Результат интеллектуальной деятельности: Модуль отсекателя потока газа с регулятором давления газа

Изобретение относится к области редуцирования давления газа, преимущественно в газораспределительных станциях (ГРС).

Известно запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус с соосно расположенными с двумя последовательно открываемыми запорными органами с пружиной и седлом. Первый запорный орган размещен в направляющем цилиндре, второй запорный орган закреплен в направляющем цилиндре первого органа. Вход потока газа в полость корпуса осуществлено через боковое отверстие, а выход потока газа с торца корпуса (Патент РФ №2184897 от 16.06.2000 г.).

Недостатком известного запорного устройства является повышенный износ уплотняющих элементов и трудность его разборки для проведения ремонта. Использование такого запорного устройства в системах регулирования давления газа ухудшает надежность эксплуатации ГРС.

Известен модуль отсекателя потока газа с регулятором давления газа, содержащий отсекатель потока газа, включающий в себя клапан отсекателя со следящим приводом и клапан переключения, регулятор давления газа с усилителем с линиями подачи газа командной и обратной связи, а также ресивер импульсного газа и краны на входе и выходе в модуль (см. прилагаемое руководство по эксплуатации № АГС 011.00.000 РЭ «модуля отсекателя потока газа с регулятором давления «ЛОРД»).

Недостатком данного аналога, взятого за прототип является сложность и ненадежность конструкции отсекателя и регулятора давления газа. Кроме того, ограничено применение по величине давления на входе в модуль (до 12 МПа), имеющие место на магистральных газопроводах, в то время как стандартом ПАО «Газпром» СТО Газпром 2-2.3-1122-2017 «Газораспределительные станции. Правила эксплуатации» должна быть возможность подачи газа потребителю с использованием ПАГЗ (передвижной автогазозаправщик), заправляющийся на АГНКС до давления 24,5 МПа.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение надежной работы модуля отсекателя потока газа с регулятором давления газа на режимах высокого давления на входе в ПАГЗ до 25 МПа, что необходимо в первую очередь, для закачки газа в трубопровод для подачи его потребителю при отключении (ремонте) как ГРС, так и участков газопровода до или после ГРС.

Поставленная задача достигается тем, что в известном модуле отсекателя потока газа с регулятором давления газа, содержащим отсекатель потока газа, включающий в себя отсекатель со следящим приводом и клапан переключения, регулятор давления газа с усилителем с линиями подачи командного давления и обратной связи, а также ресивер импульсного газа и краны на входе и выходе в модуль, согласно предложенному техническому решению регулятор давления газа состоит из двух ступеней: регулятор давления первой ступени и регулятор давления второй ступени, причем отбор газа на ресивер выполнен из полости за регулятором давления первой ступени, а раздача (отводы) газа из ресивера выполнена на вход в усилитель регулятора давления второй ступени, в полости обратной связи усилителя регулятора давления газа первой ступени и собственно регулятора давления первой ступени, а также на клапан переключения отсекателя потока газа через кран, при этом полость выхода газа из регулятора давления газа второй ступени сообщена с командной полостью следящего привода.

Для упрощения конструкции клапанов и повышения их надежности отсекатель потока газа и регуляторы давления первой и второй ступеней выстроены в ряд, причем клапан отсекателя и клапаны регуляторов давления газа имеют одинаковую конструкцию в составе корпуса, поршневого прямоточного клапана с седлом, при этом одна из полостей каждого клапана является командной, а другая пружинная - полостью обратной связи.

Для разгрузки следящего привода с клапаном переключения следящий привод содержит поршень со штоком, образующий с корпусом следящего привода командную полость, причем подпружиненный шток поршня имеет выемку для контакта с плечом защелки, второе плечо которой посредством возвратной пружины прижато к захвату штока клапана переключения, состоящего из двух плоских клапанов для подвода и сброса давления, отбираемого из ресивера в командную полость отсекателя.

Для улучшения технологичности клапана переключения седла плоских клапанов выполнены с двух сторон втулки, в которой размещены шток с первым плоским клапаном и пружиной и второй плоский клапан с пружиной, имеющий центральное отверстие для перемещения относительно штока и уступ, причем шток также имеет ответный уступ, а втулка имеет канал для попеременного сообщения через этот канал и плоские клапана командной полости отсекателя потока газа с подводом командного давления от ресивера или сбросом его на свечу.

Для страховки ресивера, а также усилителей регуляторов давления и переключателя следящего привода в случае превышения заданного давления газа за регулятором давления первой ступени в случае его отказа ресивер снабжен предохранительным клапаном.

Для запуска в работу модуля отсекателя потока газа с регулятором давления газа вход в клапан переключения сообщен дополнительно с полостью между краном на входе в модуль и самим модулем через игольчатый кран с установкой манометра на выходе из игольчатого крана.

Техническим результатом является автоматическое редуцирование и регулирование заданного уровня давления закачки газа в газопровод на входе в модуль до 25…30 МПа и с отсечкой потока газа при превышении давления за модулем выше заданного.

На рис. 1 показана конструктивная схема модуля отсекателя потока газа с регулятором давления газа, рис. 2 - конструктивная схема следящего привода с клапаном переключения, рис. 3 - опытный экземпляр модуля отсекателя с регулятором давления газа.

Согласно рис. 1 модуль содержит отсекатель потока газа 1 (далее по тексту отсекатель), управляемый следящим приводом 2 с клапаном переключения 3, регулятор давления первой ступени 4 с усилителем 5, регулятор давления второй ступени 6 с усилителем 7 и ресивер 8. На входе в отсекатель 1 установлен кран 9, на выходе из регулятора давления второй ступени 6 - кран 10.

Ресивер 8 соединен с полостью за регулятором давления газа первой ступени линией 11, а для раздачи (отвода) газа из ресивера 8 на вход в усилитель 7 служит соответственно линия 12, линия 13 служит для подачи газа в полость 14 обратной связи усилителя 5, линия 15 служит для подачи газа в полость 16 обратной связи регулятора давления газа первой ступени 4 и линия 17 служит для подачи газа на клапан переключения 3 через кран 18.

Усилители 5 и 7 имеют одинаковую конструктивную схему (условно не показано) и принцип их действия заключается в сравнении давления за регулятором давления газа (обратная связь) с усилием затяжки задающей пружины усилителя с выдачей соответствующего командного давления в командную полость собственно регулятора давления. В рассматриваемом случае подвод давления к усилителю 5 осуществлен из полости 19 перед регулятором давления газа первой ступени 4 по линии 20, а подвод командного давления - из полости 14 усилителя 5 по линии 21 в командную полость 22 регулятора давления газа первой ступени 4. При этом, как показано выше, пружинная полость 16 регулятора давления газа первой ступени соединена с ресивером 8 линией 15. Таким образом, регулятор давления газа первой ступени 4, имеющий корпус 23, поршневой клапан 24 с седлом 25 (место А) обеспечивает заданный уровень давления за собой, меняя площадь сечения между седлом 25 и кромками 26 поршневого клапана 24 на режимах постоянного давления за клапаном 4. Усилия на поршневой клапан 24 в командной полости 22 уравновешивают усилия от пружины 27 и давления в полости обратной связи 16.

Усилитель 7 регулятора давления газа второй ступени 6 соединен со входом в этот регулятор через линию 11, ресивер 8 и линию 12; выход из указанного регулятора по линиям 28, 29 и 30 сообщен соответственно с полостью обратной связи 31 усилителя 7 и с полостью обратной связи 32 регулятора давления газа второй ступени 6. Полость командного давления 33 сообщена с усилителем 7 по линии 34.

Регулятор давления газа второй ступени 6 имеет одинаковую конструкцию с регулятором давления газа первой ступени 4 и управляется командным давлением от усилителя 7 и обратной связью по давлению газа за собой.

Отсекатель потока газа 1 служит для отсечки потока газа на входе в регулятор давления газа первой ступени 4 при превышении заданного уровня давления на выходе из регулятора давления второй ступени 6, т.е. на входе в закачиваемую сеть. Для этого из линии выхода газа 35 выполнен отбор газа по линии 36 на управляющий следящий привод 2. Этот следящий привод (рис. 2) содержит поршень 37 с командной полостью 38. Шток 39 поршня 37 находится под действием пружины 40, служащей для настройки уровня давления в полости 38, при котором поршень 6 должен сместиться вправо по схеме для дачи команды на отсечку подачи газа поршневым клапаном 41 (рис. 1) отсекателя потока 1. Шток 39 имеет выемку 42 для контакта с плечом 43 защелки 44, второе плечо 45 которой прижато к захвату 46 штока 47 втулки 48 клапана переключения 3, состоящего из двух плоских клапанов 49 и 50.

С двух сторон втулки 48 выполнены седла 51 и 52. Во втулке 48 размещен шток 53 первого плоского клапана 49 с пружиной 54 и второй плоский клапан 50 с пружиной 55. В клапане 50 выполнено центральное отверстие 56 для возможности его перемещения относительно штока 53. В этом отверстии выполнен уступ 57 для контакта с ответным уступом 58 штока 53. Втулка 48 имеет канал 59 для попеременного сообщения командной полости 60 отсекателя 1 с подводом командного давления из ресивера 8 по линии 17, кран 18, штуцера 61 и 62 при штатной эксплуатации и сбросом этой полости 60 на свечу 63 через штуцер 62, клапан 50, штуцер 64 и линию 65 при команде на отсечку подачи газа. На месте «Б» (рис. 2) показано положение плоских клапанов 49 и 50 в режимах штатной эксплуатации и при команде на отсечку подачи газа (превышение заданного уровня давления газа за регулятором давления второй ступени 6).

Ресивер 8 снабжен предохранительным клапаном 66, настроенным на срабатывание при превышении давления в полости за регулятором давления первой ступени 4 (линия 11).

Для запуска модуля служит игольчатый кран 67 в линии 68 отбора газа за краном 9 и подвода его в штуцер 61 переключателя 3 по линии 68. Для контроля давления газа на подводе его в штуцер 61 служит манометр 69.

Применение двух ступеней регуляторов давления газа позволяет расширить диапазон настроек выходного давления за модулем при закачке газопроводов, а отбор импульсного газа между регуляторами давления первой и второй ступеней в ресивер позволяет не строить специально системы подготовки импульсного газа и разгрузить (уменьшить нагрузки) на элементы конструкции усилителей и клапанов. Снабжение ресивера предохранительным клапаном также увеличило безопасность эксплуатации модуля.

Выполненная унификация клапана отсекателя и клапанов регуляторов давления первой и второй ступеней по прямоточной схеме повышает их надежность и технологичность. Выполнение следящего привода с клапаном переключения с упрощенными защелкой и следящим приводом и с использованием системы защиты от перегрузок на ресивере также увеличивает надежность эксплуатации модуля.

Модуль отсекателя потока газа с регулятором давления газа работает следующим образом.

Для закачки газа в газопровод для подачи потребителю при ремонте газораспределительной станции или участка газопровода модуль подключают к источнику сжатого газа, например, к передвижному автогазозаправщику ПАГЗ-5000-24,5-3-СН4 через фланец на кране входа 9 (см. рис. 1). Затем открывают краны 9 и 10, и, плавно открывая игольчатый кран 67 с контролем по манометру 69, подают давление к штуцеру 61 клапана переключения 3, в результате чего через открытый плоский клапан 49 (рис. 2 место «Б») канал 59 и штуцер 62 газ. по линии 63 поступает в командную полость 60 отсекателя потока газа 1 и открывает поршневой клапан 41. Газ через полость 19 поступает на вход в регулятор давления газа первой ступени 4 и одновременно на вход в усилитель 5 по линии 20 и по линии 21а командную полость 22 регулятора давления газа первой ступени 4, передвигая поршневой клапан 24 на открытие. Газ на выходе по линии 11 поступает в ресивер 8 и из него по линиям импульсного газа 13 и 15 поступает в полости обратной связи 14 усилителя 5 и 16 регулятора. Баланс усилий от давлений в полостях 22 и 16 и пружины 27 определяет положение кромки 26 поршневого клапана 24 (рис. 1, место А) относительно седла 25 и уровень постоянного давления за регулятором давления газа первой ступени 4, задаваемый настройкой усилителя 5. Одновременно с включением в работу регулятора давления газа первой ступени 4 импульсный газ из ресивера 8 по линии 17 через открытый кран 18 поступает через штуцер 61 и по каналу 59 втулки 48, штуцер 62 по линии 63 в полость 60 отсекателя потока газа 1, блокируя его в открытом положении.

Вслед за первой ступенью редуцирования включается регулятор давления второй ступени 6 вследствие подвода газа из ресивера 8 по линии 12 на усилитель 7, который открывает поступление газа по линии 34 в командную полость 33, открывая клапан регулятора 6, как это показано по месту «А» для регулятора 4. Обратная связь реализуется поступлением газа по линиям 28, 29 и 30 на усилитель 7 и пружинную полость 32 регулятора давления газа второй ступени 6, который поддерживает заданный уровень давления на линии выхода газа 35.

В случае превышения давления на выходе из модуля в линии 35 свыше заданного, усилие от давления газа в полости 38 (рис. 2) следящего привода 2 (передача давления по линии 36) переместит поршень 37 вправо по схеме (рис. 2). Шток 39 поршня 37, смещаясь также вправо своей выемкой 42 развернет плечо 43 защелки 44 против часовой стрелки и второе плечо 45 освободит захват 46 штока 47.

Под действием пружины 54 шток 53, перемещаясь вверх по схеме перемещает первый плоский клапан 49 на закрытие (контакт с седлом 51) и своим уступом 58 через уступ 57 второго плоского клапана 50 открывает последний. В результате перекрывается подвод импульсного газа через штуцер 61, канал 59 и штуцер 62 в командную полость 60 отсекателя 1, и открывается сброс из этой полости через штуцер 62, канал 59 и штуцер 64 на свечу 63 по линии 65. Поршневой клапан 41 отсекателя 1 закрывается, прекращая подачу газа.

Для повышения безопасности работы импульсных линий и усилителей 5 и 7 модуля в случае отказа регулятора давления газа первой ступени 4 (например, зависание его в открытом положении) служит предохранительный клапан 66.

Применение данного модуля в системе закачки газа в газопровод от источника сжатого газа высокого давления до 25 МПа, например, от ПАГЗ позволяет надежно обеспечивать режим автоматической закачки газа в сеть потребления.