Автор: В.Е. Евсиков, А.И. Удалов (ООО НПЦ «АНОД»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №11/2014
В настоящее время на газовых магистралях широко используются антипомпажные клапаны с различными приводами, использующими энергию газового потока в трубопроводе и передающими движение затвору через шток с сальниковым уплотнением в корпусе, в частности антипомпажный клапан осевого потока фирмы Mokveld.
Клапан фирмы Mokveld состоит из жестко соединенных между собой наружного корпуса с седлом и внутреннего корпуса, расположенного осесимметрично с наружным корпусом, пружинного пневмоаккумулятора, разгруженного плунжера, встроенного во внутренний корпус, и привода перемещения плунжера от пневмоцилиндра через косозубую реечную передачу, размещенную во внутреннем корпусе.
Такая конструкция клапана имеет следующие недостатки:
- возможность загрязнения окружающей среды и повышения взрывопожароопасности при использовании на газопроводах из-за выброса отработанного газа из пневмоцилиндра и утечек через сальниковое уплотнение штока в корпусе;
- необходимость в специальной системе подготовки природного газа для привода плунжера и следящей системы;
- необходимость в специальном устройстве утилизации газа, выбрасываемого во время работы;
- высокая трудоемкость изготовления косозубой реечной передачи в условиях ремонтного участка;
- необходимость введения специальной гидросистемы для ручного режима управления клапаном.
В целях импортозамещения в 2007–2009 гг. ООО «НПЦ «АНОД» по техническому заданию ДОАО «Оргэнергогаз» был разработан рабочий проект антипомпажного электрогидравлического клапана осевого потока 300КОП1 00.00 DN 300,PN 80. Конструкция антипомпажного клапана защищена патентамиРоссийской Федерации.
Клапан новой конструкции состоит из гидроцилиндра, размещенного во внутреннем корпусе, пружинного гидроаккумулятора, насосной станции и блока управления. Проточная часть корпуса аналогична проточной части клапана фирмы Mokveld с одинаковыми строительными размерами между фланцами.Гидроцилиндр разделен поршнем на две автономные полости, заполненные рабочей жидкостью, в данном случае маслом. Левая полость соединена с гидроаккумуляторами насосной станции, а правая – с полостью пружинного гидроаккумулятора. Шток поршня соединен с регулирующим плунжером.
В гидроцилиндр встроены два дросселя торможения плунжера в обе стороны. На пружинном гидроаккумуляторе установлен корпус со смотровым окном и двумя концевыми выключателями контроля конечных положений поршня. Насосная станция включает емкость с маслом, насос высокого давления, пневмогидроаккумуляторы, ручной насос и клапаны с электромагнитным управлением.
Гидросистема клапана обеспечивает не более 10 циклов перемещения поршня без подзарядки от насоса. При отключении электроэнергии пневмогидроаккумуляторы гарантированно обеспечивают не менее трех циклов перемещения поршня цилиндра. Давление в рабочих полостях пневмогидроаккумуляторов контролируется с помощью сигнализатора давления, обеспечивая автоматическую подзарядку пневмогидроаккумуляторов от насоса насосной станции.
В конструкции клапана предусмотрено восполнение утечек масла в правой полости цилиндра, а в самой емкости установлен сигнализатор уровня жидкости.
Блок управления обеспечивает автоматическое позиционное регулирование плунжера по командам верхнего уровня в виде сигнала от 4 до 20 мА, что соответствует положениям клапана от полностью закрытого до полностью открытого.
Клапан имеет дистанционное управление, задействованное в алгоритме антипомпажной защиты газового компрессора. Кроме того, блок управления осуществляет корректировку датчика из-за влияния температуры окружающей среды на расширение масла.
Электрогидропривод антипомпажного клапана осевого потока работает следующим образом.
При получении входного управляющего сигнала (4…20 мА) на блок управления антипомпажного клапана, например, для закрытия из нормально открытого или промежуточного положения, рабочая жидкость подается пневмогидроаккумуляторами в левую полость гидроцилиндра. При этом поршень вместе с закрепленным на штоке плунжером перемещается вправо и перекрывает проходное сечение клапана, вытесняя рабочую жидкость из правой полости гидроцилиндра в полость под поршнем пружинного гидроаккумулятора и заставляя поршень перемещаться вверх и сжимать пакет тарельчатых пружин.
В нужном положении поршня, контролируемом датчиком обратной связи, блок управления выдает сигнал на закрытие подачи рабочей жидкости от пневмогидроаккумуляторов. При полном закрытии антипомпажного клапана в конце хода рабочая жидкость вытесняется через дроссельное отверстие во фланце, обеспечивая торможение поршня. Для открытия проходного сечения антипомпажного клапана блок управления выдает сигнал на открытие.
Под действием пакета тарельчатых пружин поршень перемещается вниз, вытесняя рабочую жидкость в правую полость гидроцилиндра и заставляя поршень перемещаться влево, открывая проходное сечение антипомпажного клапана.
В нужном положении поршня, контролируемом датчиком обратной связи, блок управления выдает сигнал на закрытие. При полном открытии клапана в конце хода рабочая жидкость вытесняется через дроссельное отверстие во фланце, обеспечивая торможение поршня.
При снижении давления в пневмогидроаккумуляторах до минимального насос подает рабочую жидкость до повышения давления до максимального. Предусмотрено восполнение утечек рабочей жидкости. Уровень рабочей жидкости в баке контролируется датчиком уровня, сигнал с которого подается на пульт оператора компрессорной станции.
Для контроля конечных положений клапана на штоке пружинного гидроаккумулятора установлены два концевых выключателя, сигналы с которых подаются также на пульт оператора компрессорной станции.
Для корректировки работы датчика обратной связи из-за влияния температуры окружающей среды на расширение рабочей жидкости на корпусе клапана и пружинном гидроаккумуляторе установлены датчики температуры.
Клапаны регулирующие и запорно-регулирующие обеспечивают:
- автоматическое позиционное регулирование (изменение положения) плунжера по командам от системы автоматического управления верхнего уровня в виде сигнала 4…20 мА;
- возможность остановки плунжера в любом промежуточном положении в течение неограниченного промежутка времени и последующее движение в любом направлении;
- плавность регулирования объемного расхода среды;
- герметичность затвора;
- отсутствие утечек во внешнюю среду.
Преимущества антипомпажного клапана новой конструкции с электрогидроприводом:
- высокая экологическая и взрывопожаробезопасность, так как в корпусе клапана отсутствует штоковая проходка с сальниковым узлом, и нет выброса отработанного газа в окружающую среду. В связи с этим клапан можно устанавливать в помещении рядом с компрессором, что в свою очередь снимает проблемы работы клапана при отрицательной температуре окружающей среды;
- отказ от использования энергии газового потока в трубопроводе и введение компактной гидростанции высокого давления, обеспечивающей безопасную работу клапана в автоматическом и ручном режиме и не зависящей от давления газа в трубопроводе;
- высокая надежность работы клапана благодаря отсутствию механических звеньев передачи.
Стоимость клапана новой конструкции на ~20% меньше стоимости клапана фирмы Mokveld.
Исполнение антипомпажного клапана – нормально открытое. При отключении электроэнергии привод антипомпажного клапана обеспечивает полное открытие клапана за время менее 2 с.
Исполнение клапана может быть нормально закрытое, в этом случае клапан может использоваться как отсечной. Кроме того, предусмотрено фиксированное исполнение по исходному положению клапана.
Антипомпажный клапан принципиально новой конструкции предназначен для предотвращения помпажа в работе компрессора, может использоваться также как запорнорегулирующий и отсечной клапан на магистральных трубопроводах с различными рабочими средами.
В конце сентября 2010 г. на испытательном полигоне «Саратоворгдиагностика» был испытан и принят без замечаний комиссией ОАО «Газпром» антипомпажный клапанDN 300, PN 80.
Во время приемочных испытаний измерялась пропускная способность клапана 300КОП1 00.00, время открытия и закрытия клапана.
Проверка зависимости пропускной способности клапана от управляющего сигнала проводилась в десяти точках – от 10% до 100% хода плунжера при подаче на вход клапана давления от 0,68 до 0,92 МПа. Время открытия и закрытия клапана измерялось без давления газа в трубопроводе и при давлении 7 МПа.
Без давления газа в трубопроводе время на открытие клапана составило 1,76 с, на закрытие – 3,0 с.
При давлении газа в трубопроводе 7 МПа время открытия составило 1,49 с, время закрытия – 3,2 с.
В разработке, изготовлении и испытании антипомпажного клапана участвовали следующие предприятия:
- главный конструктор проекта –ООО «НПЦ «АНОД»;
- разработчик и производитель гидростанции – Павловский машиностроительный завод «ВОСХОД»;
- разработчик и производитель блока управления – ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова»;
- изготовитель клапана – ОАО «Воткинский завод»;
- финансирование производства и испытаний клапана – ООО «УРАН».
В ближайшее время антипомпажный клапан DN 300 PN 80 будет проходить эксплуатационные испытания на объекте ОАО «Газпром».
