 3 в газопровод низкого давления 7 через вторую гидролинию 8 за время, меньшее или равное T_1потр.

Газ из газопровода низкого давления 7 поступает через вторую магистраль 11 в верхнюю точку сосуда 1, давление в верхней точке 1 уравнено с давлением в газопроводе низкого давления 7.

После этого в момент времени t₁ по сигналу от блока управления 23 происходит переключение клапанов 5, 13, 16 и 19 (открытие клапана 16 и закрытие клапанов 5, 13 и 19). При этом газ из емкости порционного дозирования газа 15 поступает через клапан 16 в верхнюю точку мерной емкости 3. В результате под действием перепада давления между емкостью порционного дозирования газа 15 и газопроводом низкого давления 7 (P₁₅-P₇) происходит вытеснение жидкости 2 газом из мерной емкости 3 в газопровод низкого давления 7.

После опорожнения мерной емкости 3 в момент времени t₂ сигнал от блока управления 23 снимают и цикл "заполнение емкости 3 - опорожнение емкости 3" повторяется. Таким образом, однократное переключение клапанов приводит к поступлению в газопровод низкого давления 7 объема жидкости, находящейся в мерной емкости 3 V₃.

Для осредненного за период Т массового расхода жидкости 2 можно

записать:

Q_cp=ρV₃/T=Q_cp(T, V₃),

где Q_cp - средний расход жидкости 2;

ρ - плотность жидкости 2;

V₃ - объем жидкости 2, находящийся в мерной емкости 3;

Т - общий период времени прохождения электрического импульса.

Таким образом, существует однозначная зависимость между величинами Q_cp, Т и V₃, что доказывает работоспособность заявляемого устройства, т.е. возможность регулирования расхода жидкости 2 в газопровод низкого давления 7 путем регулирования частоты f следования сигналов, поступающих от блока управления 23 на электроприводы клапанов 6, 13, 16 и 19 при переменной степени заправки мерной емкости 3 и при переменном расходе газа по газопроводу низкого давления 7.

Считаем, что за период Т величина Q₇ остается постоянной (т.е. период времени Т пренебрежимо мал по сравнению с характерным временем изменения величины Q₇).

Полагая, что массовая концентрация жидкости 2 в газе, транспортируемом по газопроводу низкого давления 7, определяется отношением массы жидкости, поступившей в газопровод низкого давления 7 за период Т, к массе газа, прошедшего по газопроводу низкого давления 7 за тот же период, определяем частоту f_тр, необходимую для поддержания требуемой массовой концентрации K_тр жидкости 2 в газе, транспортируемом по газопроводу низкого давления 7.

K_тр=Q_cp/Q₇=ρV₃/(TQ₇)=ρV₃f_тр/Q_7,

f_тр=К_трQ₇/(ρV_3,)

где К_тр - требуемая массовая концентрация;

Q_cp - средний расход жидкости 2;

Q₇ - переменный массовый расход, проходящий по газопроводу низкого давления 7;

ρ - плотность жидкости 2;

V₃ - объем жидкости 2 находящийся в мерной емкости 3;

Т - общий период времени прохождения электрического импульса;

f_тр - требуемая частота.

1. Способ автоматической подачи одоранта газа в газопровод, включающий подачу жидкости в газопровод с помощью мерной емкости, которую периодически заполняют жидкостью из сосуда и опорожняют в газопровод низкого давления путем создания давления газа в верхней точке мерной емкости за счет наддува ее газовой подушки от источника газа высокого давления и последующего дренажа этой подушки в приемник газа низкого давления, отличающийся тем, что регулируют величину и продолжительность импульсов давления газа, создаваемых в верхней точке мерной емкости путем порционной подачи газа, в качестве источника газа высокого давления используют замкнутый объем емкости порционного дозирования газа, а в качестве приемника газа низкого давления используют сосуд с жидкостью.

2. Устройство для автоматической подачи одоранта газа в газопровод, содержащее сосуд с жидкостью, связанный гидролинией с мерной емкостью, имеющей датчик уровня жидкости в ней, газовый редуктор, регулирующую аппаратуру и сообщающие их магистрали, подключенные также к газопроводу с установленным в нем регулятором давления, разделяющим его на газопровод высокого давления и газопровод низкого давления с установленным в последнем блоком измерения расхода газа, при этом газопровод высокого давления связан с газовым редуктором через первую магистраль, а газопровод низкого давления связан с верхней точкой сосуда через вторую магистраль и второй гидролинией с нижней точкой мерной емкости, причем верхняя точка мерной емкости расположена выше верхней точки сосуда и связана с ней через третью магистраль, отличающееся тем, что оно снабжено емкостью порционного дозирования газа и блоком управления, регулирующая аппаратура выполнена в виде нормально закрытого и нормально открытых клапанов с электроприводом, при этом нижняя точка сосуда связана с нижней точкой мерной емкости через гидролинию с установленным в ней нормально открытым клапаном, а в третьей магистрали, связывающей верхнюю точку сосуда с верхней точкой мерной емкости, установлен другой нормально открытый клапан, верхняя точка мерной емкости связана через нормально закрытый клапан с емкостью порционного дозирования газа, которая связана через третий нормально открытый клапан с газовым редуктором, а блок управления связан электрическими линиями с электроприводами клапанов, с блоком измерения расхода газа и с датчиком уровня жидкости.