Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ОДОРИРОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Изобретение относится к автоматическому регулированию расхода жидкости и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например, в процессе одорирования, где требуется пропорциональная подача одоранта в газ.

Природный газ на основе метана в общем случае не имеет запаха. Перед поступлением к потребителю газ проходит определенные этапы подготовки, основные из которых - очистка, дросселирование, одоризация. В процессе одоризации к газу добавляются компоненты, обладающие резким запахом, который легко определяется органолептическим методом. Одоризация проводится с целью предотвращения утечек газа и обеспечения безопасности эксплуатации газового оборудования. В качестве одорантов используют этилмеркаптан (C₂H₆S) и смесь природных меркаптанов. Возможно применение и других веществ:

- два разных сложных (C1-C6) алкильных эфира акриловой кислоты;

- комбинацию или, по меньшей мере, одно соединение из группы, содержащей (C1-C8) меркаптаны, (C4-C12) тиофены, (C2-C8) сульфиды или (C2-C8) дисульфиды;

- комбинацию или, по меньшей мере, одно соединение из группы, содержащей (C1-C6) карбоновые кислоты, (C1-C8) альдегиды, (C6-C14) фенолы, (C7-C14) анизолы или (C4-C14) пиразины.

Природный газ, движущийся по магистральным трубопроводам, имеет давление p=6…12 МПа и температуру t≈10°C. Одорирование природного газа производится как правило на ГРС после его редуцирования до давлений p=0,2…0,6 МПа. Существуют два основных способа подачи одоранта:

- введение (впрыск) в поток газа жидкого одоранта с последующим его испарением;

- введение в поток газа паров одоранта или газовой смеси, содержащей пары одоранта.

Известно устройство для регулирования расхода одоранта (патент №2173874, МПК G05D 7/00, опубл. 2001.09.20), содержащее расходную емкость с жидким одорантом и регулируемый нагреватель для превращения одоранта в парообразное состояние, при этом нагреватель выполнен в виде затопленного в нижней части расходной емкости рекуперативного теплообменника, вход которого подключен к горячему концу вихревого энергоразделителя, а выход - к горлу трубы Вентури, установленной в байпасной линии; на ответвлении трубопроводов подачи горячего газа в теплообменник и в байпасную линию установлен регулятор, выполненный в виде распределителя потока с сервоприводом, управляемым по сигналу от блока контроля и управления. Нижняя часть емкости подключена к выходу питающего насоса-дозатора, срабатывающего по сигналу от датчика, контролирующего уровень одоранта над поверхностью теплообменника, а верхняя часть емкости, над брызгоотделителем - к трубе отвода паров одоранта, выход которой присоединен к утилизирующему эжектору смешения холодного и использованного горячего потоков, выходящих из вихревого энергоразделителя.

Устройства, реализующие подачу жидкого одоранта в газовый поток (Данилов А.А., Петров А.И. Газораспределительные станции. С.Петербург. Изд-во «Недра», 1997), представлены установками плунжерного типа, осуществляющими дискретную подачу одоранта пропорционально расходу газа. Поскольку количество одоранта, вводимого в газовую среду, составляет 5-16 г на 10³ нормальных м³ газа, то введение в поток газа жидкого одоранта используется преимущественно при стабильном и гарантированно большом расходе газа, Q≥100 нм³/ч. При меньших расходах возникают чисто технические проблемы с дозированием малых количеств жидкости и обеспечением равномерной (удовлетворяющей ТУ).

Известно устройство, содержащее чувствительный элемент, преобразователь давления со штоком, регулятор, мерную емкость с одорантом и газопровод (а.с. СССР №219067, М.кл.2 G05D 16/06, опубл. 1965). Ввод в поток газа жидкого одоранта осуществляется принудительно под давлением с помощью регулируемого насоса-дозатора. Необходимую частоту впрысков жидкости в газопровод обеспечивает пневматическое реле времени, работу которого определяет пружинно-сильфонный преобразователь перепада давления газа.

Известно устройство регулирования расхода одоранта (патент №2153189, МПК G05D 7/00, опубл. 2000.07.20), наиболее близкое к заявляемому и принятое за прототип, содержащее расходную емкость с одорантом, чувствительный элемент, насос-дозатор. Насос-дозатор выполнен по схеме поршневого пневмогидроусилителя и обеспечивает дискретную дозированную подачу одоранта по сигналу обратной связи с измерителем расхода одорируемого газа, линией нагнетания подключен через кавитационную трубку Вентури, перед которой установлен датчик давления, к последовательно установленным расходным емкостям, соединенным с газопроводом через основную и резервную капельницы соответственно, при этом внутренний объем насоса-дозатора над поршнем подачи одоранта, ограниченный уплотнением по штоку поршня, сообщен с линией всасывания через обратный клапан. Однако известное устройство не обеспечивает достаточной точности регулирования и подачи одоранта в газопровод и надежной защиты от утечки одоранта в атмосферу, кроме того, устройство имеет большое количество подвижных частей, что снижает их надежность и может приводить к утечкам одоранта и загазованности технических помещений.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в упрощении конструкции устройства, путем уменьшения подвижных элементов, повышении эксплуатационной надежности работы, предотвращении утечек одоранта в атмосферу и в обеспечении простоты обслуживания.

Технический результат достигается тем, что в устройстве одорирования природного газа, включающем расходную емкость одорирующей жидкости, которая имеет патрубок наддува, сообщенный с каналом наддува газом высокого давления, и патрубок подачи одорирующей жидкости в магистраль низкого давления, согласно изобретению канал наддува газом высокого давления сообщен с патрубком наддува через редуктор расходный, редуктор наддува и обратный клапан, а через вышеупомянутый расходный редуктор, эжектор и ротаметр-указатель расхода смеси газа с одорантом, с магистралью низкого давления, расходная емкость снабжена дополнительным патрубком подачи паров одоранта, при этом патрубки подачи одорирующей жидкости и подачи паров одоранта через переключатели, ротаметр-указатель расхода одоранта и обратный клапан сообщены через вышеупомянутый эжектор с магистралью низкого давления для подачи в него одоранта.

Канал наддува газом высокого давления сообщен с магистралью природного газа высокого давления.

На чертеже представлена схема устройства одорирования природного газа, реализующая газодинамический способ подачи одоранта.

Здесь: 1 - входная магистраль высокого давления; 2 - блок редуцирования; 3 - расходомер (счетчик количества); 4 - выходная магистраль низкого давления, 5 - линии электрической коммутации средств управления и контроля; 6 - ротаметр - указатель расхода смеси газа с одорантом; 7 - эжектор; 8 - обратный клапан; 9 - ротаметр - указатель расхода одоранта; 10 - блок управления; 11 - электроклапан управления подачи одоранта; 12 - патрубок подачи паров одоранта; 13 - датчик уровня; 14 - расходная емкость одоранта; 15 - патрубок подачи жидкого одоранта; 16 - фильтр; 17 - патрубок наддува; 18 - патрубок заправочно-сливной магистрали; 19 - дренажная магистраль; 20 - заправочно-сливная магистраль; 21 - датчик давления; 22 - редуктор наддува емкости одоранта; 23 - редуктор расходный; 24 - электроклапан; 25 - канал наддува газом высокого давления; 26 - электроклапан управления подачи газа; В1-В7 - вентили.

Устройство одорирования природного газа включает расходную емкость 14 одорирующей жидкости с патрубком наддува 17, сообщенным с каналом 25 наддува газом высокого давления, и патрубок подачи одорирующей жидкости 15 в магистраль низкого давления. Патрубки 15 и 17 погружены в одорирующую жидкость емкости 14. Канал 25 наддува газом высокого давления сообщен через редуктор расходный 23, редуктор наддува 22 и обратный клапан 8 с патрубком наддува 17, а через редуктор расходный 23, эжектор 7 и ротаметр 6 - указатель расхода смеси газа с одорантом, с магистралью низкого давления 4. Расходная емкость 14 снабжена дополнительным патрубком 12 подачи паров одоранта, расположенным в полости над одорирующей жидкостью. Патрубки подачи одорирующей жидкости 15 и подачи паров одоранта 12 через переключатели В₅ и В₄, ротаметр 9 - указатель расхода одоранта, и обратный клапан 8 сообщены через эжектор 7 и ротаметр 6 с магистралью низкого давления 4 для подачи в нее одорирующей жидкости или пара.

Устройство работает следующим образом. Газ из магистрали высокого давления 1 по каналу 25 через расходный редуктор 23 поступает в эжектор 7 в качестве активного рабочего тела. По каналу 25 через редуктор расходный 23, редуктор наддува 22 и обратный клапан 8 газ высокого давления подается в патрубок наддува 17 для наддува емкости 14, откуда через патрубок 15 жидкий одорант, или по патрубку 12 - одорант в виде пара через переключатели В₅ и В₄, ротаметр 9 и обратный клапан 8 подается через эжектор 7 в магистраль низкого давления 4.

Подача газа высокого давления в эжектор 7 может происходить непрерывно или импульсами (частота и продолжительность импульсов задается управляемым электроклапаном 10). Пассивным рабочим телом является одорант, поступающий в эжектор из расходной емкости 14.

Одорант в эжектор 7 может подаваться в виде жидкости или в виде газовой смеси паров одоранта с природным газом.

Для одорирования больших расходов газа, порядка 103 нм³/ч одорант в эжектор 7 подается в виде жидкости. Исходное положение устройства: емкость 14 заправлена одорантом и находится под избыточным давлением. Избыточное давление создается с помощью блока редуцирования 2, при этом вентили B1, В2, В3, В5 открыты; вентили В6, В7, В4 закрыты. Газ из магистрали высокого давления 1 по каналу 25 через расходный редуктор 23 и электроклапан управления подачи газа 26 поступает в эжектор 7 в качестве активного рабочего тела. Пассивное рабочее тело - жидкий одорант поступает через вентиль В5, электроклапан управления подачи одоранта 11, ротаметр 9 и обратный клапан 8. В эжекторе 7 происходит смешение компонентов и далее одорированный газ поступает в магистраль низкого давления 4. Количество одоранта, поступающего в эжектор 7 в качестве пассивного рабочего тела, задается с помощью электроклапана управления подачи одоранта 11, частотой срабатывания которого управляет командный комплекс 10 по сигналу датчика расхода 3. Поступление одорированной смеси от эжектора 7 в магистраль 4 контролируется ротаметром 6, который является указателем расхода смеси газа с одорантом.

При умеренных и малых расходах газа (Q≤103 нм³/ч) целесообразно подавать одорант в виде газовой смеси паров одоранта с природным газом, так как количество одоранта, потребное для впрыска в поток становиться столь малым, что затрудняет точное дозирование жидкости. Для перехода работы устройства с подачей одоранта в виде пара вентиль В5 закрывается, а вентиль В4 открывается. Пары одоранта в смеси с газом поступают из газовой подушки в емкости 14 через патрубок 12, электроклапан 11 в эжектор 7.

В зависимости от количества газа, поступающего потребителю, в эжектор 7 поступает определенное количество пассивного рабочего тела. Количество пассивного рабочего тела (смесь паров одоранта и природного газа) задается либо настройкой эжектора 7, либо частотой срабатывания электроклапана управления подачей одоранта 11.

Таким образом, предлагаемое устройство одорирования природного газа, имея минимальное количество подвижных элементов, обеспечивает надежную работу в широком диапазоне расходов природного газа, позволяет предотвратить утечки одоранта в атмосферу и обеспечивает простоту обслуживания.