Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

В зависимости от числа измерительных трубопроводов много­ ниточного пункта учета газа вычислительное устройство должно иметь от 1 до 5 каналов измерения (каждый канал имеет по 4 входа для унифицированных токовых сигналов — перепада давления, давления, температуры, плотности газа при нормальных услови­ ях) , панель управления для ввода-вывода постоянных величин уравнения расхода газа — коэффициента расхода а, внутренних диаметров измерительного трубопровода D и диафрагмы d, моду­ ля сужающего устройства ш, показателя адиабаты к, плотности

311

газа при нормальных условиях рн (для случаев, когда отсутствует автоматический измеритель плотности газа при нормальных усло­ виях), объемного содержания азота и углекислого газа и др.

Структурная схема автоматического вычислителя расхода

иобъема газа, приведенных к нормальному состоянию, показана на рис. 3.45. Такой вычислитель состоит из: блока ручного ввода

ииндикации параметров 1; блока постоянного запоминающего ус­ тройства с программой вычисления 2; блока оперативного запоми­ нающего устройства (память вводимых данных и промежуточных результатов вычисления с резервным питанием) 3; блока микро­ процессора и таймера 4; блока входных коммутаторов 5 с аналогоцифровым преобразователем; блока индикации суммарного объе­ ма газа 6 с цифро-аналоговым преобразователем, а также шины "данных-адреса" 7.

Внешний вид лицевой панели вычислителя расхода показан на рис. 3.46. На передней панели вычислителя расположены: два

В х о д д а т ч и к о в

Рис. 3.45. Структурная схема автоматического вычислителя расхода и объема газа, приведенных к нормальным условиям

312

11

12

13

Рис. 3.46. Внешний вид лицевой панели вычислителя расхода и объема газа

электрических выемных ключа 1 с кнопкой разрешения ввода данных 2] электронные часы с переключателем 3 и кнопкой управ­ ления 4\ индикаторное табло 5; кнопочный цифровой блок ввода постоянных данных 7; индикаторное цифровое табло контроля вводимых и выводимых параметров 6; переключатели ввода дан­ ных 8, 9, 14) счетчик объема отпущенного газа 10) цифровой инди­ катор мгновенного расхода 11 и цифро-печатающее устройство 12 с кнопкой управления печатью 13.

Рассмотренный вычислитель обеспечивает автоматическое вычисление расхода и объема отпущенного газа, приведенного к нормальному состоянию в соответствии с формулой (3.6), цифропечать выходных данных с указанием времени цифропечати; контроль всех вводимых параметров, а также ручной ввод объемного содержания азота, углекислого газа и других необходи­ мых данных. В отдельных моделях вычислителей цифропечатаю­ щее устройство можно выполнять в виде отдельного автономного блока.

313

Г Л А В А 4

ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА, ПРИМЕНЯЕМАЯ НА НАСОСНЫХ И КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ

4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АРМАТУРЕ

Арматура — неотъемлемая часть любого трубопровода. Расхо­ ды на нее составляют, как правило, до 10 —12 % капитальных вло­ жений и эксплуатационных затрат. Трубопроводная арматура представляет собой устройства, предназначенные для управления потоками жидкостей или газов, транспортируемых по трубопро­ водам.

По принципу действия арматуру делят на три основных клас­ са: запорную, регулирующую и предохранительную. Запорная ар­ матура служит для полного перекрытия потока в трубопроводе, регулирующая — для изменения давления или расхода, предохра­ нительная — для предохранения трубопроводов, сосудов и аппара­ тов от разрушения при превышении допустимого давления среды.

К арматуре, устанавливаемой на газо- и нефтепроводах, предъявляется ряд требований, основными из которых являются: прочность, долговечность, безотказность, герметичность, транс­ портабельность, ремонтопригодность, готовность к выполнению цикла срабатывания (открытие, закрытие) после длительного пре­ бывания в открытом или закрытом положении.

Прочность арматуры обеспечивают изготовлением деталей достаточных размеров из соответствующих конструкционных ма­ териалов. Наиболее важной является прочность корпусных дета­ лей, поломка которых по своим последствиям особенно опасна.

Долговечность арматуры в зависимости от условий ее работы может ограничиваться различными факторами. Ресурс (времен­ ной или цикловой) могут определять износ деталей, коррозия ма­

315

териала, эрозия деталей рабочего органа, старение резиновых или пластмассовых деталей. При наличии в нефтепродуктах кислот, сероводорода и воды арматура подвергается коррозии. В регулято­ рах давления газорегулирующих установок обычно применяют резиновые мембраны, имеющие ограниченный срок службы в связи со старением резины (протекающим ускоренно при повы­ шенной температуре). Быстрее всех обычно выходят из строя де­ тали рабочего (регулирующего) органа: уплотнительные кольца, золотники, плунжеры, пробки кранов, подвергающиеся механи­ ческому, коррозионному и кавитационному изнашиванию. При интенсивной эксплуатации запорной арматуры могут уско­ ренно выходить из строя детали ходового узла — ходовая гайка и шпиндель.

Если конструкция и материал деталей выбраны правильно и соответствуют условиям работы, безотказность арматуры сохра­ няется при правильной ее эксплуатации и тщательном техниче­ ском обслуживании. Наибольшее число отказов возникает в рабо­ чем органе арматуры в результате коррозии, эрозии, щдратообразования, замерзания воды и вибрации. Вибрация в регулирующих клапанах, а также в запорной арматуре во время открывания при большом перепаде давления на газопроводах может вызвать по­ ломку деталей (штоков) и разрушение седел, стоек и даже корпу­ сов, самопроизвольную перестановку запорного органа. Эрозия приводит к ускоренному износу седла и затвора (плунжера). При гидратообразовании и замерзании воды нарушается подвижность затвора и закупориваются проходные полости.

На арматуру оказывают влияние следующие параметры виб­ рации:

частота колебаний, определяющая общее число циклов, а, сле­ довательно, и срок службы детали до усталостного разрушения. Особый случай имеет место, когда эта частота совпадает с соб­ ственной частотой колебаний какой-либо детали или узла армату­ ры, в результате чего возникает явление резонанса и арматура может выйтииз строя после нескольких часов работы, а иногда и минут;

ускорение (определяемое сочетанием частоты и амплитуды колебаний), характеризующее динамическую силу, которая дей­ ствует на арматуру.

Источником вибраций в процессе перемещения затвора арма­ туры или при его неподвижном положении является турбулентное

316

движение рабочей среды. Для уменьшения вибраций необходимо снижать нестационарность потока, применять гашение вибраций, снижать перепад давления на рабочем органе и использовать виброустойчивые конструкции. Для регулирующих клапанов, напри­ мер, можно применять антивибрационные приставки (рис. 4.1) и решетки. Чтобы уменьшить вероятность возникновения вибра­ ций, необходимо до и после регулирующих клапанов и регулято­ ров давления предусматривать прямые участки трубопровода дли­ ной не менее 10 диаметров трубопровода. Имеются рекомендации длину прямых участков принимать равной 12 — 20 диаметрам. При больших скоростях газа и недостаточной длине прямых участков возникающие вибрации могут приводить к поломкам штоков и плунжеров регулирующих клапанов, прорывам мембран и другим неисправностям и разрушениям.

Усталостное разрушение деталей происходит наиболее часто в местах концентрации напряжений, например во фланцах, патруб­ ках и других деталях, имеющих места концентрации напряжений.

Для предотвращения гидратообразования, из-за которого так­ же могут быть отказы, на ГРС применяют подогрев газа, обогрев

4

Рис. 4.1. Антивибрационная приставка к регу­ лирующему клапану:

1 — регулирующий клапан с мембранным пнев­ моприводом; 2 — дроссель; 3 — разделительный сосуд; 4 — командная линия

317

регуляторов давления и ввод метанола. Для нефти с повышенной вязкостью применяют арматуру с паровым обогревом.

Арматура считается герметичной, если: при закрытом запор­ ном органе рабочая среда не проходит из одной части в другую, от­ деленную арматурой; отсутствуют протечки через сальниковый узел, фланцевые и другие разъемные соединения; металл корпус­ ных деталей имеет плотную структуру, отсутствуют пористые уча­ стки, раковины, трещины, через которые могла бы просочиться рабочая среда в окружающую атмосферу.

Герметичность запорного органа арматуры обеспечивают тщательной пригонкой и притиркой уплотнительных колец затво­ ра и седла или применением в запорном органе мягких уплотни­ тельных колец. Герметичности сальника достигают тщательной обработкой (полировкой) сальникового участка шпинделя, сохра­ нением упругости сальниковой набивки и соответствующей ее за­ тяжкой шпильками или болтами, использованием манжет, резино­ вых колец круглого сечения. Чтобы фланцевые соединения сохра­ няли герметичность, необходимо выбрать соответствующие раз­ меры и материал прокладки и создать постоянную и равномерную затяжку фланцев.

Требование к арматуре по готовности к открытию без затруд­ нений после длительного пребывания в закрытом положении (и наоборот — к закрытию) вызывается тем, что во многих случаях запорная и предохранительная арматура должна срабатывать ред­ ко и при этом возникают благоприятные условия для "прикипания" уплотнительных поверхностей затвора и седла друг к другу, а для их разделения или перемещения (в кранах) требуется прило­ жить значительное усилие. Для обеспечения безотказной работы изделий необходимо в объем работ по техническому обслужива­ нию включать периодическое выполнение цикла "открыто — зак­ рыто", чтобы удостовериться в работоспособности арматуры. В ряде случаев применяются, например, краны и задвижки со смазкой уплотнительных поверхностей деталей запорного органа.

При использовании в качестве смазки масел, поскольку их вязкость позволяет снизить требования к герметичности запорно­ го органа, а смазывающие свойства — уменьшить силы трения в запорном органе и сальнике, условия для работы арматуры наи­ более благоприятны. Коррозионное воздействие масел на металл незначительно.

318

Смеси паров нефтепродуктов или горючих газов с воздухом в определенной пропорции могут образовать взрывоопасные со­ ставы, которые взрываются при возникновении искры от удара или под действием статического электричества. Смесь паров бен­ зина с воздухом становится взрывоопасной при содержании па­ ров бензина 0,8 —5,5 %об. При хранении мазута в резервуарах об­ разуется взрывчатая смесь, содержащая сероводород, пропан и другие летучие углеводороды, которые скапливаются над поверх­ ностью мазута. Взрываемость смесей оценивается в процентах на основании испытаний на взрываемость в специальном приборе. Взрываемость смеси может быть снижена добавлением в смесь инертных газов.

При выборе арматуры, в состав которой входит электрообору­ дование, необходимо учитывать возможную взрывоопасность нефтепродуктов и газов. В особых случаях целесообразно приме­ нение арматуры с пневмоили гидроприводом, не содержащей электрических устройств.

Арматуру для газа и нефти изготавливают из чугуна серого, чугуна ковкого, углеродистой и легированной стали, цветных ме­ таллов и пластмасс в зависимости от энергетических параметров рабочей среды (давление, температура), диаметра трубопровода и назначения арматуры. Материал арматуры по возможности дол­ жен соответствовать материалу трубопровода, необходимо также соответствие толщин свариваемых элементов. Эти условия следу­ ет выдерживать всегда при соединении арматуры с трубопрово­ дом сваркой.

Основные рабочие параметры, конструкция арматуры круп­ носерийного и массового выпуска, а также некоторые отдельные детали (фланцы) регламентированы Государственными стандарта­ ми. Разрешение на эксплуатацию трубопроводной арматуры вы­ дают Госгортехнадзор и Госстандарт России.

Арматуру классифицируют по основным признакам: ее назна­ чению; условиям работы — давление, температура, агрегатное со­ стояние, химическая активность и токсичность транспортируемой среды, температура и особые свойства (например, взрывоопас­ ность окружающей среды); по диаметру условного прохода (номи­ нальный размер арматуры).

По назначению арматуру делят на основные классы: 1) запор­ ную, предназначенную для полного перекрытия потока среды;

319

2) предохранительную, предусмотренную для частичного выпуска или перепуска рабочей среды при повышении давления до значе­ ния, угрожающего прочности системы, а также для предотвраще­ ния недопустимого по технологическим соображениям обратного потока среды; 3) регулирующую, назначение которой управлять рабочими параметрами потока среды (давлением, расходом, тем­ пературой) путем изменения проходного сечения; 4) контрольную для определения уровня рабочей среды; 5) прочую, предназначен­ ную для различных конкретных операций (отвод конденсата, выпуск воздуха из трубопровода и впуск воздуха в него, приемо­ раздаточные операции, выпуск подтоварной воды из резервуаров ит. п.).

Требуемая прочность арматуры определяется в основном ра­ бочим давлением и температурой. Рабочие давления и температу­ ры практически могут иметь любые значения из довольно широ­ ких диапазонов в зависимости от технологии конкретных произ­ водств. Поэтому с целью стандартизации и унификации арматуры принята следующая система условных давлений.

По величине условного давления арматуру можно разделить на три основные группы: низкого давления на ру до 10 кгс/см2, среднего давления на р„ от 16 до 64 кгс/см2; высокого давления на Руот 100 до 1000 кгс/см .

Кроме того, можно выделить вакуумную арматуру и арматуру сверхвысокого давления (более 1000 кгс/см2), которую изготавли­ вают на "рабочее давление или вакуум" по специальным техниче­ ским условиям.

Условное давление ру является основным параметром для из­ готовляемой арматуры, гарантирующим ее прочность и учитыва­ ющим как рабочее давление, так и рабочую температуру. Услов­ ное давление соответствует допустимому для данного изделия ра­ бочему давлению при нормальной температуре.

Вторым основным параметром арматуры является диаметр ус­ ловного прохода — Dy. Это номинальный внутренний диаметр тру­ бопровода, на котором устанавливают данную арматуру. Различ­ ные типы арматуры при одном и том же условном проходе могут иметь разные проходные сечения. По размеруусловного диаметра различают арматуру малых диаметров (Dy< 40 мм), средних диа­ метров {Dy = 50 -г- 250 мм) и больших диаметров [Dy> 250 мм).

320