RU2211097C1

RU2211097C1 - Injector unit for injection of liquid into gas line

Info

Publication number: RU2211097C1
Application number: RU2002102503/12A
Authority: RU
Inventors: А.И. Ходырев
Original assignee: Ходырев Александр Иванович
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2003-08-27
Also published as: RU2002102503A

Abstract

FIELD: operation of equipment for compressed gases; gas, oil and other industries. SUBSTANCE: proposed injector unit includes lock mounted on branch pipe of pipe line including shut-off valve and lock chamber with seal, cylinder with seal, hollow plunger with injector at lower end and hollow rod on upper end. Brought to upper end of hollow rod is flexible pipe line provided with valve connected to delivery line of pump; inner cavity of cylinder is connected with delivery line of pump through regulating valve. Besides that, device may be provided with reservoir having media divider inside it; cavity of reservoir is filled with hydraulic fluid on one side of divider and is communicated with inner cavity of cylinder; cavity of reservoir on other side of media divider is communicated with delivery line of pump through regulating valve. Proposed injector unit may reliably operate at wide range of pressure differentials both in automatic controllable and non-controllable modes. Proposed device excludes penetration of gas from gas line into delivery line of pump and service reservoir in case check valve is leaky and ensures favorable operating conditions for friction pairs (when device is provided with hydraulic fluid reservoir). EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области эксплуатации оборудования для сжатых газов и может найти применение в газовой, нефтяной и других отраслях промышленности. The invention relates to the field of operation of equipment for compressed gases and may find application in gas, oil and other industries.

Известно форсуночное устройство для впрыска ингибитора коррозии в газопровод, содержащее установленный на газопроводе форсуночный узел, включающий корпус с уплотнением и установленный в нем с возможностью осевого перемещения полый шток с форсункой, гидравлически связанной с насосом (Оболенцев Н. В. Технологические аспекты ингибиторной защиты трубопроводов большого диаметра, транспортирующих неочищенный сероводородсодержащий газ. - Дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук, М., 1980). Данное устройство снабжено механизмом осевого перемещения штока, содержащим три стойки, цепную передачу со звездочками, червячный редуктор с рукояткой, служащей для ручного перемещения полого штока с форсункой на нижнем конце в рабочее положение. A nozzle device for injecting a corrosion inhibitor into a gas pipeline is known, comprising a nozzle assembly installed on the gas pipeline, including a housing with a seal and an axial displacement of a hollow rod with a nozzle hydraulically connected to the pump (N. Obolentsev. Technological aspects of inhibitor protection of large pipelines diameter transporting untreated hydrogen sulfide-containing gas. - Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences, Moscow, 1980). This device is equipped with a mechanism for axial movement of the rod, comprising three racks, a chain transmission with sprockets, a worm gear with a handle that serves to manually move the hollow rod with the nozzle at the lower end to the working position.

К недостаткам известного устройства относятся большая металлоемкость, громоздкость привода осевого перемещения штока, а также сложность и трудоемкость технологических операций, требующих присутствия человека. The disadvantages of the known devices include high metal consumption, the cumbersome drive of the axial movement of the rod, as well as the complexity and complexity of technological operations requiring the presence of a person.

Также известно устройство аэрозольного ингибирования газопровода, снабженное узлом вертикального перемещения форсунки, выполненным в виде цилиндрического корпуса, внутрь которого помещен полый шток. Верхняя резьбовая часть полого штока соединена с маховиком, а нижняя часть с установленной на ее конце форсункой подсоединена гибким трубопроводом к насосу-дозатору (RU, Свидетельство на полезную модель 13916, кл. F 17 D 1/05, 2000). Also known is a device for aerosol inhibition of a gas pipeline equipped with a nozzle vertical displacement assembly made in the form of a cylindrical body, into which a hollow rod is placed. The upper threaded part of the hollow rod is connected to the flywheel, and the lower part with the nozzle installed at its end is connected by a flexible pipe to the metering pump (RU, Utility Model Certificate 13916, class F 17 D 1/05, 2000).

Недостаток известного устройства состоит в трудоемкости выполнения операций ввода и вывода форсунки из газопровода, а также в возможных утечках газа через уплотнение полого штока в окружающую среду. A disadvantage of the known device is the complexity of the operations of the input and output of the nozzle from the pipeline, as well as possible gas leaks through the sealing of the hollow rod into the environment.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для впрыска жидкости в сжатый газ, содержащее форсуночный узел, включающий корпус с уплотнением, цилиндр и плунжер с осевым каналом и отверстием в стенке для соединения канала с полостью цилиндра, подключенной к наcocy (RU, Патент на изобретение 2068304, кл. 6 В 05 В 9/03, 1996). К нижнему концу плунжера подсоединена форсунка, а на верхнем конце закреплен цельный шток, пропущенный через уплотнение в верхнем торце цилиндра. Ввод форсунки в газопровод происходит автоматически после пуска насоса, а вывод ее из газопровода происходит после прекращения подачи насосом жидкости под действием давления газа на форсунку и плунжер. The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a device for injecting liquid into a compressed gas containing a nozzle assembly including a housing with a seal, a cylinder and a plunger with an axial channel and an opening in the wall for connecting the channel to the cylinder cavity connected to the nocyte (RU , Patent for invention 2068304, class 6 B 05 B 9/03, 1996). A nozzle is connected to the lower end of the plunger, and at the upper end, a solid rod is fixed, passed through the seal at the upper end of the cylinder. The nozzle is introduced into the gas pipeline automatically after the pump is started, and its withdrawal from the gas pipeline occurs after the pump ceases to supply liquid under the action of gas pressure on the nozzle and plunger.

К недостаткам известного устройства относятся ограниченность режимов его работы, так как ввод форсунки в газопровод и удержание ее в рабочем положении происходит лишь при определенной подаче насоса, наименьшее значение которой зависит от соотношения диаметров плунжера и штока, давления газа в газопроводе и пропускной способности форсунки; нерегулируемая глубина и скорость ввода-вывода форсунки внутрь газопровода; высокая гидравлическая нагрузка на уплотнения плунжера и фальштока во время впрыска жидкости. The disadvantages of the known device include the limited modes of its operation, since the nozzle is introduced into the gas pipeline and kept in working position only with a certain pump flow, the smallest value of which depends on the ratio of the diameters of the plunger and the rod, the gas pressure in the gas pipeline and the nozzle throughput; unregulated depth and speed of the nozzle I / O inside the gas pipeline; high hydraulic load on the seal of the plunger and false stem during fluid injection.

В основу настоящего изобретения положена задача создания форсуночного устройства для впрыска жидкости в газопровод, конструктивные особенности которого позволили бы расширить область применения устройства и рабочий диапазон по перепаду давления на форсунке, по ее производительности и по минимальной подаче насоса; обеспечить ввод и вывод форсунки как в автоматическом неуправляемом режиме, так и в управляемом режимах, в результате чего можно было бы изменять скорость перемещения форсунки или даже останавливать ввод-вывод форсунки в любом промежуточном положении; повысить надежность устройства за счет снижения перепада давления на подвижных уплотнениях и обеспечения более благоприятных условий работы трущихся пар. The basis of the present invention is the creation of a nozzle device for injecting liquid into a gas pipeline, the design features of which would expand the scope of the device and the operating range of the pressure drop across the nozzle, its performance and minimum pump flow; provide nozzle input and output both in automatic uncontrolled mode and in controlled modes, as a result of which it would be possible to change the nozzle moving speed or even stop the nozzle input-output in any intermediate position; to increase the reliability of the device by reducing the pressure drop across the moving seals and providing more favorable working conditions of the rubbing pairs.

Указанная задача решается тем, что согласно изобретению шток выполнен полым, а к его верхнему концу подведен гибкий трубопровод с клапаном, подключенный к напорной линии насоса, при этом внутренняя полость цилиндра соединена с напорной линией насоса через регулирующий вентиль. This problem is solved by the fact that according to the invention, the rod is hollow, and a flexible conduit with a valve connected to the pressure line of the pump is connected to its upper end, while the internal cavity of the cylinder is connected to the pressure line of the pump through a control valve.

Кроме того, отличие устройства состоит в том, что оно может быть снабжено емкостью с разделителем сред внутри, причем полость емкости с одной стороны разделителя сред заполнена гидравлической жидкостью и соединена с внутренней полостью цилиндра, а полость емкости с другой стороны разделителя сред подключена через регулирующий вентиль к напорной линии насоса. In addition, the difference between the device is that it can be equipped with a container with a media separator inside, and the cavity of the tank on one side of the media separator is filled with hydraulic fluid and connected to the internal cavity of the cylinder, and the cavity of the tank on the other side of the media separator is connected through a control valve to the pressure line of the pump.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, а на фиг.2 - вариант исполнения устройства с дополнительной емкостью. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the device, and figure 2 is a variant of the device with additional capacity.

Устройство содержит установленный на отводе 1 газопровода 2 шлюз 3, включающий запорный клапан 4 и шлюзовую камеру 5 с уплотнением 6. На шлюзовой камере 5 закреплен цилиндр 7, в верхнем торце которого выполнено центральное отверстие 8 с уплотнением 9. Внутри шлюза 3 и цилиндра 7 с возможностью осевого перемещения установлен полый плунжер 10, именуемый в дальнейшем "плунжер", на верхнем конце которого закреплен полый шток 11, именуемый в дальнейшем "шток", пропущенный через отверстие 8, а на нижнем конце закреплена форсунка 12 с обратным клапаном 13, соединенная с полостью плунжера 10. Шток 11 посредством гибкого трубопровода 14 и клапана 15, а цилиндр 7 через регулирующий вентиль 16 соединены с напорной линией 17 насоса 18, подключенного к расходной емкости 19 и имеющего байпасную линию 20. The device comprises a lock 3 installed on the branch pipe 1 of the gas pipeline 2, including a shut-off valve 4 and a lock chamber 5 with a seal 6. A cylinder 7 is fixed to the lock chamber 5, the central opening 8 with a seal 9 is made in its upper end. Inside the lock 3 and cylinder 7 with axial displacement is provided by a hollow plunger 10, hereinafter referred to as a “plunger", on the upper end of which a hollow rod 11 is fixed, hereinafter referred to as a "rod", passed through a hole 8, and a nozzle 12 with a check valve 13 is fixed at the lower end Inonii with the cavity 10. The plunger rod 11 through a flexible conduit 14 and valve 15, and the cylinder 7 through a control valve 16 connected to the pressure line 17 of the pump 18 connected to supply tank 19 and having a bypass line 20.

Кроме того, устройство может быть снабжено емкостью 21 с разделителем сред 22 внутри, причем полость 23 емкости 21 с одной стороны разделителя сред 22 заполнена гидравлической жидкостью и подключена к цилиндру 7, а полость 24 емкости 21 с другой стороны разделителя сред 22 подсоединена через регулирующий вентиль 16 к напорной линии 17 насоса 18. In addition, the device can be equipped with a tank 21 with a media separator 22 inside, and the cavity 23 of the tank 21 on one side of the media separator 22 is filled with hydraulic fluid and connected to the cylinder 7, and the cavity 24 of the tank 21 on the other side of the media separator 22 is connected through a control valve 16 to the pressure line 17 of the pump 18.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Ввод форсунки 12 в газопровод и пуск ее в работу может производиться двумя способами. The input of the nozzle 12 into the gas pipeline and its commissioning can be carried out in two ways.

При первом способе ввода открывают регулирующий вентиль 16 и пускают насос 18. При этом жидкость поступает в цилиндр 7 и, воздействуя на плунжер 10, выталкивает его вместе с форсункой 12 в газопровод 2. Нижняя часть штока 11 при этом входит внутрь цилиндра 7. Этот способ ввода может осуществляться при любой подаче насоса 18, при любом соотношении диаметров плунжера 10 и штока 11 и не зависит от гидравлического сопротивления форсунки 12. In the first input method, open the control valve 16 and start the pump 18. In this case, the liquid enters the cylinder 7 and, acting on the plunger 10, pushes it together with the nozzle 12 into the gas line 2. The lower part of the rod 11 thus enters the cylinder 7. This method input can be carried out at any supply of the pump 18, at any ratio of the diameters of the plunger 10 and the rod 11 and does not depend on the hydraulic resistance of the nozzle 12.

После окончания ввода форсунки 12 в газопровод 2 регулирующий вентиль 16 закрывают, а клапан 15 открывают, и через гибкий трубопровод 14 жидкость поступает по штоку 11 и плунжеру 10 к форсунке 12. After the nozzle 12 is inserted into the gas pipeline 2, the control valve 16 is closed, and the valve 15 is opened, and through the flexible pipe 14, the liquid flows through the rod 11 and the plunger 10 to the nozzle 12.

При втором способе ввода открывают регулирующий вентиль 16 и клапан 15. При этом жидкость подается насосом 18 одновременно в цилиндр 7 и через трубопровод 14, шток 11 и плунжер 10 в форсунку 12. In the second input method, the control valve 16 and the valve 15 are opened. In this case, the liquid is pumped 18 simultaneously to the cylinder 7 and through the pipe 14, the rod 11 and the plunger 10 to the nozzle 12.

В результате гидравлического сопротивления при истечении жидкости из форсунки 12 на ней создается перепад давления, поэтому давление жидкости в цилиндре 7 превысит давление газа в газопроводе 2, что приведет к перемещению вниз плунжера 10, штока 11 и форсунки 12. При этом жидкость, поступающая от насоса 18 по напорной линии 17, будет разделяться на два потока. As a result of hydraulic resistance, when the fluid flows from the nozzle 12, a pressure drop is created on it, so the pressure of the liquid in the cylinder 7 will exceed the gas pressure in the gas pipe 2, which will lead to the downward movement of the plunger 10, rod 11 and nozzle 12. In this case, the fluid coming from the pump 18 along pressure line 17, will be divided into two streams.

Управляя регулирующим вентилем 16, можно снизить расход жидкости, поступающей в цилиндр 7, и скорость перемещения форсунки 12, а закрыв регулирующий вентиль 16, прекратить перемещение форсунки 12 в любом промежуточном положении. By controlling the control valve 16, it is possible to reduce the flow rate of the liquid entering the cylinder 7 and the speed of the nozzle 12, and by closing the control valve 16, stop the movement of the nozzle 12 in any intermediate position.

После окончания перемещения форсунки 12, которое контролируется визуально по перемещению штока 11, регулирующий вентиль 16 закрывают. При этом расход жидкости через форсунку 12 увеличится и сравняется с подачей насоса 18, вследствие чего перепад давления на форсунке 12 возрастет и она выйдет на установившийся режим впрыска. Тогда давление в полости цилиндра 7, которое зависит от давления газа в газопроводе 2 и от соотношения диаметров плунжера 10 и штока 11, будет меньше давления в напорной линии 17 во время установившегося режима впрыска, следовательно, и перепады давления на уплотнительных элементах плунжера 10 штока 11 и будут меньшими, чем соответственно давление впрыска и перепад давления на форсунке 12. After the end of the movement of the nozzle 12, which is visually controlled by the movement of the rod 11, the control valve 16 is closed. In this case, the fluid flow rate through the nozzle 12 will increase and equal to the supply of the pump 18, as a result of which the pressure drop across the nozzle 12 will increase and it will reach a steady injection mode. Then the pressure in the cavity of the cylinder 7, which depends on the gas pressure in the gas pipe 2 and on the ratio of the diameters of the plunger 10 and the rod 11, will be less than the pressure in the pressure line 17 during the steady-state injection mode, therefore, the pressure drops on the sealing elements of the plunger 10 of the rod 11 and will be less than, respectively, the injection pressure and the pressure drop across the nozzle 12.

В случае необходимости можно прекратить впрыск и оставить форсунку 12 в газопроводе 2, для чего закрывают клапан 15 при закрытом регулирующем вентиле 16. If necessary, you can stop the injection and leave the nozzle 12 in the gas pipe 2, for which they close the valve 15 with the closed control valve 16.

Вывод форсунки 12 из газопровода 2 может производиться двумя способами: с перепуском жидкости из цилиндра 7 в газопровод 2 или в расходную емкость 19. The output of the nozzle 12 from the gas pipeline 2 can be carried out in two ways: bypassing the liquid from the cylinder 7 to the gas pipeline 2 or to the supply tank 19.

При первом способе вывода форсунки 12 из газопровода 2 прекращают подачу жидкости по напорной линии 17 (останавливают насос 18) и открывают регулирующий вентиль 16. В результате совместного действия на плунжер 10 силы давления газа, стремящейся вытолкнуть его из газопровода 2, и силы давления жидкости в цилиндре 7, препятствующей этому, форсунка 12 будет перемещаться вверх, а часть жидкости, вытесняемая из цилиндра 7 входящим в него плунжером 10, будет перетекать по трубопроводу 14 и штоку 11 в полость плунжера 10 и истекать из форсунки 12 в газопровод 2. Так как выталкивающая сила газа определяется произведением давления в газопроводе 2 на площадь сечения плунжера 10 в уплотнении, а сила давления жидкости - произведением давления в цилиндре 7 на площадь кольца, наружный диаметр которого равен диаметру плунжера 10, а внутренний - диаметру штока 11, то процесс вывода форсунки 12 из газопровода 2 этим способом происходит лишь при определенных соотношениях диаметров плунжера и штока, сил трения в уплотнениях и давлении газа в газопроводе 2, описанных в литературе (см. Патент на изобретение, RU 2068304, кл. 6 В 05 В 9/03, 1996). In the first method for withdrawing the nozzle 12 from the gas pipeline 2, the liquid supply is stopped along the pressure line 17 (the pump 18 is stopped) and the control valve 16 is opened. As a result of the combined action of the gas pressure force tending to push it out of the gas pipeline 2 and the liquid pressure force the cylinder 7, which prevents this, the nozzle 12 will move upward, and the part of the liquid displaced from the cylinder 7 by the plunger 10 entering it will flow through the pipe 14 and the rod 11 into the cavity of the plunger 10 and flow from the nozzle 12 into the gas pipeline 2. Since the buoyancy force of gas is determined by the product of pressure in the gas line 2 by the cross-sectional area of the plunger 10 in the seal, and the force of the liquid pressure by the product of pressure in the cylinder 7 by the area of the ring, the outer diameter of which is equal to the diameter of the plunger 10 and the inner diameter to the diameter of the rod 11, the process the output of the nozzle 12 from the gas pipeline 2 in this way occurs only at certain ratios of the diameters of the plunger and the rod, the friction forces in the seals and the gas pressure in the gas pipeline 2 described in the literature (see Patent for invention, RU 2068304, cl. 6 V 05 V 9/03, 1996).

С помощью регулирующего вентиля 16 можно управлять процессом вывода форсунки 12 из газопровода 2: приостанавливать его в любом промежуточном положении, а также уменьшать при необходимости скорость подъема форсунки 12. Using the control valve 16, it is possible to control the process of withdrawal of the nozzle 12 from the gas pipeline 2: to suspend it in any intermediate position, and also to reduce, if necessary, the lifting speed of the nozzle 12.

Второй способ вывода форсунки 12 применяется в случае увеличенного сопротивления перемещению плунжера 10 и штока 11 вследствие трения в уплотнениях или при низком давлении газа в газопроводе 2, недостаточном для автоматического подъема форсунки 12 после остановки насоса 18. Для этого закрывают клапан 15, открывают регулирующий вентиль 16 и клапан байпасной линии 20 и пропускают жидкость из цилиндра 7 в расходную емкость 19. Обратный клапан 13 при этом препятствует попаданию газа из газопровода 2 во внутренние полости плунжера 10, штока 11 и трубопровода 14. Даже при негерметичном закрытом обратном клапане 13 клапан 15 предотвращает попадание газа в напорную линию 17, насос 18 и расходную емкость 19. The second method of withdrawing the nozzle 12 is used in case of increased resistance to movement of the plunger 10 and rod 11 due to friction in the seals or at a low gas pressure in the gas pipe 2, insufficient to automatically lift the nozzle 12 after stopping the pump 18. To do this, close the valve 15, open the control valve 16 and bypass line valve 20 and allow fluid to pass from cylinder 7 to the supply tank 19. The check valve 13 thus prevents gas from entering the gas pipeline 2 into the internal cavities of the plunger 10, rod 11 and the pipeline and 14. Even when unpressurized return valve 13 closed valve 15 prevents gas in the pressure line 17, pump 18 and storage container 19.

В случае, когда устройство снабжено дополнительной емкостью 21 c разделителем сред 22 внутри, оно работает аналогично описанному выше. Но при этом уплотнения штока 11 и плунжера 10 работают в более благоприятных условиях, так как гидравлическая жидкость, заполняющая полость 23 емкости 21 и внутреннюю полость цилиндра 7, может обладать более высокой смазывающей способностью и большей вязкостью, чем впрыскиваемая жидкость. В случае впрыска токсичных или агрессивных жидкостей улучшаются также условия труда персонала, так как устраняется возможность утечек вредной жидкости через уплотнение штока 11 и последующего ее испарения. In the case when the device is equipped with an additional tank 21 with a media separator 22 inside, it works similarly to that described above. But at the same time, the seals of the rod 11 and the plunger 10 operate in more favorable conditions, since the hydraulic fluid filling the cavity 23 of the container 21 and the internal cavity of the cylinder 7 may have a higher lubricity and a higher viscosity than the injected liquid. In the case of injection of toxic or aggressive liquids, the working conditions of the personnel are also improved, since the possibility of leakage of harmful liquid through the stem seal 11 and its subsequent evaporation is eliminated.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является:
расширение области применения устройства по рабочему диапазону перепада давления на форсунке, по соотношению гидравлического сопротивления форсунки и подачи насоса;
обеспечение ввода и вывода форсунки как в автоматическом неуправляемом, так и в управляемом режимах, в результате чего можно изменять скорость перемещения форсунки и останавливать ввод-вывод форсунки в любом промежуточном положении;
повышение надежности устройства за счет снижения перепада давления на подвижных уплотнениях, предотвращения попадания газа из газопровода в напорную линию насоса и расходную емкость при негерметичном обратном клапане, обеспечения более благоприятных условий работы трущихся пар (в случае, когда устройство снабжено емкостью с гидравлической жидкостью).The technical result obtained by the implementation of the invention is:
expanding the scope of the device in the operating range of the differential pressure on the nozzle, in terms of the ratio of the hydraulic resistance of the nozzle and the pump feed;
ensuring the input and output of the nozzle both in automatic uncontrolled and in controlled modes, as a result of which you can change the speed of the nozzle and stop the input / output of the nozzle in any intermediate position;
increasing the reliability of the device by reducing the pressure drop across the moving seals, preventing gas from entering the pressure line of the pump and the flow rate when the check valve is leaking, providing more favorable working conditions for rubbing steam (in the case when the device is equipped with a tank with hydraulic fluid).

Claims

1. A nozzle device for injecting liquid into a gas pipeline, comprising a lock installed on the pipe branch, including a shut-off valve and a lock chamber with a seal, a cylinder with a seal, a hollow plunger with a nozzle at the lower end and a rod at the upper end, characterized in that the rod is hollow and a flexible conduit with a valve connected to the pump pressure line is connected to its upper end, while the internal cavity of the cylinder is connected to the pressure line of the pump through a control valve.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a container with a media separator inside, and the cavity of the tank on one side of the media separator is filled with hydraulic fluid and connected to the internal cavity of the cylinder, and the cavity of the tank on the other side of the media separator is connected through a control valve to the pressure line of the pump.