способ и устройство осушки газопроводов

Формула изобретения

1. Способ осушки газопроводов, основанный на первоначальном вакуумировании и последующей продувке полости, находящейся под вакуумом, наружным атмосферным воздухом, который вводят непосредственно из окружающего пространства, дросселируют при вводе в полость и осушают непосредственно в полости, находящейся под вакуумом, путем его расширения, отличающийся тем, что подлежащий осушке участок газопровода отсекается кранами от остальной части газопровода, краны в закрытом положении герметизируются или к торцевым частям газопровода приваривают герметично заглушки; к свечному трубопроводу, расположенному на одном из концов газопровода, подсоединяют вакуумную установку и откачивают воздух из полости газопровода до давления от 0,2 до 0,005 кгс/см²; поддерживая достигнутый вакуум, откачивают пары воды из полости газопровода до полного выкипания водяной пленки; очищают от механических примесей атмосферный воздух, выделяют из атмосферного воздуха в газоразделительном блоке взрывобезопасную инертную газовую смесь на основе азота с содержанием кислорода до 0,1%, подают через газоразделительный блок в полость, находящуюся под вакуумом, инертную газовую смесь на основе азота, осушают инертную газовую смесь на основе азота непосредственно в полости, находящейся под вакуумом, путем ее расширения, при этом инертную газовую смесь на основе азота вводят в количестве, обеспечивающем стационарный режим вакуумной продувки, и в течение времени вплоть до достижения остаточной влажностью в осушаемой полости заданной величины, отсоединяют вакуумную установку и газоразделительный блок от осушенного участка газопровода и подключают осушенный участок газопровода к действующему газопроводу; заполняют осушенную полость газопровода магистральным газом, подсоединяют осушенный участок газопровода к остальной части газопровода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что продолжительность вакуумирования до абсолютного давления от 0,01 до 0,001 кг/см ² от 1 до 10 суток и продолжительность откачивания паров воды из полости газопровода от 1 до 30 суток, заполняют магистральным газом осушенную полость газопровода через байпасные трубопровод и кран действующего магистрального газопровода или через отсечные краны оставшейся части ремонтируемого газопровода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в магистральный газ, подаваемый в осушенную полость газопровода, вводят ингибитор гидратообразования из числа метанол, этиловый спирт, изопропиловый спирт, аммиак, этилен, пропилен, гликоль, диэтиленгликоль.

4. Устройство для осушки газопровода, включающее систему вакуумирования, сообщенный с ней трубопровод для подстыковки к осушаемой полости, в котором установлены кран, средство контроля давления и остаточной влажности и другой кран, образующий канал продувки с регулируемым дросселем, сообщающий осушаемую полость непосредственно с окружающим пространством, отличающееся тем, что имеет от одного и более транспортабельных автомобильным и железнодорожным транспортом блоков вакуумирования, соединенных параллельно с помощью гибких шлангов повышенной прочности, фильтр-сепаратор, установленный на выходе общей линии выхлопа, газоразделительный блок, воздушный фильтр, краны, соединительные трубопроводы и вакуумметр теплоэлектрический блокировочный; каждый блок вакуумирования смонтирован на общей раме, имеет вакуумный золотниковый насос, маслобак, приводной двигатель, например электрический двигатель, соединенный с вакуум-насосом, фильтр-сепаратор, вентили маслопровода, электромагнитные вентили подачи масла, газобалластные электромагнитные клапаны, устройство защитное, шаровые краны, систему охлаждения вакуумного насоса, вакуумметры, датчики температуры, соединительные трубопроводы и стойку с пультом управления и контроля, трубопроводы всасывающий и выхлопной.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что имеет короткоцикловой адсорбционный или мембранный газоразделительный блок, содержащий адсорбционные или газодиффузионные газоразделительные сосуды, емкость нейтрального газа, весовой контейнер и дозатор ингибитора гидратообразования, двигатель внутреннего сгорания на жидком или газообразном топливе с коробкой передач, сцеплением и радиатором двигателя внутреннего сгорания, фильтром и трубопроводом газовыми.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии осушки полости газопроводов и различного оборудования и может быть использовано в энергетическом машиностроении, химической, нефтяной, газовой, нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известен способ осушки внутренних магистралей, включающий многократные последовательные операции вакуумирования и наддува магистралей сухим газом и устройство, для его осуществления, включающее вакуумные насосы, трубопровод, клапаны, газовый счетчик [1].

Недостатками известного способа и устройства являются:

- высокие энергетические затраты, связанные с многократными операциями вакуумирования и наддува магистралей;

- ограниченность сферы применения, связанная с тем, что данный способ в основном предназначен для сушки рабочих магистралей наружного контура охлаждения системы терморегулирования в ракетно-космической области.

Наиболее близким техническим решением является способ осушки газопроводов, основанный на первоначальном вакуумировании и последующей продувке полости, находящейся под вакуумом, наружным атмосферным воздухом, который вводят непосредственно из окружающего пространства, дросселируют при вводе в полость и осушают непосредственно в полости, находящейся под вакуумом, путем его расширения.

Устройство для осушки полости оборудования по прототипу включает систему вакуумирования, сообщенный с ней трубопровод для подстыковки к осушаемой полости, в котором установлены кран, средство контроля давления и остаточной влажности, и другой кран, образующий канал продувки с регулируемым дросселем, сообщающий осушаемую полость непосредственно с окружающим пространством [2].

Недостатком этого способа и устройства являются:

- пожароопасность при подаче магистрального газа в заполненный атмосферным воздухом газопровод;

- образование гидратов углеводородов при заполнении осушенной полости газопровода магистральным газом;

- недостаточная надежность, связанная с отсутствием возможности ремонта системы вакуумирования при работающем устройстве.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, что обеспечит:

- пожарную безопасность при подаче магистрального газа в газопровод, заполненный инертной газовой смесью на основе азота;

- исключение образования гидратов углеводородов при заполнении осушенной полости газопровода магистральным газом;

- ремонтоспособность, связанная с возможностью ремонта или замены системы вакумирования при работающем устройстве.

Поставленная задача решается тем, что в отличие от известного способа осушки газопроводов, основанного на первоначальном вакуумировании и последующей продувке полости, находящейся под вакуумом, наружным атмосферным воздухом, который вводят непосредственно из окружающего пространства, дросселируют при вводе в полость и осушают непосредственно в полости, находящейся под вакуумом, путем его расширения, согласно предлагаемому изобретению, подлежащий осушке участок газопровода отсекается кранами от остальной части газопровода, краны в закрытом положении герметизируются или к торцевым частям газопровода приваривают герметично заглушки; к свечному трубопроводу, расположенному на одном из концов газопровода, подсоединяют вакуумную установку и откачивают воздух из полости газопровода до давления от 0,2 до 0,005 кгс/см ²; поддерживая достигнутый вакуум, откачивают пары воды из полости газопровода до полного выкипания водяной пленки; очищают от механических примесей атмосферный воздух, выделяют из атмосферного воздуха в газоразделительном блоке взрывобезопасную инертную газовую смесь на основе азота с содержанием кислорода до 0,1%, подают через газоразделительный блок в полость, находящуюся под вакуумом, инертную газовую смесь на основе азота, осушают инертную газовую смесь на основе азота непосредственно в полости, находящейся под вакуумом, путем ее расширения, при этом инертную газовую смесь на основе азота вводят в количестве, обеспечивающем стационарный режим вакуумной продувки и в течение времени вплоть до достижения заданной величины остаточной влажности в осушаемой полости, отсоединяют вакуумную установку и газоразделительный блок от. осушенного участка газопровода и подключают осушенный участок газопровода к действующему газопроводу; заполняют осушенную полость газопровода магистральным или нейтральным газом, подсоединяют осушенный участок газопровода к остальной части газопровода.

Вариант предусматривает продолжительность вакуумирования до абсолютного давления от 0,01 до 0,001 кг/см² от 2 до 10 суток и продолжительность откачивания паров воды из полости газопровода от 3 до 20 суток; введение в магистральный газ ингибиторов гидратообразования из числа: метанол, этиловый спирт, изопропиловый спирт, аммиак, этилен, пропилен, гликоль, диэтиленгликоль аммиак, этилен, пропилен, гликоль, диэтиленгликоль; заполнение этим газом осушенной полости газопровода через байпасные трубопровод и кран действующего магистрального газопровода или через отсечные краны оставшейся части ремонтируемого газопровода.

В отличие от известного устройство для осушки полости газопровода, включающего систему вакуумирования, сообщенный с ней трубопровод для подстыковки к осушаемой полости, в котором установлены кран, средство контроля давления и остаточной влажности, и другой кран, образующий канал продувки с регулируемым дросселем, сообщающий осушаемую полость непосредственно с окружающим пространством, предлагаемое устройство имеет от одного и более транспортабельных автомобильным и железнодорожным транспортом блоков вакуумирования, соединенных параллельно с помощью гибких шлангов повышенной прочности, фильтр-сепаратор, установленный на выходе общей линии выхлопа, вакуумметр теплоэлектрический блокировочный, воздушный фильтр, газоразделительный блок, краны, соединительные трубопроводы; каждый блок вакуумирования смонтирован на общей раме, имеет вакуумный золотниковый насос, маслобак, приводной двигатель, например, электрический двигатель, соединенный с вакуум-насосом, фильтр-сепаратор, вентили маслопровода, электромагнитные вентили подачи масла, газобалластные электромагнитные клапаны, устройство защитное, шаровые краны, систему охлаждения вакуумного насоса, вакуумметры, датчики температуры, соединительные трубопроводы и стойку с пультом управления и контроля, трубопроводы всасывающий и выхлопной.

Вариант предусматривает применение весового контейнера и дозатора для ингибиторов, коротко-циклового адсорбционного или мембранного газоразделительного блока, содержащий адсорбционные или газодиффузионные газоразделительные сосуды, емкости нейтрального газа, двигателя внутреннего сгорания на жидком или газообразном топливе, с коробкой передач, сцеплением и радиатором двигателя внутреннего сгорания, газовыми фильтром и трубопроводом.

Вакуумный метод сушки основан на том, что при понижении давления точка кипения воды понижается и, при достаточно глубоком вакууме, становится ниже температуры окружающей среды. Пленка воды, оставшаяся на стенках емкости, выкипает за счет тепла стенки и окружающей среды. Образовавшийся пар откачивается из емкости вакуумной установкой.

Требуемое количество вводимой инертной газовой смеси на основе азота определяется многими факторами: давлением, влажностью и температурой окружающей среды, объемом осушаемой полости, остаточным давлением в ней, производительностью системы вакуумирования - и обеспечивается площадью поперечного сечения газораспределительного блока, через который просасывается наружный атмосферный воздух при сообщении осушаемой полости с окружающим пространством посредством открытия канала продувки. Оптимальным по энергозатратам и скорости осушки является остаточное давление в полости, при котором осуществляют режим вакуумной продувки, равный от 0,01 до 0,001 кг/см ². При этом чем выше температура и влажность инертной газовой смеси на основе азота, тем ниже должен быть уровень остаточного давления в осушаемой полости, обеспечиваемый системой вакуумирования. При таком уровне остаточного давления в полости инертная газовая смесь на основе азота, проходя через дросселирующий канал, образованный газораспределительным блоком, быстро расширяется в десятки раз, в результате чего абсолютная и относительная влажность инертной газовой смеси на основе азота уменьшается пропорционально увеличивающемуся объему инертной газовой смеси на основе азота, достигая температуры точки росы на уровне (-20...-40)°С, и инертная газовая смесь на основе азота осушается.

Осушенная таким образом инертная газовая смесь на основе азота поглощает остаточную влагу в полости: в начале продувки - вблизи места ввода воздуха, а затем поступательно по мере продвижения фронта насыщения к вакуумной системе - во всей осушаемой полости. Контроль степени осушки ведут по влажности выходящего из полости инертной газовой смеси на основе азота известными средствами. При достижении на выходе из осушаемой полости остаточной влажности, равной заданной величине, подачу инертной газовой смеси на основе азота в осушаемую полость прекращают. В предлагаемом способе инертная газовая смесь на основе азота для продувки осушается путем быстрого расширения, и осушка полости газопровода происходит путем поглощения остаточной влаги и отсасыванием системой вакуумирования насыщенной инертной газовой смеси на основе азота.

Технический результат от изобретения заключается в повышении ремонтоспособности установки вакуумирования, степени осушки полости газопроводов и эффективности работы системы вакуумирования.

Конструкция предлагаемого устройства достаточна для решения поставленной задачи за счет более эффективного использования технологического оборудования, которое выражается в том, что для каждой производительности имеется определенный набор транспортабельных автомобильным и железнодорожным транспортом блоков вакуумирования, соединенных параллельно с помощью гибких шлангов повышенной прочности, что позволяет исключить влияние неточности установки блоков вакуумирования при монтаже и воздействие вибрации в период эксплуатации.

Надежность и ремонтоспособность установки вакуумирования определяется параллельным соединением блоков вакуумирования с помощью гибких шлангов повышенной прочности, позволяющим осуществлять осушку полости газопровода при ремонте одного из блоков вакуумирования.

Функцию осушителя инертной газовой смеси на основе азота выполняет набор газораспределительных сосудов газоразделительного блока, площадь проходного сечения которых выбрана из условия обеспечения остаточного давления в осушаемой полости, необходимого для стационарного режима вакуумной продувки от 0,01 до 0,001 кг/см ².

Анализ информации показал, что заявленное техническое решение неизвестно из достигнутого уровня техники, в связи с чем оно соответствует критерию «новизна».

Подобное техническое решение явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию «изобретательский уровень».

Изложенное свидетельствует, что изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение поясняется Фиг.1, 2, на которых изображены принципиальная схема и блок вакуумирования предложенного устройства для осушки газопровода, которое принципиально не отличается от других устройств осушки.

Устройство состоит из двух блоков вакуумирования 27, соединенных параллельно с помощью шлангов повышенной прочности 28. На выходе общей линии выхлопа установлен фильтр-сепаратор 32. Для осушки полости газопровода и заполнения ее нейтральным газом, например инертной газовой смесью на основе азота, устройство имеет последовательно расположенные вход атмосферного воздуха, воздушный фильтр 31, газоразделительный блок 35, кран 38. Для заполнения осушенной полости газопровода магистральным газом - кран 42 или кран 36. В целях исключения образования гидратов углеводородов при заполнении осушенной полости газопровода 40 магистральным газом устройство имеет весовой контейнер 34 и дозатор ингибитора гидратообразования 37.

Каждый блок вакуумирования 27 имеет: опорную раму 47, вакуумный золотниковый насос 21, приводной электродвигатель 15, фильтр-сепаратор 11, кожух защитный 46, устройство защитное 9, шаровой кран 3, систему охлаждения вакуумного насоса, состоящую из: радиатора 6, четырех электрических вентиляторов 5, водяного насоса 12, бачка расширительного 8, соединительных трубопроводов и четырех ручных кранов 7, 10, 13, 14; маслобак 25, газобалластные электромагнитные клапаны 16, 17, 18, 19, 20, два вакуумметра 2 и 4, датчик температуры 24, соединительные трубопроводы 28 и стойку 45 с пультом управления и контроля 44. На одной из стоек, кроме пульта управления и контроля, установлен вакуумметр теплоэлектрический блокировочный общий для всех блоков (не показан).

Осушка полости газопровода осуществляется следующим образом.

К торцевым частям осушаемого участка газопровода 40 приваривают герметично заглушки 41; к свечному трубопроводу, расположенному на одном из концов газопровода, подсоединяют через кран 33 вакуумную установку, состоящую из двух блоков вакуумирования 27.

Перед пуском установки закрывают краны 3, провертывают вал вакуум-насоса 21 вручную на 3...4 оборота для удаления избытка масла из роторных камер.

Далее, поочередно, при пуске вакуум-насоса 21 каждого из блоков вакуумирования 27, открывают вентили подачи охлаждающей воды 13, 14 в корпус вакуум-насоса 21 и маслобак 25, открывают ручной вентиль маслопровода 23 и электромагнитный вентиль подачи масла 22, запускают вакуум-насос 21. Пуск осуществляют при закрытом шаровом кране 3 тремя кратковременными толчками, длительностью 2...3 секунды, следя за давлением всасывания, работают несколько секунд до достижения абсолютного значения давления на всасывании 0,2 кгс/см².

После пуска установки производят осушку полости газопровода в два этапа.

На первом этапе производится откачивание воздуха до давления на всасывании 0,2 кгс/см², при котором вода, находящаяся на внутренней поверхности трубы в виде пленки, начинает кипеть. Для этого слегка приоткрывают шаровые краны 3 всасывающих линий каждого блока 27, не допуская повышения давления на входе в вакуум-насос 21 выше 0,2 кгс/см ². Постепенно, открывая краны 3 и поддерживая на входе в вакуум-насосы 21 давление 0,2 кгс/см² , откачивают воздух до достижения давления в вакуумируемой полости газопровода от 40 до 0,01 кгс/см². Расчетное время вакуумирования до абсолютного давления 0,01 кг/см ² - 2 суток.

На втором этапе, поддерживая достигнутый вакуум, производится откачивание паров воды до полного выкипания водяной пленки.

Для откачивания паров воды из полости газопровода закрывают шаровой кран 3 всасывающей линии, выключают вентиляторы 5, открывают газобалластные электромагнитные клапаны 16, 17, 18, 19, 20 и работают до повышения температуры масла до 70°...75°С. При необходимости прикрывают краны 13 и 14.

Далее закрывают один или несколько газобалластных электромагнитных клапанов 16, 17, 18, 19, 20. В зависимости от давления в емкости оставляют открытыми:

- один клапан при давлении менее 0,013 ата;

- два клапана при давлении 0,013...0,022 ата;

- три клапана при давлении 0,022...0,031 ата;

- четыре клапана при давлении 0,031...0,04 ата;

и, поддерживая температуру масла 70°...75°С, откачивают пары до полного выкипания воды. Во время кипения давление в емкости остается практически постоянным. Конец процесса откачивания паров воды из полости газопровода определяется по началу дальнейшего снижения давления. Температуру масла поддерживают включением-выключением вентиляторов 5 и, при необходимости, прикрытием-открытием кранов 13, 14.

При откачивании паров следят за наличием воды в масле, для чего периодически сливают небольшое количество (0,5...1 см ³) масла через вентиль 26 в нижней части маслобака 25, проверяя на отсутствие воды. Одновременно необходимо следить за внешним видом масла (через стекло маслоуказателя). Масло должно оставаться прозрачным.

Подсоединяют к осушенному участку газопровода 40 через кран 38 газоразделительный блок 35 и воздушный фильтр 31, очищают в фильтре 31 от механических примесей атмосферный воздух, выделяют из атмосферного воздуха в газоразделительном блоке 35 взрывобезопасную инертную газовую смесь на основе азота с содержанием кислорода 5%, подают в полость газопровода 40, находящуюся под вакуумом, инертную газовую смесь на основе азота, осушают инертную газовую смесь на основе азота непосредственно в полости газопровода 40, находящегося под вакуумом, путем ее расширения, при этом инертную газовую смесь на основе азота вводят в количестве, обеспечивающем стационарный режим вакуумной продувки и в течение времени вплоть до достижения остаточной влажности в осушаемой полости заданной величины. Инертную газовую смесь на основе азота под действием перепада давления вводят через дросселирующее сечение газоразделительного блока 35 в полость газопровода 40, где его осушают путем быстрого расширения, так как при расширении инертной газовой смеси на основе азота абсолютная и относительная ее влажность уменьшается пропорционально степени расширения, и достигается заданная температура точки росы. Осушенные порции инертной газовой смеси на основе азота поглощают остаточную влагу сначала вблизи места ввода инертной газовой смеси на основе азота и далее, по мере продвижения фронта насыщения внутри полости газопровода 40, вплоть до конца осушаемого участка газопровода 40 вследствие работы системы вакуумирования и непрерывного всасывания из атмосферы инертной газовой смеси на основе азота, осушаемого при дросселировании.

На этой стадии идет вакуумная продувка полости 40 осушенной инертной газовой смесью на основе азота. Количество вводимой инертной газовой смеси на основе азота, требуемой, с одной стороны, для реализации необходимой степени расширения для ее осушки, с другой стороны - для обеспечения стационарного режима вакуумной продувки, обеспечивают необходимым набором газоразделительных сосудов в газоразделительном блоке 35. Эту стадию продолжают в течение времени, необходимого для достижения заданной величины остаточной влажности в осушаемой полости газопровода 40. После этого вакуумную продувку прекращают путем перекрытия канала продувки краном 33. Система вакуумирования продолжает работать, и благодаря этому проводят стадию окончательного вакуумирования до достижения остаточного давления в полости 11 значения 0,005 кг/см ². После этого процесс осушки считается завершенным.

Процесс осушки контролируется с помощью вакуумметров 2 и 4, датчика температуры 24. Благодаря вакууму в осушаемой полости, можно легко убедиться в качестве осушки, если отключить осушаемую полость газопровода 40 от системы вакуумирования, закрыв кран 33. В этом случае в течение относительно короткого времени остаточная влага переходит в парообразное состояние. Любой поддающийся измерению подъем давления и точки росы является прямым указанием на наличие остаточной влаги в полости газопровода 33.

Далее отсоединяют вакуумную установку и газоразделительный блок 35 от осушенного участка газопровода 40 и подключают через кран 41 осушенный участок газопровода 40 к действующему газопроводу 43 или через кран 36 - к оставшемуся ремонтируемому участку газопровода 39. В целях исключения гидратов углеводородов в осушенную полость газопровода вводят ингибитор гидратообразования из числа: метанол, этиловый спирт, изопропиловый спирт, аммиак, этилен; пропилен, гликоль, лиэтиленгликоль. Заполняют осушенную полость газопровода 40 этим газом или заполняют ее инертной газовой смесью на основе азота или другим нейтральным газом; подсоединяют осушенный участок газопровода 40 к остальной части газопровода 39.

Заявленные способ и устройство испытаны при осушке магистрального газопровода «Бухара-Урал» 1919-1945 км. Следы влаги на внутренних стенках газопровода отсутствовали. Установки вакуумирования запланированы к производству в ООО «Уралтрансгаз» с использованием имеющихся материалов, комплектующих изделий и технологий.

Источники информации

1. Патент RU № 2170608 от 20.07.2001 г.

2. Патент RU № 2198361 от 04.01.2001 г.