СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРОЙ Российский патент 2025 года по МПК F17D5/06 F16K31/00 

1. Область техники

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, а именно к автоматизации управления трубопроводной арматурой (ТПА), и может быть использовано при проведении регулярного технического обслуживания (ТО) ТПА.

2. Уровень техники

Во время эксплуатации ТПА непрерывно происходит ее износ, металлические детали подвергаются коррозии, уплотнители и набивка теряют свои функциональные свойства. В этом случае повышается вероятность отказа ТПА. Регулярное ТО один из наиболее важных способов повышения надежности ТПА. Недостаточное обслуживание ТПА с местным (локальным) управлением наиболее трудно поддается контролю. ТО ТПА включает в себя мероприятия по проверке работоспособности и исправности ТПА, в том числе перестановку затвора. В настоящее время дистанционное управление перестановкой затвора и контроль осуществления ТО осуществляется только на ТПА, оснащенной автоматизированной системой диспетчерского управления. ТО ТПА с местным управлением осуществляется в ручном режиме.

Известно Устройство перестановки шаровых кранов с пневматическим приводом (Патент RU №2696520 С1, 17.05.2018) состоящее из несущей рамы с расположенной на ней емкостью с гидравлической жидкостью и ручным гидравлическим насосом. Задачей изобретения перестановка шаровых кранов с пневматическим приводом при отсутствии давления импульсного газа. Недостатком данного устройства является необходимость присутствия обслуживающего персонала на крановой площадке в непосредственной близости к приводу во время перестановки затвора крана. Именно перестановка затвора ТПА является наиболее опасной процедурой, т.к. при перестановке затвора проявляются дефекты, возникающие в результате коррозийных и механических повреждений. Поэтому целесообразно при проведении ТО ТПА использовать устройства дистанционного управления ТПА.

Известно Электропневматическое устройство управления приводом шаровых кранов (Патент RU №2171406 С1, 15.12.2000) предназначенное для управления арматурой трубопроводов. Включение электромагнитов данного устройства осуществляется дистанционно с диспетчерского пульта. Особенностью известных устройств подобного типа является необходимость установки управляющего устройства на привод ТПА, что связано с необходимостью серьезной модернизации находящейся в эксплуатации ТПА в части автоматизации или изготовление и ввод в эксплуатацию новой ТПА с автоматизированной системой управления.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемого изобретения является Система «Смарт-мониторинг» для дистанционного контроля состояния запорной арматуры магистральных газопроводов (Патент RU №2752449 С1, 12.06.2021). Данная система позволяет дистанционно осуществлять регистрацию и контроль технического обслуживания ТПА. Как следует из описания система «Смарт-мониторинг» может быть использована при создании автоматизированных систем управления и контроля технологическими процессами трубопроводного транспорта газа и других продуктов. Подразумевается, что данную систему целесообразно использовать как дополнение к существующей системе автоматизации и телемеханизации объектов магистрального газопровода в части контроля состояния ТПА. Для действующей в настоящее время ТПА с локальным управлением использование системы «смарт-мониторинг» потребует дорогостоящей модернизации в части оснащения привода ТПА управляющим устройством, а так же введения в эксплуатацию следующего непрерывно функционирующего оборудования: контрольного пункта снабженного компьютером, блока контрольно-измерительных приборов, блока обработки сигналов, датчиков, канала связи. Данная система обладает существенным недостатком в части определения количества перестановок затвора, скорости перестановки затвора, герметичности затвора и величины крутящего момента требуемого для перестановки затвора. Эти параметры определяются по сравнению измеренной величины давления импульсного газа с эталонными значениями для запорной арматуры, не имеющей замечаний по работоспособности. Достоверно контролировать таким способом ТПА имеющую признаки износа или механических повреждений не представляется возможным.

На данный момент наиболее распространена ТПА с местным (локальным) управлением: пневмогидропривод или привод с ручными гидравлическими насосами. Т.к. это наиболее распространенные типы привода ТПА то полностью заменить или модернизировать их в ближайшее время не представляется возможным в связи с большими финансовыми затратами. Кроме того, ТПА с дистанционным управлением нуждается в информационной инфраструктуре и автоматизации системы диспетчерского управления, что требует дополнительных финансовых затрат во время эксплуатации. Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение безопасности обслуживающего персонала при проведении ТО и повышении надежности ТПА не подвергая значительной модернизации функционирующую в настоящее время ТПА.

3. Раскрытие сущности изобретения

Технический результат изобретения заключается в обеспечении безопасности персонала, проводящего ТО ТПА и повышении надежности ТПА. Надежность ТПА повышается за счет ведения регистрации и учета проводимого регулярного ТО, а также за счет объективного контроля состояния ТПА по данным о герметичности ТПА и усилии привода ТПА при перемещении затвора (открытия-закрытия ТПА). Данные о техническом состоянии конкретного образца ТПА измеряются и записываются в базу данных при проведении ТО в автоматизированном режиме в соответствии с данными носителя уникального идентификатора, закрепленным на постоянное время на конструктивных элементах ТПА вблизи привода.

В части устройства технический результат достигается следующим образом. При проведении ТО после визуального осмотра, проверки комплектности и целостности узлов и деталей, проверки смазки и уровня демпферной жидкости необходимо выполнить проверку работоспособности ТПА методом частичной или полной перестановки затвора. Предлагаемое изобретение позволяет проводить перестановку затвора ТПА с локальным управлением в рамках проведения регулярного ТО в режиме дистанционного управления с помощью терминала удаленного доступа, без проведения модернизации функционирующей на трубопроводе ТПА, что позволяет обеспечить безопасность обслуживающего персонала. Обслуживающий персонал во время перемещения затвора ТПА находится за пределами зоны поражения в случае возникновения аварийной ситуации.

Обмен данными между терминалом удаленного доступа и блоком управления происходит по проводному каналу. Визуальный контроль проведения работ осуществляется с помощью видеокамеры во взрывозащищенном исполнении. Изменение скорости потока газа через затвор ТПА отображается в виде шкалы электроакустической эмиссии (напряжения на выходе акустического датчика, закрепленного на колонне удлинителя шпинделя ТПА или быстросъемном фитинге для подсоединения набивочного устройства). Усилие на приводе ТПА при перемещении затвора контролируется с помощью электронного датчика давления гидравлической жидкости. На дисплее терминала удаленного доступа отображается видеоизображение с камеры наблюдения, номер уникального идентификатора обслуживаемой ТПА, показания акустического датчика, показания датчика давления гидравлической жидкости и расположены управляющие мнемокнопки с функцией аварийного отключения.

Предлагаемое изобретение позволяет регистрировать осуществление перестановки затвора и в любой момент увидеть историю ТО за все время использования. Для использования предлагаемого изобретения при проведении ТО ТПА необходимо установить на обслуживаемую ТПА на постоянное время носитель уникального идентификатора, по которому будет сохраняться и считываться информация о проведенном ТО. Никакой другой доработки или модернизации функционирующей ТПА для использования предлагаемого изобретения не требуется.

4. Краткое описание чертежей.

Система регистрации технического обслуживания и дистанционного управления трубопроводной арматурой содержит носитель уникального идентификатора 1, акустический датчик со считывателем уникального идентификатора 2, два рукава высокого давления 3, рукав низкого давления с редуктором 4, по меньшей мере одну камеру видеонаблюдения во взрывозащищенном исполнении 5, электронный датчик давления во взрывозащищенном исполнении 6, пневмогидростанцию с баком для гидравлической жидкости 7, блок управления во взрывозащищенном конструктиве 13, полевой кабель для удаленного управления 15, и терминал удаленного доступа 17.

На транспортировочной раме 14 установлены камера видеонаблюдения 5, пневмогидростанция 7 с электронным датчиком давления во взрывозащищенном исполнении 6 и блок управления 13.

Блок управления 13 содержит концентратор 8, модуль управления 9, модем 10, модуль электропитания 11 и аккумулятор 12.

Терминал удаленного доступа 17 содержит модем 10, модуль электропитания 11, аккумулятор 12 и планшет на док станции 16.

5. Осуществление изобретения

Система регистрации технического обслуживания и дистанционного управления трубопроводной арматурой работает следующим образом. Транспортировочная рама 14 с пневмогидростанцией 7 и видеокамерой (или видеокамерами) 5 размещается в непосредственной близости с приводом ТПА. Пневмогидростанция включает в себя следующие составные части: пневмогидронасос, электропневмораспре делитель, электрогидрораспределитель, стрелочный манометр высокого давления, электронный датчик высокого давления, гидроколлектор (гидравлическая плита) с механическим регулятором давления, бак для гидравлической жидкости с пневматическим подпором и регулятором давления газа подпора, блок подготовки воздуха (регулятор давления с фильтром осушителем и стрелочным манометром низкого давления). Видеокамера размещается на раме или штативе, а направление камеры настраивается таким образом, чтобы в поле зрения попадал флажок штока (указатель положения затвора) и стрелочные датчики давления ТПА. Носитель уникального идентификатора ТПА 1 и акустический датчик со считывателем уникального идентификатора 2 закрепляется на колонне удлинителя шпинделя ТПА или быстросъемном фитинге для подсоединения набивочного устройства таким образом, чтобы носитель уникального идентификатора был закреплен на постоянное время, а считыватель уникального идентификатора был съемным. Акустический датчик и носитель уникального идентификатора могут быть независимыми устройствами, а могут быть выполнены в едином конструктиве. В носитель уникального идентификатора записана информация о типе ТПА и уникальный номер, по которому информация о ТО ТПА сохраняется в базу данных. Каждому типу ТПА соответствуют разные уставки давления гидравлической жидкости (усилия на привод ТПА). С помощью рукава низкого давления 4 пневмогидростанция подключается к магистрали импульсного газа, с помощью редуктора выставляется давление на входе пневмопривода нагнетателя - от 0,2 до 0,8 МПа. При отсутствии давления импульсного газа возможно использование сжатого газа или воздуха в переносных баллонах. Для контроля давления гидравлической жидкости в пневмогидростанции установлен механический регулятор давления, стрелочный манометр и электронный датчик давления 6. При превышении давления установленного на механическом регуляторе давления (настройка по стрелочному манометру) избыточная жидкость возвращается в гидробак, таким образом осуществляется ограничение максимального усилия на приводе ТПА при перестановке затвора.

Управление ТПА и визуализация проводимых работ осуществляются с помощью терминала удаленного доступа 17, который располагается на удалении от кранового узла, в безопасном для обслуживающего персонала месте. Терминал удаленного доступа состоит из планшета во взрывозащищенном исполнении 16 установленном на док-станции в защитном транспортном контейнере, модема 10, аккумулятор 12 и модуля электропитания 11. Обмен данными между терминалом удаленного доступа и блоком управления 13 происходит по проводному каналу 15. На дисплее терминала удаленного доступа (планшете) 16 отображается видеоизображение с камеры наблюдения, расположены управляющие мнемокнопки с функцией аварийного отключения, а так же отображается шкала электроакустической эмиссии (напряжения на выходе акустического датчика), давление гидравлической жидкости, номер и тип ТПА в соответствии с информацией записанной на носитель уникального идентификатора. Контроль изменения характера движения газа осуществляется с помощью акустического датчика. В открытом состоянии ТПА характер движения газа по трубопроводу соответствует ламинарному, при частичном перекрытии или негерметичности ТПА турбулентному, смена характера истечения газа через ТПА сопровождается многократным увеличением электроакустической эмиссии. У исправной герметичной ТПА в закрытом состоянии уровень электроакустической эмиссии находится между границами нижней и верхней уставки, записанным в терминал удаленного доступа. По показаниям датчика давления можно в реальном времени оценить усилие при перемещении затвора. Повышенное усилие может свидетельствовать о износе механизма привода крана, механических повреждениях кулисы привода, посторонних предметах попавших в гидролинию или пневмогидроцилиндр, наличию жидкости в колоне удлинителя и обмерзанию шпинделя, наличии жидкости в пневмогидроприводе и обмерзанию поршня силового цилиндра, плохой смазке или заедании подвижных частей ТПА. Превышение допустимого усилия может стать свидетельством нахождения крана на границе достижения выработки ресурса механизма привода крана, признаком износа как механических деталей ТПА так и резинотехнических изделий, причиной возможного отказа ТПА, или сильном снижении базовых заводских характеристик.

До тех пор, пока считыватель уникального идентификатора 2 не установлен на фитинг с носителем уникального идентификатора 1 передача команд на включение пневмогидростанции заблокирована. При установке считывателя уникального идентификатора на экране планшета отображается номер и наименование ТПА, активизируется кнопка включения пневмогидростанции, активизируются уставки давления гидравлической жидкости (усилие на привод ТПА) и электроакустической эмиссии акустического датчика в соответствии с типом ТПА. После нажатия кнопки «Вкл» импульсный газ подается в пневмогидростанцию, активизируются кнопки открытия-закрытия ТПА. Команды выбора режимов открытия-закрытия ТПА поступают от терминала удаленного доступа в блок управления, установленный на раме. Блок управления 13 выполнен во взрывозащищенном исполнении, включает себя модуль управления 9, аккумулятор 12, модуль электропитания 11, концентратор 8, модем 10 для реализации проводной передачи данных. Модуль управления предназначен для подачи электрического сигнала на электропневмораспределитель и электрогидрораспределитель, контроля показаний акустического датчика 2 и датчика давления 6. Питание системы регистрации технического обслуживания и дистанционного управления трубопроводной арматурой во время проведения ТО осуществляется от встроенных аккумуляторов. Модуль электропитания формирует стабилизированное напряжения 12 В и 5 В, а так же позволяет осуществлять заряд аккумулятора при подготовке к работе. Питание терминала удаленного доступа возможно от бортовой сети постоянного тока напряжением 12 В служебного автомобиля.

При нажатии на управляющую мнемокнопку «ВКЛ» на экране планшета 16, срабатывает электропневмораспределитель, импульсный природный газ под давлением воздействует на поршень пневматического привода пневмогидронасоса, шток которого соединен с плунжером и взаимодействует с гидравлической жидкостью, нагнетая ее на вход гидроколлектора соединенного с электрогидрораспределителем. Электрогидрораспределитель выполнен во взрывозащищенном исполнении, имеет три режима работы: подача на «линию 1», подача на «линию 2», «подпор». При нажатии на мнемокнопку «Открыть кран» или «Закрыть кран» подается соответствующий сигнал из блока управления в электрогидрораспределитель, активируется режим работы «линия 1» либо «линия 2», гидравлическая жидкость подается в соответствующий канал гидроколлектора, далее по рукаву высокого давления 3 в соответствующие входы пневмогидропривода управления положением ТПА. В режиме «подпор» происходит блокировка входных линий гидропривода ТПА, тем самым предотвращения непроизвольное перемещение штока ТПА. При превышении установленного в интерфейсе терминала удаленного доступа давления, перестановка затвора прекращается подачей соответствующей командой модуля управления в электропневмораспределитель и электрогидрораспределитель. После завершения работы или если длительное время не планируется перестановка затвора ТПА необходимо нажать кнопку «Выкл» для прекращения подачи импульсного газа в пневмогидростанцию. Визуальный контроль проведения работ осуществляется с помощью видеокамеры 5 во взрывозащищенном исполнении. Видеокамера (или видеокамеры) позволяет наблюдать за положением указателя положения затвора ТПА, а также за показаниями стрелочных манометров. После осуществления перестановки затвора в базе данных сохраняется информация о проведенном ТО, в т.ч. зафиксированные неисправности, например превышение уставки давления (усилия на приводе ТПА), нарушение тренда изменения давления при перестановке (резкий рост показаний датчика давления в начале перестановки и резкое падение давления в конце перестановки, без выхода на плато постоянного противодавления в конце перестановки свидетельствуют о обрыве шпинделя), нарушение герметичности затвора. В этом случае в базу данных вносится информация о необходимости проведения работ по ремонту данной ТПА. При последующем ТО, можно просмотреть информацию о предыдущем ТО, если оно было проведено своевременно и перестановка затвора прошла успешно, проводить текущее плановое ТО можно в штатном режиме. Запись и хранение результатов полученных во время ТО осуществляется на терминал удаленного доступа и доступно как для оценки работ выполненных персоналом линейной эксплуатационной службы осуществляющей ТО, так и для регистрации полученных результатов при передаче в инженерно-технический центр для осуществления контроля технического состояния ТПА.

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, а именно к автоматизации управления трубопроводной арматурой (ТПА), и может быть использовано при проведении регулярного технического обслуживания (ТО) ТПА. Технический результат заключается в обеспечении безопасности персонала, проводящего техническое обслуживание ТПА, и повышении надежности ТПА. Надежность ТПА повышается за счет ведения регистрации и учета проводимого регулярного ТО, а также за счет объективного контроля состояния ТПА по данным о герметичности ТПА и усилии привода ТПА при перемещении затвора (открытия-закрытия ТПА). Данные о техническом состоянии конкретного образца ТПА измеряются и записываются в базу данных при проведении ТО в автоматизированном режиме в соответствии с носителем уникального идентификатора, закрепленным на постоянное время на конструктивных элементах ТПА вблизи привода. Изобретение позволяет обслуживающему персоналу во время перемещения затвора ТПА находиться за пределами зоны поражения в случае возникновения аварийной ситуации. Управление трубопроводной арматурой во время ТО и визуализация проводимых работ осуществляются с помощью терминала удаленного доступа. Визуальный контроль проведения работ осуществляется с помощью видеокамеры во взрывозащищенном исполнении. Изменение скорости потока газа через затвор ТПА отображается в виде шкалы электроакустической эмиссии. Усилие на приводе ТПА при перемещении затвора контролируется с помощью электронного датчика давления гидравлической жидкости. На дисплее терминала удаленного доступа отображается видеоизображение с камеры наблюдения, номер уникального идентификатора обслуживаемой ТПА, показания акустического датчика, показания датчика давления гидравлической жидкости и расположены управляющие мнемокнопки с функцией аварийного отключения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система регистрации технического обслуживания и дистанционного управления трубопроводной арматурой (ТПА), отличающаяся тем, что содержит установленный на обслуживаемую ТПА на постоянное время носитель уникального идентификатора с записанной информацией о типе ТПА и уникальном номере, считыватель уникального идентификатора ТПА, пневмогидростанцию со стрелочным манометром высокого давления, электронным датчиком высокого давления и баком для гидравлической жидкости, блок управления во взрывозащищенном конструктиве, камеру видеонаблюдения во взрывозащищенном исполнении, терминал удаленного доступа, рукав низкого давления с редуктором, два рукава высокого давления, раму транспортировочную, полевой кабель для удаленного управления, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью ограничения максимального давления гидравлической жидкости на привод ТПА и с возможностью дистанционного управления ТПА с локальным управлением во время проведения регулярного технического обслуживания (ТО), что обеспечивает безопасность персонала, проводящего ТО.

2. Система регистрации технического обслуживания и дистанционного управления трубопроводной арматурой по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью контроля блоком управления измеренного значения электронного датчика давления гидравлической жидкости пневмогидростанции и передачи на терминал удаленного доступа для отображения на дисплее, в случае превышения уставки давления в соответствии с типом обслуживаемой ТПА, выполнена с возможностью прекращения перестановки затвора подачей соответствующей команды блока управления в электропневмораспределитель и электрогидрораспределитель.

3. Система регистрации технического обслуживания и дистанционного управления трубопроводной арматурой по п. 1, отличающаяся тем, что содержит акустический датчик, выходное напряжение которого отображается на дисплее терминала удаленного доступа в виде шкалы электроакустической эмиссии, что позволяет отслеживать изменения характера движения газа, а также контролировать герметичность ТПА в закрытом положении.

4. Система регистрации технического обслуживания и дистанционного управления трубопроводной арматурой по п. 1, отличающаяся тем, что считыватель уникального идентификатора ТПА позволяет вести учет и регистрацию ТО каждой ТПА, оснащенной носителем уникального идентификатора.