СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДА С ДВУХКОНТУРНЫМ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ Российский патент 2015 года по МПК F17D5/02 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для автоматического контроля технологического процесса транспортировки жидкости и газа, для контроля состояния трубопровода на участках нефтепроводов, газопроводов, водоводов, расположенных в труднодоступной местности и не имеющих централизованных источников энергоснабжения.

Известна Система контроля и регулирования режима работы трубопровода, содержащая средства измерений, приемно-передающую аппаратуру, источник питания и центральный диспетчерский пункт с записывающим устройством, электроприводные задвижки, микропроцессорный контроллер, выход которого подключен к входу узла электроприводных задвижек, приемно-передающая аппаратура представляет собой радиомодем, источник питания соединен со средствами измерений, радиомодемом, микропроцессорным контроллером и с электроприводными задвижками (Патент РФ №2304740, F17D 5/00, приоритет от 06.04.2005 г., оп. 20.08.2007 г.).

Недостатком указанной Системы является невысокая эксплуатационная надежность.

Наиболее близкой является Система контроля состояния трубопровода с гидравлическим энергетическим модулем, содержащая основной трубопровод, устройство для перепада давления с приводом, гидравлическую турбину, средства измерений технологических процессов, представляющие собой датчик или несколько датчиков и преобразователей сигналов, центральный диспетчерский пункт с приемно-передающей аппаратурой и записывающим устройством, аккумуляторные батареи, инвертор с зарядным устройством, микропроцессорный контроллер, соединенный по входам со средствами измерений технологических процессов и по выходам с приводом устройства для создания перепада давления и со всеми исполнительными механизмами Системы, обводную линию, представляющую собой участок трубопровода с размером диаметра, меньшим, чем размер диаметра основного трубопровода, и расположенную в зоне размещения устройства для создания перепада давления на линейной части основного трубопровода, при этом обводная линия герметично соединена с основным трубопроводом до и после устройства для создания перепада давления, турбина гидравлическая герметично расположена на обводной линии с возможностью гидравлического сообщения с транспортируемым продуктом из основного трубопровода (Патент РФ №2499181, F17D 5/02, приоритет от 04.07.2012 г., оп. 20.11.2013 г., прототип).

Недостатком указанной Системы является повышенная экологическая опасность, так как в качестве источника энергии используют энергию потока пожаро-, взрыво- и токсически опасного продукта в виде жидкости, газа, перемещаемого в трубопроводе, что несет дополнительные риски из-за применения электрооборудования.

Предлагаемое техническое решение лишено приведенных выше недостатков и позволяет повысить эксплуатационную надежность системы за счет использование транспортируемого в трубопроводе продукта локально в технологических элементах, не содержащих электрические цепи, тем самым повышая эксплуатационную надежность и уменьшая риск техногенных и экологических аварий, а также позволяет снизить стоимость из-за отсутствия необходимости применения электрооборудования во взрывобезопасном исполнении.

Поставленная цель достигается тем, что Система контроля состояния трубопровода с двухконтурным гидравлическим приводом содержит основной трубопровод, устройство для создания перепада давления с приводом, турбину гидравлическую, обводную линию, представляющую собой участок трубопровода с размером диаметра, меньшим, чем размер диаметра основного трубопровода, и расположенную в зоне размещения устройства для создания перепада давления на линейной части основного трубопровода, при этом обводная линия герметично соединена с основным трубопроводом до и после устройства для создания перепада давления, турбина гидравлическая герметично расположена на обводной линии с возможностью гидравлического сообщения с транспортируемым продуктом из основного трубопровода, энергетический модуль, включающий в себя гидроэлектротурбину, аккумуляторные батареи, инвертор с зарядным устройством, средства измерений технологических процессов, представляющие собой датчик или несколько датчиков и преобразователей сигналов, микропроцессорный контроллер, соединенный по входам со средствами измерений технологических процессов и по выходам с приводом устройства для перепада давления и со всеми исполнительными механизмами Системы, устройство для создания перепада давления представляет собой технологическую задвижку и/или технологическую шайбу, Система дополнительно снабжена центробежным насосом, трубопроводом подачи рабочей жидкости, гидроэлектротурбиной, при этом турбина гидравлическая и центробежный насос соединены между собой с возможностью отсоединения при критической нагрузке и расположены на общей раме, закрепленной на основном трубопроводе, трубопровод подачи рабочей жидкости соединен с выходом центробежного насоса и с входом гидроэлектротурбины, гидроэлектротурбина расположена в энергетическом модуле и выход гидроэлектротурбины соединен с аккумуляторными батареями посредством инвентора с зарядным устройством, при этом турбина гидравлическая и центробежный насос соединены между собой посредством соединительной муфты, турбина гидравлическая, центробежный насос и соединительная муфта расположены на общей раме, закрепленной на основном трубопроводе.

На фигуре представлена схема Системы контроля состояния трубопровода с двухконтурным гидравлическим приводом.

Предлагаемая Система контроля состояния трубопровода с двухконтурным гидравлическим приводом вырабатывает электроэнергию, достаточную для эксплуатации Системы, а именно, для подзарядки аккумуляторов, используя не энергию перекачиваемого продукта по основному трубопроводу - пожаро-, взрыво- и токсически опасного продукта, например нефти, газа, химического продукта, а энергию не пожаро-, не взрыво-, не токсиччески опасной жидкости - нейтральной жидкости, например антифриза, перекачиваемой по технологическому трубопроводу.

Предлагаемая Система содержит основной трубопровод 1, устройство для создания перепада давления 2 с приводом, обводную линию 3, турбину гидравлическую 4, центробежный насос 5, трубопровод подачи рабочей жидкости 6, энергетический модуль 7, гидроэлектротурбину 8, входящую в состав энергетического модуля 7, запорную арматуру 9.

Устройство для создания перепада давления 2 предназначено для создания перепада давления в основном трубопроводе 1 путем заданного размера проходного сечения устройства для создания перепада давления 2 или частичного или полного закрытия или открытия устройства для создания перепада давления 2, а также используют для перекрытия основного трубопровода 1 при проведении регламентных и ремонтных работ.

Устройство для создания перепада давления 2 представляет собой известное запорное устройство различного конструктивного исполнения, например технологическую задвижку и/или технологическую шайбу. Привод устройства для создания перепада давления 2 представляет собой известное устройство. Например устройство для создания перепада давления 2 с приводом представляет собой электроприводную задвижку.

Турбина гидравлическая 4 представляет собой известное устройство, преобразующее энергию перекачиваемой среды в энергию вращающегося вала, например как в известном счетчике нефти ТОР-80 (ТОР-50), и расположена на обводной линии 3 с возможностью гидравлического сообщения с транспортируемым продуктом из основного трубопровода 1.

Выходной вал турбины гидравлической 4 и входной вал центробежного насоса 5 соединены с возможностью отсоединения при критической нагрузке посредством, например соединительной муфты 10.

Турбина гидравлическая 4 служит приводом для центробежного насоса 5.

Заданный режим работы турбины гидравлической 4 обеспечивает устройство для создания перепада давления 2 посредством создания заданного перепада давления в основном трубопроводе 1. Величину заданного перепада давления определяют исходя из энергетических потребностей энергетического модуля 7.

Центробежный насос 5 представляет собой известную конструкцию и предназначен для перекачки взрывопожаробезопасной рабочей жидкости.

Турбина гидравлическая 4 и центробежный насос 5, соединенные между собой, конструктивно объедены и расположены на общей раме, закрепленной непосредственно на основном трубопроводе 1, например при помощи закладных элементов. Например турбина гидравлическая 4, центробежный насос 5 и соединительная муфта 10 расположены на общей раме, закрепленной на основном трубопроводе 1.

Обводная линия 3 представляет собой участок трубопровода с размером диаметра, меньшим, чем размер диаметра основного трубопровода 1, и расположена в зоне размещения устройства для создания перепада давления 2 на линейной части основного трубопровода 1, при этом начало обводной линии 3 герметично соединено с основным трубопроводом 1 до устройства для создания перепада давления 2, например технологической задвижки, а конец обводной линии 3 герметично соединен с основным трубопроводом 1 после устройства для создания перепада давления 2.

Герметичное соединение обводной линии 3 с основным трубопроводом 1 осуществляют посредством сварки или фланцевых соединений.

Обводная линия 3 обеспечивает гидравлическое взаимодействие турбины гидравлической 4 с транспортируемым пожаро-, взрыво- и токсически опасным продуктом из основного трубопровода 1 посредством отбора транспортируемого продукта и возврата его в основной трубопровод 1 через турбину гидравлическую 4.

Трубопровод подачи рабочей жидкости 6 соединен с выходом центробежного насоса 5 и с входом гидроэлектротурбины 8, расположенной в автономном энергетическом модуле 7. Трубопровод подачи рабочей жидкости 6 предназначен для подачи потока рабочей жидкости в виде не пожаро-, не взрыво-, не токсически опасной жидкости, например антифриза, на вход гидроэлектротурбины 8 и обеспечивает возможность размещение на безопасном расстоянии энергетического модуля 7 от основного трубопровода 1.

Запорная арматура 9 установлена на обводной линии 3 и на трубопроводе подачи рабочей жидкости 6 для их отключения при проведении регламентных и ремонтных работ.

Энергетический модуль 7 включает в себя центральный диспетчерский пункт с приемно-передающей аппаратурой и записывающим устройством, гидроэлектротурбину 8, аккумуляторные батареи 11, инвертор с зарядным устройством 12, средства измерений технологических процессов 13, микропроцессорный контроллер 14, соединенный по входам со средствами измерений технологических процессов 13 и по выходам с приводом устройства для создания перепада давления 2 и со всеми исполнительными механизмами Системы, в том числе, и системой жизнеобеспечения.

Энергетический модуль 7 размещен на безопасном расстоянии от технологического оборудования повышенной опасности основного трубопровода 1 в специальном укрытии контейнерного типа.

Центральный диспетчерский пункт (на фиг. не показан) установлен в центре управления основным трубопроводом 1 и осуществляет прием и передачу информации, запись данных и контроль обработанной информации о технологических параметрах, поступающей с микропроцессорного контроллера 14 посредством приемно-передающей аппаратуры, например радиомодема, и записывающего устройства.

Центральный диспетчерский пункт включает в себя приемно-передающую аппаратуру и записывающее устройство. Приемно-передающая аппаратура диспетчерского пункта представляет собой радиомодем, обеспечивающий обмен информацией с микропроцессорного контроллера 14. Записывающее устройство диспетчерского пункта представляет собой ЭВМ с программным обеспечением.

Гидроэлектротурбина 8 представляет собой известное устройство, обеспечивающее выработку (генерацию) электроэнергии, необходимую для подзарядки аккумуляторных батарей 11, например серия компактных турбин PowerSpout от компании Ecolnovation. Гидроэлектротурбина 8 установлена с возможностью осуществлять зарядку аккумуляторных батарей 11 и приводится в действие потоком рабочей жидкости, циркулирующей по трубопроводу подачи рабочей жидкости 6, при этом выход гидроэлектротурбины 8 соединен с аккумуляторными батареями 11 посредством инвентора с зарядным устройством 12.

Аккумуляторные батареи 11 представляют собой известный химический источник тока и служат основным источником электроэнергии Системы.

Инвертор 12 представляет собой известный прибор, который создает переменное напряжение при подключении источника постоянного напряжения и предназначен для преобразования низкого постоянного напряжения аккумуляторной батареи в высокое напряжение сетевой частоты, необходимое для работы подключаемого к Системе оборудования внешних нагрузок, например электроприводной задвижки 2.

Зарядное устройство представляет собой известную конструкцию, которая обеспечивает требуемый уровень заряда аккумуляторных батарей Системы.

Средства измерений технологических процессов 13 представляют собой датчик или несколько датчиков и преобразователей сигналов и обеспечивают сбор информации о технологических параметрах системы. По показаниям средств измерений технологических процессов 13 осуществляют контроль за состоянием транспортной системы в виде основного трубопровода 1 и текущего в нем транспортируемого продукта.

Микропроцессорный контроллер 14 соединен по входам со средствами измерений технологических процессов 13 и по выходам с приводом устройства для создания перепада давления 2 и со всеми исполнительными механизмами Системы, в том числе, с системой жизнеобеспечения и системой связи с центральным диспетчерским пунктом.

Микропроцессорный контроллер 14 осуществляет сбор информации о технологических параметрах системы, обработку технологических параметрах и управление процессом зарядки аккумуляторных батарей 11.

Информационный обмен между микропроцессорным контроллером 14 и центральным диспетчерским пунктом осуществляют посредством приемно-передающей аппаратуры по радиоканалу, а связь между остальными узлами и оборудованием энергетического модуля 7 осуществляют по кабельным линиям.

Система жизнеобеспечения включает в себя вентиляцию специального укрытия контейнерного типа, отопление специального укрытия контейнерного типа, охранно-пожарную систему специального укрытия контейнерного типа.

Система контроля состояния трубопровода с двухконтурным гидравлическим приводом работает следующим образом.

Создают перепад давления на устройстве для создания перепада давления 2. За счет созданного перепада давления транспортируемый по основному трубопроводу 1 пожаро-, взрыво- и токсически опасный продукт проходит в обводную линию 3, затем в турбину гидравлическую 4, опять в обводную линию 3 и затем в основной трубопровод 1. Проходя через турбину гидравлическую 4, пожаро-, взрыво- и токсически опасный продукт вращает ее вал, который посредством соединения с возможностью отсоединения при критической нагрузке, например соединительной муфты 10, передает вращение валу центробежного насоса 5 и приводит его в действие.

Центробежный насос 5 начинает перекачивать поток рабочей жидкости, например антифриз, по трубопроводу подачи рабочей жидкости 6. При этом поток рабочей жидкости, циркулируя по трубопроводу подачи рабочей жидкости 6, приводит в действие гидроэлектротурбину 8 энергетического модуля 7. Гидроэлектротурбина 8 осуществляет зарядку аккумуляторных батарей, обеспечивая энергией энергетический модуль 7 и потребности всей Системы в энергоресурсах.

Транспортируемый продукт, проходя через турбину гидравлическую 4, преобразует гидравлическую мощность своей текущей среды в электрическую энергию посредством турбины гидравлической 4, центробежного насоса 5 и гидроэлектротурбины 8.

В процессе транспортирования пожаро-, взрыво- и токсически опасного продукта по основному трубопроводу 1 осуществляют сбор информации о технологических параметрах транспортируемого продукта и Системы посредством средств измерений технологических процессов 13.

Контролируемую информацию о технологических параметрах транспортируемого продукта, о технологических параметрах состояния основного оборудования передают от средств измерений технологических процессов 13 в микропроцессорный контроллер 14 для ее обработки с помощью программного обеспечения. При этом обработку информации о технологических параметрах транспортируемого продукта, о технологических параметрах состояния основного оборудования осуществляют с выделением аварийных отклонений и выработкой управляющих воздействий. Одновременно с процессом обработки технологических параметров транспортной системы микропроцессорным контроллером 14 осуществляют и процесс обработки технологических параметров укрытия контейнерного типа, узлов и вспомогательного оборудования, например целостности укрытия контейнерного типа, пожарной безопасности и температурного режима внутри него.

Предлагаемое техническое решение за счет преобразования энергии потока особо опасной жидкости, а именно, пожаро-, взрыво- и токсически опасного продукта транспортируемого по основному трубопроводу, в кинетическую энергию перемещения нейтральной жидкости позволяет повысить эксплуатационную надежность Системы.

Также заявленное техническое решение уменьшает риск техногенных и экологических аварий, позволяет снизить стоимость из-за отсутствия необходимости применения электрооборудования во взрывобезопасном исполнении, а именно снимается требование взрывозащищенного исполнения оборудования энергетического модуля, так как гидравлическая турбина, центробежный насос и гидроэлектротурбина не имеют в своем составе электрических цепей, что в разы уменьшает стоимость Системы, повышая одновременно ее безопасность.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, в частности к системе контроля состояния трубопровода. Система содержит основной трубопровод, устройство для создания перепада давления с приводом, гидравлическую турбину, обводную линию, представляющую собой участок трубопровода диаметром, меньшим, чем диаметр основного трубопровода, расположенную в зоне размещения устройства для создания перепада давления на линейной части основного трубопровода. Обводная линия герметично соединена с основным трубопроводом до и после устройства для создания перепада давления. Гидравлическая турбина герметично расположена на обводной линии с возможностью гидравлического сообщения с транспортируемым продуктом из основного трубопровода. Система содержит энергетический модуль, включающий аккумуляторные батареи, инвертор с зарядным устройством, средства измерений технологических процессов, представляющие собой датчики и преобразователи сигналов, микропроцессорный контроллер, соединенный входами со средствами измерений технологических процессов и выходом с приводом устройства для перепада давления. Система снабжена центробежным насосом, трубопроводом подачи рабочей жидкости и гидроэлектротурбиной. Турбина гидравлическая и центробежный насос соединены между собой с возможностью отсоединения при критической нагрузке и расположены на общей раме, закрепленной на основном трубопроводе. Трубопровод подачи рабочей жидкости соединен с выходом центробежного насоса и с входом гидроэлектротурбины, которая расположена в энергетическом модуле и выход которой соединен с аккумуляторными батареями посредством инвентора с зарядным устройством. Использование изобретения обеспечивает повышение эксплуатационной надежности системы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система контроля состояния трубопровода с двухконтурным гидравлическим приводом, содержащая основной трубопровод, устройство для создания перепада давления с приводом, гидравлическую турбину, обводную линию, представляющую собой участок трубопровода диаметром, меньшим, чем диаметр основного трубопровода, расположенную на линейной части основного трубопровода в зоне размещения устройства для создания перепада давления, при этом обводная линия герметично соединена с основным трубопроводом до и после устройства для создания перепада давления, гидравлическая турбина герметично расположена на обводной линии с возможностью гидравлического сообщения с транспортируемым продуктом из основного трубопровода, энергетический модуль, содержащий аккумуляторные батареи, инвертор с зарядным устройством, средства измерений технологических процессов, представляющие собой датчики и преобразователи сигналов, микропроцессорный контроллер, соединенный входами со средствами измерений технологических процессов и выходом с приводом устройства для перепада давления, отличающаяся тем, что она снабжена центробежным насосом, трубопроводом подачи рабочей жидкости и гидроэлектротурбиной, при этом гидравлическая турбина и центробежный насос соединены между собой с возможностью отсоединения при критической нагрузке и расположены на общей раме, закрепленной на основном трубопроводе, трубопровод подачи рабочей жидкости соединен с выходом центробежного насоса и с входом гидроэлектротурбины, расположенной в энергетическом модуле, при этом выход гидроэлектротурбины соединен с аккумуляторными батареями посредством инвентора с зарядным устройством, а устройство для создания перепада давления выполнено в виде технологических задвижки или шайбы.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что гидравлическая турбина и центробежный насос соединены между собой посредством соединительной муфты.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что гидравлическая турбина, центробежный насос и соединительная муфта расположены на общей раме, закрепленной на основном трубопроводе.