Байпасная обвязка кранов на магистральных газопроводах, применяемая для предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального газопровода для обеспечения крана импульсным газом в аварийных ситуациях и для ее использования в качестве аккумулятора импульсного газа Российский патент 2020 года по МПК F17D3/00 F17D5/00 

Техническое решение относится к области арматуростроения, в частности к предохранительным, противопожарным, запорным и аварийным устройствам, служащим для перекрытия потока перекачиваемой среды в зону аварийной ситуации, сложившейся на защищаемом объекте, используется для предотвращения аварийных ситуаций и исключения возможных катастроф, может найти применение в первую очередь в системах обеспечения безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов для перекачки газа.

Из исследованного заявителем уровня техники выявлена группа изобретений: способ предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода, устройство и клапан-отсекатель в устройстве для осуществления способа по описанию к изобретению по патенту RU №2317464, F16K 17/38, F17D 3/00, F17D 5/00, опубликовано 20.02.2008. Сущностью известного технического решения является способ предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода, включающий в случае наступления аварийной ситуации распознавание и фиксирование факта аварийной ситуации по ее последствию, падению давления перекачиваемой по магистральному трубопроводу среды, определение аварийного участка среди остальных участков магистрального трубопровода, подачу энергии и команды на приведение в действие запорных органов на концах аварийного участка и тем самым отключение аварийного участка от остальной части магистрального трубопровода, отличающийся тем, что дополнительно до наступления аварийной ситуации распознают и фиксируют по месту аварии непосредственно факт возникновения причины аварийной ситуации - нарушение целостности магистрального трубопровода во время его совершения с помощью системы охранной сигнализации и таким образом определяют аварийный участок и подают команду на приведение запорных органов аварийного участка в действие путем высвобождения в форме тепла аккумулированной энергии в запорных органах, кроме того, дополнительно, в случае наступления аварийной ситуации, нераспознанной системой охранной сигнализации, распознавание

и фиксирование факта аварийной ситуации производится по ее последствию, наличию пожара на месте аварии, и тем самым определяют аварийный участок и подают команду на приведение в действие запорных органов на нем высвобождением аккумулированной в них энергии.

Устройство для предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода, содержащее запорные органы по концам участков линейной части магистрального трубопровода, датчики давления перекачиваемой по магистральному трубопроводу среды, линию передачи сигнала от датчиков давления, линию передачи команды для приведения в действие запорных органов по концам аварийного участка, причем, запорные органы выполнены в виде клапанов-отсекателей с запасом аккумулированной энергии и спусковым устройством для высвобождения ее, устройство включает систему распознавания и фиксирования факта аварийной ситуации на каждом участке, выполненную по типу и в виде охранной сигнализации, основанной на контроле целостности сторожевой электрической цепи, сообщающей между собой клапаны-отсекатели на участке, причем сторожевая электрическая цепь в виде изолированного проволочного проводника намотана по спирали на всю длину участка линейной части магистрального трубопровода между клапанов-отсекателей по его концам и приклеена к трубной поверхности, под изоляцией на ней, при этом система распознавания и фиксирования факта аварийной ситуации имеет два источника электроэнергии и два исполнительных органа, подключенных каждый соответственно к своему спусковому устройству клапанов-отсекателей и настроена на одновременную работу исполнительных органов, кроме того, к спусковому устройству каждого клапана-отсекателя с двух сторон подключены два инициирующих химических средства, выполненных в виде бикфордового шнура, проложенных каждый по поверхности линейной части магистрального трубопровода, по верхней образующей, под изоляцией, на всю длину каждого из соседних участков, примыкающих к клапану-отсекателю с обеих сторон. Клапан-отсекатель в составе устройства для предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода, содержащий корпус, в котором установлено седло и подпружиненный запорный орган с держателем, выполненный из материала с эффектом «памяти формы», отличающийся тем, что клапан-отсекатель включает химический генератор тепла с запасом аккумулированной энергии и спусковым устройством для высвобождения энергии, металлический корпус которого выполнен в виде втулки с правильной многогранной внутренней поверхностью, к граням которой с усилием, плотно, всей сопрягаемой с гранью поверхности прижаты подпружиненные лепестки с держателями, выполненные заодно с держателем, в виде спрофилированных пластин из материала с эффектом «памяти формы», сопрягаемые между собой кромками таким образом, что кромки двух соседних лепестков выполняют для каждого лепестка роль седла, а все лепестки в совокупности являются запорным органом

лепесткового типа, осевого исполнения, противопоточной направленности, при этом каждый лепесток на свободном конце, снаружи, имеет две консоли, опирающиеся на два соседних лепестка, кроме того, клапан-отсекатель включает пировтулку, сформованную из термостойких сортов пороха, плотно посаженную по внутренней поверхности лепестков запорного органа, разрушаемую защитную гильзу, внутренняя поверхность которой образует проходной канал клапана-отсекателя, плотно посаженную по внутренней поверхности пировтулки, образующие совместно с генератором тепла, запорным органом отдельный функциональный модуль, собранный в единое целое цилиндрической кассетой, установленной и закрепленной соосно с радиальным зазором с помощью торцовых крышек в корпусе, причем свободные поверхности и грани генератора тепла, поверхности и кромки лепестков теплоизолированы от пировтулки слоем пылевидного теплоизолирующего вещества, внутренняя полость кассеты загерметизирована гильзой, а полость между кассетой и корпусом сообщена с проходным каналом тремя обратными, малоинерционными, пластинчато-кольцевыми клапанами, выполненными в виде упругой пластины, свернутой в кольцо, предварительно напряженной, плотно, с заданным усилием, настроенным на давление пропускаемой среды Рср≤1,5Рраб, где Рср - давление пропускаемой среды; Рраб - рабочее давление перекачиваемой среды, перекрывающей окна в свободных частях цилиндрической стенки кассеты, и установленными в следующем порядке по направлению потока перекачиваемой среды в проходном канале: первый обратный клапан с пропуском среды из проходного канала - в передней части кассеты, второй с пропуском среды в проходной канал и третий с пропуском среды из проходного канала - в задней части кассеты, при этом срединная часть кассеты занята функциональным модулем, к тому же на кромках лепестков установлены уплотняющие элементы из теплостойкого эластомера в виде шнуров. Таким образом более кратко идеей известного технического решения является группа изобретений включающая в себя три независимых пункта изобретения - способ, устройство и часть устройства (клапан), таким образом в случае наступления аварийной ситуации распознавание и фиксирование факта аварийной ситуации по ее последствию, падению давления перекачиваемой по магистральному трубопроводу среды, определение аварийного участка среди остальных участков магистрального газопровода, подачу энергии и команды на приведение в действие запорных органов на концах аварийного участка и тем самым отключение аварийного участка от остальной части магистрального газопровода, отличающийся тем, что дополнительно до наступления аварийной ситуации распознают и фиксируют по месту аварии непосредственно факт возникновения причины аварийной ситуации - нарушение целостности магистрального газопровода во время его совершения с помощью системы охранной сигнализации и таким образом определяют аварийный участок и подают команду на приведение запорных органов аварийного участка в действие путем высвобождения в форме тепла

аккумулированной энергии в запорных органах, кроме того, дополнительно, в случае наступления аварийной ситуации не распознанной системой охранной сигнализации, распознавание и фиксирование факта аварийной ситуации производится по ее последствию, наличию пожара на месте аварии, и тем самым определяют аварийный участок и подают команду на приведение в действие запорных органов на нем высвобождением аккумулированной в них энергии.

Недостатками известного способа и устройства являются: сложная конструкция устройства, сложность монтажа, использование взрывчатых пожароопасных веществ, в силу чего известный способ и устройства не обеспечивают достаточной безопасности при эксплуатации магистральных трубопроводов в аварийных ситуациях;

Недостатком в отношении способа является то, что известное техническое решение невозможно использовать в качестве аккумулирования импульсного газа для управления кранами в аварийной ситуации.

Наиболее близким аналогом, выявленным заявителем и взятым в качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих признаков и достигаемому техническому результату является известная установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов, описанная в патенте RU 138290 МПК F17D 1/00, опубликовано 10.03.2014. Сущностью является установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов, включающая систему трубопроводов, систему электрооборудования, блок автоматического управления, систему очистки газа, систему регенерации с, по крайней мере, двумя регенерируемыми адсорберами, имеющими наружный электрообогрев, узел замера влажности (точки росы) импульсного газа и запорную арматуру, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит датчик давления газа в системе регенерации адсорберов и датчик разности давления газа на входе и выходе из установки, подключенные к блоку автоматического управления.

Недостатком известного технического решения является то, что данная система предназначена для стационарной установки на компрессорных станциях, имеет сложную конструкцию, высокую цену и требует значительных материальных затрат на монтаж на магистральном газопроводе, что усложняет ее применения в полевых условиях;

Задачей заявленного технического решения являются разработка простого по конструкции устройства и простого способа его реализации для предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального газопровода, обеспечивающие приведение в действие запорных органов, которое должно обеспечить надежное отключение аварийного участка от остального газопровода и предотвращение дальнейшего развития аварийной ситуации с минимумом ущерба от аварии, уменьшении габаритов и массы, сокращение возможных потерь природного газа при возникновении аварийной ситуации.

Байпасная обвязка кранов на магистральных газопроводах, применяемая для предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального газопровода для обеспечения крана импульсным газом в аварийных ситуациях и для ее использования в качестве аккумулятора импульсного газа, включающая систему трубопроводов, блок автоматического управления, систему очистки газа, запорную арматуру и датчик давления газа, отличающаяся тем, что содержит участок байпасной обвязки крана между байпасными и свечными кранами, используемый в качестве аккумулятора импульсного газа, узлы отбора газа из действующего магистрального газопровода до и после крана, импульсную обвязку с обратными клапанами, узел подачи газа из аккумулятора импульсного газа на узел управления краном.

Заявленное техническое решение поясняется схемой, приведенной на Фиг.

Заявленное техническое решение состоит из следующих конструктивных элементов: системы трубопроводов 1, узла управления 2 краном 3, пневмогидропривода 4 крана 3, участка байпасной обвязки крана 3 между байпасными 5 и свечным 6 кранами, используемого в качестве аккумулятора импульсного газа 7, узлов отбора газа 8 из действующего магистрального газопровода до и после крана 3, обратных клапанов 9, системы очистки газа 10, узла подачи газа 11 из аккумулятора импульсного газа 7 на узел управления 2 линейным краном 3, запорной арматуры 12, датчика давления газа 13, импульсной обвязки 14.

Заявленное техническое решение реализуется следующим образом.

Газ, отбираемый через узлы отбора газа 8 из действующей системы трубопроводов 1 магистрального газопровода до и после крана 3, по импульсным трубопроводам 14 через обратные клапана 5 поступает в существующий участок байпасной обвязки крана 3, заключенный между байпасными 5 и свечным 6 кранами, которые при нормальной работе магистрального газопровода находятся в закрытом положении, используемый в качестве аккумулятора импульсного газа 7. При этом обеспечивается постоянное поддержание рабочего давления в аккумуляторе импульсного газа 7 давлением газа из магистрального газопровода путем перетока по импульсным трубопроводам 1, которое реализуется открытой запорной арматурой 12 импульсной обвязки 14. Газ из аккумулятора импульсного газа 7 через узел подачи газа 11 и систему очистки газа 10 по импульсным трубопроводам 14 подается на узел управления 2 краном 3. При возникновении аварийной ситуации и резком падении давления газа в магистральном газопроводе, определяемому по датчикам давления 13, давление и объем газа в аккумуляторе импульсного газа 7 за счет действия обратных клапанов 9 останется достаточным для перестановки крана 3 в положение закрыто, что обеспечит надежное отключение аварийного участка. Узлы отбора газа 8 и узел подачи газа 11 снабжены запорной арматурой 12 для возможности отключения подачи газа при проведении ремонтных работ.

Отличительные признаки, заключающиеся в том, что используется существующая байпасная обвязка крана, позволяющая не монтировать

дополнительные баллоны или сосуды для хранения необходимого запаса газа для перестановки крана при развитии аварийной ситуации и падении давления газа в действующем магистральном газопроводе.

Анализ выявленной заявителем научно-технической и патентной документации на дату приоритета по основным и смежным рубрикам МПК показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения и реализуемые посредством заявленных признаков технические результаты не выявлены, что является доказательством соответствия заявленного технического решения критерию патентоспособности «новизна», анализ уровня техники в отношении соответствия заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень", позволяет сделать вывод о соответствии указанному критерию, в силу того, что заявителю удалось, не используя дополнительные материальные ресурсы и «изобретательский уровень».

Заявленный способ позволит обеспечить необходимым запасом газа для закрытия крана при развитии аварийной ситуации и падении давления газа в действующем магистральном газопроводе, с возможностью обеспечения надежного отключения аварийного участка, что способствует предотвращению катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального газопровода, обеспечивает приведение в действие запорных органов, надежное отключение аварийного участка от остального газопровода и предотвращение дальнейшего развития аварийной ситуации с минимумом ущерба от аварии, повышение надежности за счет упрощения конструкции и уменьшения габаритов и массы.

Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с использование современных материалов. Данное устройство прошло апробацию на объекте ООО «Газпром трансгаз Казань».

Техническое решение относится к области арматуростроения, в частности к предохранительным, противопожарным, запорным и аварийным устройствам, служащим для перекрытия потока перекачиваемой среды в зону аварийной ситуации, сложившейся на защищаемом объекте, используется для предотвращения аварийных ситуаций и исключения возможных катастроф, может найти применение в первую очередь в системах обеспечения безопасности эксплуатации магистральных газопроводов для перекачки газа. Байпасная обвязка кранов на магистральных газопроводах, применяемая для предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального газопровода для обеспечения крана импульсным газом в аварийных ситуациях и для ее использования в качестве аккумулятора импульсного газа, включающая систему трубопроводов 1, узел управления краном 2, систему очистки газа 10, запорную арматуру 12 и датчик давления газа 13, отличается тем, что содержит участок байпасной обвязки крана 3 между байпасными 5 и свечным 6 кранами, используемый в качестве аккумулятора импульсного газа 7, узлы отбора газа 8 из действующего магистрального газопровода до и после крана 3, импульсную обвязку 14 с обратными клапанами 9, узел подачи газа 11 из аккумулятора импульсного газа 7 на узел управления 2 краном 3. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Байпасная обвязка кранов на магистральных газопроводах, применяемая для предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального газопровода для обеспечения крана импульсным газом в аварийных ситуациях и для ее использования в качестве аккумулятора импульсного газа, включающая систему трубопроводов, узел управления краном, систему очистки газа, запорную арматуру и датчик давления газа, отличающаяся тем, что содержит участок байпасной обвязки крана между байпасными и свечным кранами, используемый в качестве аккумулятора импульсного газа, узлы отбора газа из действующего магистрального газопровода до и после крана, импульсную обвязку с обратными клапанами, узел подачи газа из аккумулятора импульсного газа на узел управления краном.

2. Способ предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального газопровода, включающий в случае наступления аварийной ситуации распознавание, фиксирование факта аварийной ситуации по падению давления перекачиваемой по магистральному газопроводу среды, определение аварийного участка среди остальных участков магистрального газопровода, подачу команды на исполнительный механизм для приведения в действие запорных органов на концах аварийного участка с обеспечением возможности отключения аварийного участка от остальной части магистрального газопровода, отличающийся тем, что подача энергии на приведение в действие исполнительных механизмов запорных органов на концах аварийного участка осуществляют из аккумулятора импульсного газа, газ в который поступает из магистрального газопровода через обратные клапаны.