СПОСОБ ПОДАЧИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В СИЛОВОЙ ПРИВОД ИЗ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F17D1/65 

Способ подачи газообразного топлива в силовой привод из магистрального газопровода и устройство для его осуществления, предназначенные для использования на объектах газотранспортных предприятий ОАО "Газпром".

Изобретение относится к области управления подачи газообразного топлива непосредственно из магистрального газопровода к силовому приводу, например газотурбинному силовому агрегату, обеспечивающему работу компрессорных станций или дожимных компрессорных станций при транспортировке газообразного топлива на большие расстояния.

Способ и устройство включают в себя систему управления и контроля параметров подаваемого в силовой привод газообразного топлива, а также узлы и агрегаты, обеспечивающие этот процесс.

В качестве прототипа выбран блок подготовки топливного промышленного газа (БПТПГ) [Типовые технические требования на проектирование компрессорных станций и дожимных компрессорных станций ВРД 39-1.8-055-2002 (ТТТ КС и КДС ВРД 39-1.8-055-2002)].

Прототип включает в себя цикл подготовки газообразного топлива (фильтрацию, суфлирование и подогрев), редуцирование и подачу его в силовой привод.

Работа прототипа заключается в следующем: газообразное топливо, поступающее через систему фильтров из магистрального газопровода под давлением (7,5-8,0) МПа, подвергается суфлированию (осушению) и подогреву до температуры 283К и выше, подается в блок редукторов, состоящий из двух редукторов, в которых последовательно происходит понижение давления газа до (2,5-2,7) МПа в первом редукторе, до (1,2-2,4) МПа во втором редукторе, и направляется в силовой привод.

Недостатками прототипа являются:

1) предварительная подготовка газообразного топлива:

- суфлирование (осушка);

- подогрев до температуры 283К и выше;

2) система запорных устройств, включающая задвижки (в основном, приводящиеся в действие вручную);

3) разветвленная сеть газопроводов;

4) блок редукторов с низким ресурсом работы (частые отказы, например, в случае колебания магистрального давления);

5) большие габариты конструкции;

6) низкий ресурс устройства;

7) высокая цена.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности работы, увеличение ресурса и снижение себестоимости конструкции.

Цель предлагаемого изобретения достигается тем, что газообразное топливо подается под давлением в диапазоне (8,2-11,72) МПа в стопорный клапан взрывозащищенный (СКВ), отсекающий подачу топлива в силовой привод при превышении частоты вращения ротора силового привода свыше 105% от максимальной, а управление приводом дозирующего элемента осуществляется шаговым или моментным электродвигателем, управляемым блоком управления (БУ) в соответствии с сигналом (I_упр), поступающим от электронного регулятора (ЭР) (в цифровом или аналоговом формате) в диапазоне от I_упр.=4 мА до I_упр=20 мА, и сигналом тока обратной связи (I_ос), поступающим от датчика положения дозирующего элемента (в цифровом или аналоговом формате) в диапазоне от I_ос=4 мА до I_ос=20 мА и зависящим от положения дозирующего элемента (ДГВ), в соответствии с разностью Δ_I=I_упр-I_ос, что, в свою очередь, уменьшает давление до (0,5-2,4) МПа, в зависимости от потребности силового привода, причем срабатывание клапана аварийного останова (КАО) на отсечку происходит в тот момент, когда давление на выходе из него превышает установленное регламентом эксплуатации силового привода максимальное давление, причем в предлагаемом изобретении происходит замена блока подготовки топливного промышленного газа (БПТПГ) устройством, включающим в себя принципиально новые узлы: стопорный клапан взрывозащищенный (СКВ), дозатор газа взрывозащищенный (ДГВ), клапан аварийного останова (КАО), блок управления (БУ) и электронный регулятор (ЭР).

Устройство узлов в вышеописанной технологии позволяет исключить операции суфлирования (осушения) и подогрева газообразного топлива.

Блок-схема (фиг.1) предлагаемого изобретения для подачи газообразного топлива в силовой привод из магистрального газопровода наглядно показывает суть взаимодействия узлов системы.

Система включает в себя: газопроводы (1), стопорный клапан взрывозащищенный (СКВ) (2), дозатор газа взрывозащищенный (ДГВ) (3), клапан аварийного останова (КАО) (4), электронный регулятор (ЭР) (5) и блок управления (БУ) (6).

Стопорный клапан взрывозащищенный (СКВ) осуществляет защиту силового привода путем отсечки подачи газообразного топлива при превышении частоты вращения ротора силового привода свыше 105% от максимально допустимой в зависимости от типа силового привода значения в ответ на дискретную электрическую команду.

Рабочие параметры СКВ приведены в табл.1.

СКВ взаимодействует с дозатором газа (ДГВ), с электронным регулятором (ЭР) или с пультом управления диспетчера и другими элементами системы (по согласованию).

В состав СКВ входит:

- запорный элемент;

- исполнительный механизм;

- сигнализатор положения запорного элемента.

Конструктивное исполнение СКВ, включая электросоединители, - взрывозащищенное, взрывобезопасное, пожаробезопасное.

Дозатор газа взрывозащищенный (ДГВ) предназначен для управления подачей газообразного топлива к потребителю в соответствии с аналоговыми или цифровыми командами, поступающими с электронного регулятора (ЭР).

Газ поступает в дозатор газообразного топлива (ДГВ) под давлением с учетом потерь (8,1-11,61) МПа, где давление автоматически понижается и подается потребителю на выходе из него с давлением от 0,5 МПа до 2,4 МПа в зависимости от назначения.

Управление приводом дозирующего элемента осуществляется шаговым или моментным электродвигателем, управляемым блоком управления (БУ) в соответствии с сигналом (I_упр), поступающим от электронного регулятора (ЭР) (в цифровом или аналоговом формате) в диапазоне от I_упр.=4 мА до I_упр=20 мА, и сигналом тока обратной связи (I_ос), поступающим от датчика положения дозирующего элемента (в цифровом или аналоговом формате) в диапазоне от I_ос=4 мА до I_oc=20 мА и зависящим от положения дозирующего элемента (ДГВ), в соответствии с разностью Δ_I=I_упр-I_oc, изменяя его положение с высокой точностью, а следовательно, и расход газа от G_min до G_max.

Диапазон величины управляющего тока и тока обратной связи от 4 мА до 20 мА является международным стандартом для интерфейсов.

Зависимость величины расхода газа (G_г, %) от величины тока обратной связи (I_ос, мА) и формы проходного сечения дозирующего элемента - нелинейная, полученная эмпирическим путем, зависит от применяемого силового привода.

Соединение ДГВ с БУ осуществляется с помощью кабеля длиной не более 20 м.

Рабочие параметры ДГВ приведены в табл.2.

ДГВ взаимодействует со стопорным клапаном (СКВ), подчиняясь командам блока управления дозатором (БУ) и электронного регулятора (ЭР), и другими элементами системы.

В состав ДГВ входят:

- дозирующий элемент;

- привод дозирующего элемента (шаговый или моментный двигатель);

- датчик положения дозирующего элемента.

Конструктивное исполнение ДГВ, включая электросоединители, - взрывозащищенное, взрывобезопасное, пожаробезопасное.

Клапан аварийного останова (КАО) предназначен для перекрытия магистрали подачи газообразного топлива к потребителю при давлении газа, превышающем пределы (1,0-2,4) МПа на выходе КАО в зависимости от того, какое давление является рабочим в силовом приводе.

Рабочие параметры КАО приведены в табл.3.

КАО взаимодействует с дозатором газа (ДГВ), стопорным клапаном (СКВ) и другими элементами системы.

В состав КАО входят:

- запорный элемент;

- чувствительный элемент давление газа на выходе из КАО;

- визуальный указатель положения запорного элемента;

- устройство ручного открытия запорного элемента.

Отфильтрованный газ по газопроводу (1) поступает в СКВ (2). При подаче питания на исполнительный механизм СКВ и при наличии давления газа на входе в привод его запорный элемент занимает положение "Открыто", тем самым, обеспечивая подачу газообразного топлива к ДГВ (3). Для сохранения положения "Открыто" запорного элемента исполнительный механизм СКВ находится под током, при этом электрический ток в цепи сигнализатора положения запорного элемента отсутствует. При снятии электрической команды с исполнительного механизма СКВ его запорный элемент займет положение "Закрыто", тем самым, прекращая подачу газообразного топлива к ДГВ (3), при этом в цепи сигнализатора положения запорного элемента появится электрический ток.

После СКВ (2) газообразное топливо поступает в ДГВ (3), в котором происходит дозирование расхода газа, подаваемого к потребителю, в соответствии с цифровой или аналоговой командой поступающей от ЭР (5) к БУ (6), причем непосредственное управление приводом дозирующего элемента ДГВ (3) осуществляется БУ (6).

Далее газообразное топливо поступает в клапан аварийного останова (КАО) (4), в котором при давлении газа на выходе из КАО (4), превышающем значение настройки чувствительного элемента КАО, запорный элемент КАО (4) занимает положение "Закрыто", тем самым, прекращая подачу газа к потребителю. После закрытия запорный элемент КАО (4) фиксируется в положении "Закрыто", причем контроль за положением запорного элемента КАО осуществляется по визуальному указателю, а приведение запорного элемента КАО в положение "Открыто" осуществляется ручным устройством.

После КАО газообразное топливо поступает в силовой привод.

СПОСОБ ПОДАЧИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В СИЛОВОЙ ПРИВОД ИЗ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Таблица 1
Рабочие параметры СКВ№ п/пНаименование параметраРазмерностьВеличина1Вес привода (сухого без транспортировочных устройств)кгне более 502Рабочее тело газ3Давление газа на входе в приводМПа0,65÷11,724Допустимые утечки газа по запорному элементусм³/сне более 105Допустимые утечки газа в дренажсм³/сне более 106Время открытия запорного элемента при подаче электрического сигнала на исполнительный механизм и давлении газа на входе в привод 5 МПасне более 27Время закрытия запорного элемента при снятии электрического сигнала с исполнительного механизма и давлении газа на входе в привод 5 МПасне более 0,158Потери давления газа на приводе при расходе 1,39 кг/с при давлении газа на входе 2,8 МПаМПане более 0,05

СПОСОБ ПОДАЧИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В СИЛОВОЙ ПРИВОД ИЗ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Таблица 2
Рабочие параметры ДГВ№ п/пНаименование параметраРазмерностьВеличина1Вес привода (сухого без транспортировочных устройств)кгне более 352Рабочее тело газ3Номинальная чистота фильтрации газа на входе в приводмкмне более 404Температура газа на входе в приводК253÷3935Давление газа на входе в приводМПа  минимальное 0,5 максимальное 11,746Диапазоны регулируемого расхода (G_г) при давлении на входе в привод Р_вх=10^-2 МПакг/с0,003...0,7 0,003...0,35 0,003...0,177Утечка газа в дренажСм³/сне более 308Уровень и вид защиты 1ExdsIICT49Степень защиты изделия оболочкой 1Р5410Взрывобезопасность по ГОСТ 12.1.010-7611Пожарная безопасность по ГОСТ 12.1.004-91

СПОСОБ ПОДАЧИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА В СИЛОВОЙ ПРИВОД ИЗ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Таблица 3
Рабочие параметры КАО№ п/пНаименование параметраРазмерностьВеличина1Вес привода (сухого без транспортировочных устройств)кгне более 302Рабочее тело газ3Температура газа на входе в приводК253÷3934Давление газа на входе в приводМПане более 2,55Давление газа на выходе из привода, при котором происходит закрытие запорного элементаМПа1,0÷2,56Допустимые утечки газа по запорному элементуСм³/сне более 107Уровень и вид защиты 1ExdsIICT48Взрывобезопасность по ГОСТ 12.1.010-769Пожарная безопасность по ГОСТ 12.1.004-91

Изобретения предназначены для использования на объектах газотранспортных предприятий и относятся к области управления подачи газообразного топлива непосредственно из магистрального газопровода к силовому приводу (например, газотурбинному двигателю). Способ и устройство позволяют повысить надежность работы, увеличить ресурс и существенно снизить себестоимость объекта предполагаемого изобретения. В способе подачи газообразного топлива в силовой привод из магистрального газопровода, включающем фильтрацию и систему понижения давления газообразного топлива, газообразное топливо подают в стопорный клапан взрывозащищенный, отсекающий газообразное топливо при превышении частоты вращения силового привода свыше 105% от максимального значения, а управление дозатором газа взрывозащищенным осуществляют блоком управления в соответствии с разностью Δ_I=I_упр-I_oc тока управления, поступающего от электронного регулятора в цифровом или аналоговом формате, и тока обратной связи, поступающего в цифровом или аналоговом формате от датчика дозирующего элемента дозатора газа взрывозащищенного и зависящего от положения дозирующего элемента, что, в свою очередь, уменьшает давление газообразного топлива до величин, определяемых типом силового привода, далее газообразное топливо через клапан аварийной остановки, срабатывающий на отсечение газа, когда давление на выходе из него превышает максимально допустимый предел для данного типа силового привода, подают в силовой привод, где

Δ_i - разность сигналов,

I_упр - сигнал от электронного регулятора,

I_oc - сигнал тока обратной связи от датчика положения дозирующего элемента. Устройство для осуществления способа подачи газообразного топлива в силовой привод из магистрального газопровода, включающее систему фильтрации и понижения давления газообразного топлива, подаваемого в силовой привод, включает в себя систему управления и контроля подаваемого в силовой привод газообразного топлива, содержащую стопорный клапан взрывозащищенный, взаимодействующий с дозатором газа взрывозащищенным, управляемым блоком управления по команде от электронного регулятора, и клапан аварийного останова, взаимодействующий с дозатором газа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Способ подачи газообразного топлива в силовой привод из магистрального газопровода, включающий фильтрацию и понижение давления газообразного топлива, отличающийся тем, что газообразное топливо подают в стопорный клапан взрывозащищенный, отсекающий газообразное топливо при превышении частоты вращения силового привода свыше 105% от максимального значения, а управление дозатором газа взрывозащищенным осуществляют блоком управления в соответствии с разностью Δ_I=I_упр-I_oc тока управления, поступающего от электронного регулятора в цифровом или аналоговом формате, и тока обратной связи, поступающего в цифровом или аналоговом формате от датчика дозирующего элемента дозатора газа взрывозащищенного и зависящего от положения дозирующего элемента, что, в свою очередь, уменьшает давление газообразного топлива до величин, определяемых типом силового привода, далее газообразное топливо через клапан аварийной остановки, срабатывающий на отсечение газа, когда давление на выходе из него превышает максимально допустимый предел для данного типа силового привода, подают в силовой привод, где

Δ_I - разность сигналов,

I_упр - сигнал от электронного регулятора,

I_oc - сигнал тока обратной связи от датчика положения дозирующего элемента.