Способ автоматической одоризации природного газа и устройство для его реализации

Изобретение относится к способам и установкам пропорционального дозирования, в частности к одоризации природных газов, и может быть использовано в газовой промышленности на газораспределительных станциях для подачи одоранта в поток газа с целью придания ему запаха.

Известен способ одоризации газа, реализованный в устройстве, содержащий расходную емкость, блок управления и дозирующее устройство на базе нормально закрытого двухходового электромагнитного клапана, по которому одорант самотеком может поступать из расходной емкости в выходной газопровод газораспределительной станции (Одоризатор газа ОГ-10А, Каталог технологического оборудования газораспределительных станций магистральных газопроводов, Москва, 1997, стр. 86, 87). На электромагнитный клапан с блока управления поступают электрические импульсы заданной (в зависимости от расхода газа) частоты и фиксированной длительности. Недостатком этого одоризатора является зависимость количества одоранта в одной дозе от уровня одоранта в расходной емкости, вследствие чего точность одоризации низкая. Кроме того, при наличии в составе одоранта механических частиц возможно негерметичное закрытие электромагнитного клапана, в результате чего одорант бесконтрольно будет поступать в одорируемый газ.

Известен также весовой одоризатор газа (Патент РФ RU 2317580, G05D 11/00. Опубликован 20.02.2008 в бюллетени №5), содержащий расходную емкость, дозирующий насос, датчик разности давления, вертикальную мерную трубку, источник избыточного давления, перепускной клапан и герметично вставленную сверху в вертикальную мерную трубку калиброванную трубку с открытым концом, недостающим до нижнего конца вертикальной мерной трубки, а верхним концом, соединенным с газопроводом и перепускным клапаном. В весовом одоризаторе газа дозирующий насос заправляет мерную трубку одорантом из расходной емкости до заданного уровня, после чего созданием избыточного давления в верхней полости мерной трубки одорант подается в газопровод через калиброванную трубку. Количество одоранта, поступившее в газопровод определяют по геометрическим размерам мерной и калиброванной трубок, а также разности перепадов давления до и после подачи дозы одоранта в газопровод. В газопровод одорант поступает по трубке, часть которого находится выше уровня одоранта в расходной емкости, что исключает поступление одоранта в газопровод самотеком.

Наличие в весовом одоризаторе газа дозирующего насоса с подвижными элементами конструкции, датчика перепада давления, непосредственно контактирующие с агрессивной жидкостью снижают его надежность.

Наиболее близким к заявляемому является способ автоматической подачи одоранта газа в газопровод, включающий подачу жидкости в газопровод с помощью мерной емкости, которую периодически заполняют одорантом из расходной емкости и опорожняют в газопровод низкого давления путем создания регулируемых по величине и продолжительности импульсов 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 (Патент РФ RU 2381415, F17D 3/12. Опубликован 10.02.2010 в бюллетени №4). Частоту следования импульсов давления газа корректируют с учетом объема жидкости в мерной емкости и расхода одорируемого газа.

Устройство для реализации этого 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. (Патент РФ RU 2381415, F17D 3/12 (2006.01). Опубликован 10.02.2010 в бюллетени №4).

Недостатками прототипа являются:

- наличие в составе устройства большого количества управляемых клапанов, в том числе и клапана с подвижными элементами конструкции, которые контактируют с одорантом;

- отсутствие учета количества одоранта, которое находится в гидролинии, соединяющую мерную емкость с газопроводом низкого давления;

- отсутствие учета зависимости объема одоранта от температуры.

Описанные недостатки являются причинами низкой точности и надежности прототипа.

Техническим результатом применения предлагаемого изобретения является повышение надежности функционирования способа автоматической одоризации природного газа и устройства для его реализации вследствие упрощения конструкции устройства, а также повышение точности дозирования одоранта путем вычисления его уровня в расходной емкости, и следовательно, в гидролинии после каждой дозы поданного в газопровод низкого давления и измерения ее температуры.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе автоматической одоризации природного газа, включающем периодическое заполнение мерной емкости из расходной емкости и последующее опорожнение ее газом высокого давления в газопровод низкого давления по гидролинии, верхняя точка которой расположена выше уровня жидкости в расходной емкости, подачу газа высокого давления осуществляют в специальную реперную точку на гидролинии, разделяющую жидкость в ней на два противоположных по направлению движения потока, попадающего в газопровод низкого давления и возвращающегося в расходную емкость, а количество одоранта, попадающего в газопровод низкого давления рассчитывают по геометрическим размерам части гидролинии от реперной точки до уровня ее заполнения и температуры одоранта в ней.

Сущность изобретения также заключается в том, что устройство для автоматической одоризации природного газа содержит расходную емкость с байпасным указателем уровня, газопровод низкого давления, на котором установлен узел измерения расхода газа, газовый редуктор, электромагнитный клапан, гидролинию, блок управления, при этом первый вход блока управления подключен к узлу измерения расхода газа, выход его подключен к электромагнитному клапану, вход газового редуктора подключен к источнику высокого давления, а выход его подключен к электромагнитному клапану, верхняя точка расходной емкости связана с газопроводом низкого давления, а нижняя точка ее связана с газопроводом низкого давления гидролинией, верхняя точка которой расположена выше уровня жидкости в расходной емкости, гидролиния, соединяющая расходную емкость с газопроводом низкого давления снабжена специальной реперной точкой для подачи газа высокого давления и датчиком температуры, подключенного ко второму входу блока управления.

На чертеже изображено устройство, в котором реализуется заявляемый способ.

Устройство содержит расходную емкость 1, снабженный байпасным указателем уровня жидкости 2, газовый редуктор 3, электромагнитный клапан 4, блок управления 5, узел измерения расхода газа 6, датчик температуры 7, гидролинию 8, соединяющую расходную емкость с газопроводом низкого давления 9.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии расходная емкость 1 заправлена одорантом до уровня h₁, определяемый по байпасному указателю уровня 2, вход газового редуктора 3 находится под высоким давлением от источника высокого давления (в качестве которого может быть использован сосуд с газом или же выход устройства подготовки импульсного газа на газораспределительной станции, на чертеже не указан), а выход его настроен на давление больше, чем давление в газопроводе низкого давления 9 примерно на 0,5 кгс/см². Гидролиния 8 заполнена одорантом до уровня с, одинакового с уровнем жидкости в расходной емкости. Узел измерения расхода газа 6 измеряет текущий расход в газопроводе никого давления 9, электромагнитный клапан 4 закрыт, а блок управления 5 получает информацию о значении текущего расхода газа q от узла измерения расхода газа 6 и от датчика температуры 7. Информацию о геометрических размерах расходной емкости (длина цилиндрической части L_ц, общая длина L_oб, диаметр D и тип днищ) и первоначальное значение уровня h₁, по которым вычисляют объем жидкости в расходной емкости, а также геометрический объем участка магистрали ab в блок управления 5 вводятся вручную (при необходимости на расходную емкость может быть установлен сигнализатор уровня, по сигналу которого значение уровня заполнения расходной емкости в блок управления может быть занесено автоматически). По признаку наличия расхода газа (измеренное значение текущего расхода q) блок управления 5 подает команду на открытие клапана 4 и газ высокого давления с выхода газового редуктора 3 делит жидкость в гидролинии 8, соединяющей расходную емкость с газопроводом 9 на две части. Жидкость с участка abc гидролинии 8 выдавливается в газопровод 9, а другая часть возвращается в расходную емкость, очищая гидролинию от механических примесей при каждом открытии клапана 4. Участок гидролинии на уровне расходной емкости может быть выполнен из прозрачного материала для контроля уровня жидкости в расходной емкости (вместо указателя уровня) и поступления ее в газопровод низкого давления при открытии клапана 4.

Масса жидкости, выдавленной с участка ас:

где ρ_t - плотность одоранта при температуре t;

V_ab - объем жидкости на участке ab;

V_1bc=π⋅r²⋅h₁ - объем жидкости на участке bc до начала одоризации;

r - радиус трубопровода гидролинии.

С открытием клапана 4 и подачей порции одоранта массой m_1ac в газопровод 9 клапан закрывают. После закрытия клапана 4 гидролиния заполняется одорантом из расходной емкости. Блок управления 5 суммирует, поступающие с узла измерения расхода газа текущие мгновенные значения расхода газа умноженные на соответствующие интервалы времени τ_i между значениями q_i и q_i+1:

С течением времени Q₁ растет и при

где ρ_n - нормативная концентрация одоранта в транспортируемом газе, подается команда на открытие клапана 4. Перед открытием клапана 4 гидролиния 8 заполнена одорантом из расходной емкости на участке ас массой m_2ac=ρ_t⋅(V_ab+π⋅r²⋅h₂). Длина участка bc: h₂=h₁-δh₁, где δh₁ - изменение уровня жидкости в расходной емкости после подачи первой дозы в газопровод 9. Величину δh₁ можно определить из функциональной зависимости объема жидкости в расходной емкости с известными геометрическими размерами от уровня V=ƒ(h), вычислив производную этой функции по уровню в точке h₁:

После подачи дозы одоранта массой m_2ac в газопровод блок управления 5 опять суммирует, поступающие с узла измерения расхода газа текущие значения расхода газа и при

открывается клапан 4. После подачи j доз уровень жидкости в расходной емкости:

Объем жидкости V_ab на участке ab в процессе одоризации - величина постоянная. Объем жидкости на участке bc уменьшается ввиду уменьшения уровня жидкости в расходной емкости. Длительность импульса газа, формируемая клапаном 4 достаточна для подачи одоранта с участка ас в газопровод 9 и недостаточна для попадания его в расходую емкость 1.

Значение плотности ρ_t этилмеркаптана (применяется в качестве одоранта на газораспределительных станциях согласно ВРД 39-1.10-069-2002, Положение по технической эксплуатации газораспределительных станций магистральных газопроводов) при значении температуры t (в °С) можно определить из соотношений (Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд, Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие / Пер. с англ. под ред. Б.И. Соколова. 3-е изд., Л.: Химия, 1982. 592 с.):

ρ_op=839 кг/м³ - опорное значение плотности этилмеркаптана при температуре

Т_ор=293 K;

V_op - опорное значение мольного объема;

V_t - мольный объем при температуре t;

Т_с=499°K - критическая температура;

ω=0,19 - фактор ацентричности Питцера.

Предлагаемый способ и устройство имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

- устройство, в котором реализован способ имеет простую конструкцию и содержит всего один клапан, контактирующий с очищенным от механических примесей и влаги газом, что повышает надежность его работы;

- в составе устройства отсутствуют элементы с подвижными механизмами, контактирующими с одорантом;

- описанный способ автоматической одоризации природного газа препятствует накоплению механических примесей в гидролинии, приводящих к потере работоспособности устройства и следовательно устройство для реализации способа может работать без фильтра;

- эксплуатирующий персонал может оперативно контролировать нормальную работу одоризатора сравнивая рассчитанные контроллером текущие значения уровня одоранта в расходной емкости с показаниями байпасного указателя уровня.