[go: up one dir, main page]

WO2025084958A1 - Modular system for the preparation and distribution of gases - Google Patents

Modular system for the preparation and distribution of gases Download PDF

Info

Publication number
WO2025084958A1
WO2025084958A1 PCT/RU2024/050248 RU2024050248W WO2025084958A1 WO 2025084958 A1 WO2025084958 A1 WO 2025084958A1 RU 2024050248 W RU2024050248 W RU 2024050248W WO 2025084958 A1 WO2025084958 A1 WO 2025084958A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
module
shut
distribution
pipeline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/RU2024/050248
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович БОРЗИЛОВ
Сергей Алексеевич СКИРДЕНКО
Александр Витальевич ЗВЕРТАЕВ
Александр Сергеевич МАКАРОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2023126421A external-priority patent/RU2817593C1/en
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2025084958A1 publication Critical patent/WO2025084958A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17DPIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00Pipe-line systems
    • F17D1/02Pipe-line systems for gases or vapours
    • F17D1/04Pipe-line systems for gases or vapours for distribution of gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17DPIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D3/00Arrangements for supervising or controlling working operations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00Regulating fuel supply
    • F23N1/02Regulating fuel supply conjointly with air supply

Definitions

  • the invention relates to gas distribution systems [IPC: F17D1/04, F17D3/00, F17D3/01, F17D3/18, F23N1/02; IPC: F17D1/04, F17D3/00, F17D3/01, F17D3/18, F23N1/02],
  • the prior art discloses a BLOCK AUTOMATIC GAS MIXING AND GAS DISTRIBUTION SYSTEM FOR PRODUCING A MIXTURE OF COMBUSTIBLE GAS WITH AIR WITH A SINGLE HEAT OF COMBUSTION [EA200301285 A1, published 22.12.2003], which contains units for reducing, switching, gas heating, a protective system, gas metering and consumption at the inlet, odorization, signaling and instrumentation, characterized in that it additionally includes an automatic gas mixing station (AGS) installed on gas distribution systems for gas supply to cities and populated areas, wherein the automatic gas mixing station contains: a) an air compressor unit, consisting of an air compressor, a filter, a receiver, a reduction unit and a check valve; b) a gas and air mixer unit consisting of a gas mixer, an adjustable ejector mixing unit including four fans and four adjustable ejector mixers containing an adjustable nozzle, a mixing chamber, a diffuser, a confuser and a branch pipe; c)
  • This analogue does not provide the possibility of automatic control in real time for supplying a given calorific value of gas fuel to the consumer's gas burner equipment, as a result of which gas consumption increases, and there is no possibility of minimizing harmful emissions (CO, NO, CO2, N02) contained in combustion products.
  • a LOW-CONCENTRATION GAS UTILIZATION SYSTEM (ENTR AT (II) [CN214944408U, published 11/30/2021] is known from the prior art, including a low-concentration gas supply system, a high-concentration gas supply system, a mixer, a gas distribution and safe transportation system, a combustion heat recovery system and a main line, a control device;
  • the low-concentration gas supply system includes a low concentration gas pipeline, wherein the outlet of the low concentration gas pipeline is connected to the low concentration gas inlet of the mixer;
  • the low concentration gas pipeline is provided with low concentration gas.
  • the high concentration gas supply system includes a high concentration gas pipeline, wherein the outlet of the high concentration gas pipeline is connected to the high concentration gas inlet of the mixer; the high concentration gas pipeline is provided with high concentration gas.
  • the gas distribution and safety supply system includes a mixed gas pipeline, a tail gas pipeline, an inert gas return pipeline, a nitrogen protection pipeline, a heat exchanger, and a circulation fan;
  • the mixed gas pipeline is a two-layer structure with an internal and external sleeve; the inlet end of the internal sleeve is connected to the mixed gas outlet of the mixer, and the outlet end of the internal sleeve is connected to the heat exchanger.
  • a low-temperature inlet of the heat exchanger is connected; the low-temperature outlet of the heat exchanger is connected to the combustion heat recovery system;
  • the high temperature outlet of the heat exchanger is respectively connected to the inert gas return line and the inert gas return line, the other end of the inert gas return line is connected to the outer casing, and the inert gas return line is provided with an inert gas pressure gauge, an inert gas return line. Concentration detector, an inert gas flow detector and an inert gas regulating valve;
  • the nitrogen protection pipeline is connected to the outer casing, and the nitrogen protection pipeline is equipped with a nitrogen regulating valve;
  • the outer casing is provided with an inert gas outlet, and the inert gas outlet is connected to the tail gas pipeline;
  • the inlet of the circulation fan is connected to the outlet of the combustion heat recovery system, and the outlet of the circulation fan is connected to the high temperature inlet of the heat exchanger;
  • This analogue does not provide the possibility of automatic control in real time for supplying a given calorific value of gas fuel to the consumer's gas burner equipment, as a result of which gas consumption increases, and there is no possibility of minimizing harmful emissions (CO, NO, CO2, N02) contained in combustion products.
  • a SYSTEM FOR CONTROLLING A NATURAL GAS PIPELINE IN FRONT OF A FURNACE [CN216743848U, published 06/14/2022], which includes a natural gas pipeline, a filter bypass pipeline, and a dispersion pipeline; the natural gas pipeline consists of a front section of the gas pipeline and a rear section of the natural gas pipeline, wherein the front section of the gas pipeline is located along the flow direction of the natural gas.
  • a manual shut-off valve A and a natural gas filter A are installed in series, a natural gas filter B is installed on the filter bypass pipe, and the natural gas filter B is connected in parallel to the natural gas filter A through the filter bypass pipe; the front section of the natural gas in front of the natural gas filter A on the pipeline has a manual shut-off valve B, and a manual shut-off valve D on the front part of the gas pipeline after the natural gas filter A; a manual shut-off valve F on the bypass pipe of the filter before the natural gas filter B and a filter bypass after the natural gas filter, the natural gas filter B.
  • the pipeline is equipped with a manual shut-off valve G, an automatic pressure regulating valve is installed between the front of the gas pipeline and the rear of the gas pipeline, the rear of the gas pipeline
  • the gas pipeline is equipped with a pressure signal remote transmission device A, a flow rate signal remote transmission device and a temperature signal remote transmission device in series along the flow direction of the natural gas.
  • the remote signal transmission device the pneumatic shut-off valve A, the pressure signal, the remote transmission device B, the electric flow rate regulating valve, the pneumatic shut-off valve B, the remote pressure signal transmission device C, a check valve, a manual shut-off valve E and a natural gas/combustion air mixer;
  • the radiating pipe consists of a main radiating device pipe and a radiating branch pipe 1, a radiating branch pipe 2, a radiating branch pipe 3, a radiating branch pipe 4 and radiating branch pipe 5.
  • the main radiating pipe is connected to the outlet of the automatic pressure regulating valve through the radiating branch pipe, branch pipe 1.
  • a safety valve is installed on the first branch pipe, the main branch pipeline is connected to the rear section of the gas pipeline before the pneumatic shut-off valve A. through the second expanding branch pipe; the second expanding branch pipe is equipped with a manual shut-off valve H; the main expanding pipeline passes through the expanding branch pipe.
  • the third branch pipeline is connected to the rear gas pipeline after the pneumatic bleed, the shut-off valve A, and the automatic safety valve is installed on the branch branch pipeline 3; the main outgoing pipeline is connected to the rear natural gas pipeline after the electric flow regulating valve through the outgoing branch pipeline 4, and the outgoing branch pipeline four is connected to the rear gas pipeline after the electric flow regulating valve.
  • the main diverging pipeline is connected to the rear gas pipeline in front of the check valve through the diverging branch pipe 5, and a manual shut-off valve J is installed on the expanding branch pipe 5.
  • This analogue does not provide the possibility of automatic control in real time for supplying a given calorific value of gas fuel to the consumer's gas burner equipment, as a result of which gas consumption increases, and there is no possibility of minimizing harmful emissions (CO, NO, CO2, N02) contained in combustion products.
  • the closest in technical essence is the SYSTEM FOR AUTOMATIC ADJUSTMENT OF NATURAL GAS PIPELINE IN FRONT OF FURNACE AND THE METHOD OF ITS OPERATION [CN114110429A, published 01.03.2022], comprising a gas pipeline, a filter bypass pipeline and an outlet pipeline; the natural gas pipeline consists of a natural gas pipeline in the front part and a natural gas pipeline in the rear part, wherein the natural gas pipeline in the front part is arranged in series along the flow direction of the natural gas.
  • a manual shut-off valve A and a natural gas filter A are provided; a natural gas filter B is located on the filter bypass pipeline, and the natural gas filter B is connected in parallel with the natural gas filter A through the filter bypass pipeline; A manual shut-off valve B is installed in the upper part, and a manual shut-off valve D is installed on the front natural gas pipeline downstream of the natural gas filter A; manual shut-off valve F is installed on the filter bypass pipe before the natural gas filter B, and the filter bypass pipe after the natural gas filter gas B is installed.
  • a manual shut-off valve G is installed at the upper part; an automatic pressure regulating valve is installed between the natural gas pipeline at the front part and the natural gas pipeline at the rear part; a remote gas transmission device A for a pressure signal, a remote transmission device for a flow rate signal and a temperature signal are arranged in series along the flow direction of the natural gas on the natural gas pipeline at the rear part.
  • the entire exhaust pipeline consists of an exhaust main pipeline, an exhaust branch 1, a vent branch 2, a vent branch 3, a vent branch 4 and a vent branch 5.
  • a safety valve is installed on the first part of the gas exhaust branch. ;
  • the main gas outlet pipeline is connected to the last gas pipeline before the pneumatic shut-off valve A through the gas outlet branch pipeline 2, and a manual shut-off valve H is installed on the second gas outlet branch pipeline;
  • the ventilation branch pipe pipeline passes through the ventilation branch pipe.
  • Pipeline 3 is connected to the rear gas pipeline after the pneumatic shut-off valve A, and an automatic vent valve is installed on the third branch pipe; Manual shut-off valve I; the gas outlet main pipeline is connected to the gas pipeline before the check valve through the gas outlet branch pipe 5, and a manual shut-off valve J is installed on the gas outlet branch pipe 5.
  • the method of operation of the automatic adjustment system of the natural gas pipeline in front of the furnace includes:
  • the natural gas flows from the inlet end of the natural gas pipeline, and its pressure exceeds the pressure required at the outlet end; the automatic pressure regulating valve, the pneumatic shut-off valve A, the electric flow regulating valve, the pneumatic shut-off valve B and the manual shut-off valve E are opened, and the other valves are closed; adjust the automatic pressure regulating valve and the electric flow regulating valve so that the flow value and the pressure value are close to the target value, and then switch the system to the automatic mode; the target value is compared and is evaluated for the implementation of automatic adjustment of the locking degree of opening and closing of shut-off valves;
  • the safety valve When the pressure at the inlet end of the natural gas pipeline exceeds the set value, the safety valve automatically opens to protect against pressure release; at the same time, the central control system displays the abnormal pressure alarm, and manually selects whether to open the automatic discharge valve to discharge; if the inlet end of the natural gas pipeline, when the pressure is lower than the set value, the pneumatic shut-off valve A and the pneumatic shut-off valve B are automatically closed, and the backflow of the gas mixture containing air is prevented through the check valve;
  • the disadvantage of the prototype is that it does not have the ability to automatically control the system in real time in order to supply a given calorific value of gas fuel to the consumer while simultaneously minimizing harmful emissions (CO, NO, CO2, N02) contained in combustion products.
  • the objective of the invention is to eliminate the shortcomings of the prototype and create a system that allows taking into account the individual characteristics of gas supplied from an external source, as well as minimizing the consumption of such gas by 5% in automatic mode, while simultaneously maintaining the calorific value of the gas fuel supplied to the consumer's gas burner equipment at a given level, minimizing the volume of harmful emissions contained in the combustion products of such gas fuel.
  • the technical result of the present invention is to provide the ability to automatically control the system in real time for the purpose of supplying gas fuel of a given calorific value to the consumer's gas burner equipment while simultaneously minimizing harmful emissions (CO, NO, CO2, N02) contained in combustion products.
  • the modular gas preparation and distribution system comprising a gas distribution module, a gas analysis module, a control module, a gas mixing module, a gas sampling pipeline, a gas fuel sampling pipeline and an oxidizer sampling pipeline, a gas supply line to the gas distribution module, a gas supply line from the gas distribution module to the gas mixing module, an oxidizer supply line to the gas mixing module, a gas fuel supply line to the consumer's gas burner equipment, a combustion product removal line and data transmission cables
  • the gas distribution and gas mixing modules contain shut-off valves, characterized in that it contains a pipeline connecting the combustion product removal line and the gas analysis module, configured to take combustion product samples, the gas analysis module contains measuring equipment, and the control module is connected to the gas distribution module, the gas analysis module and the gas mixing module by means of data transmission cables and contains means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves of the gas distribution modules and gas mixing, means for interaction with the shut-off valves of the gas distribution module and the gas mixing module
  • control module contains a limit switch unit and an automated control system unit, which is a software and hardware complex.
  • the limit switch block contains control panels, switches and relays.
  • FIG. 1 Functional diagram of the MSPRG.
  • FIG. 2 Functional diagram of the MSPRG control module.
  • Fig.3 Block diagram of the method for automatic control of the operation of the MSPR.
  • 1 - gas distribution module 1 - gas distribution module, 2 - gas analysis module, 3 - control module, 4 - gas mixing module, 5 - main lines, 6 - pipelines, 7 - data transmission cables, 8 - shut-off valves, 9 - consumer gas burner equipment, 10 - limit switch unit, 11 - automated control system unit, 12 - manual control panels, 13 - relays, 14 - switches, 15 - means of interaction with measuring equipment, 16 - means of automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves to optimize the calorific value of gas fuel, 17 - means of automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves to minimize the content of harmful emissions in combustion products, 18 - means of automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution and gas mixing modules to ensure the ratio of oxidizer and gas in the gas fuel in ratios that meet safety requirements, 19 - means of interaction with the shut-off reinforcement.
  • the degree of opening of a shut-off valve is understood to be a value that determines the volume of a gas mixture (gas/oxidizer/gas fuel) passing through the shut-off valve per unit of time.
  • the modular gas preparation and distribution system (hereinafter referred to as the MSPGD) (Fig. 1) contains a gas distribution module 1, a gas analysis module 2, a control module 3, a gas mixing module 4, main lines 5, pipelines 6 and data transmission cables 7.
  • the gas distribution module 1 designed with the possibility of providing a decrease in the pressure of the gas mixture from the level of gas pressure in the main line 5 to the level of gas pressure required by the consumer, includes standard equipment for gas distribution devices (GDU), gas distribution substations (GDS) or gas distribution stations (GDS), namely filters, safety shut-off valves, gas pressure regulators, safety relief valves, control and measuring devices, gas flow meters, shut-off valves 8, as well as a bypass gas pipeline device, which is two shut-off devices and a purge pipeline between them, wherein the shut-off valve 8 is designed with the possibility of controlling and changing the degree of opening according to a signal from the control module 3.
  • GDU gas distribution substations
  • GDS gas distribution stations
  • filters safety shut-off valves
  • the gas mixing module 4 designed with the possibility of mixing gas and oxidizer with the formation of gas fuel, includes ejectors, the number of which is determined by a calculation method depending on the gas consumption of the consumer's gas burner equipment 9, and shut-off valves 8, designed with the possibility of regulating the supply of gas and oxidizer to the ejectors, wherein the shut-off valves 8 are designed with the possibility of controlling and changing the degree of opening according to a signal from the control module 3.
  • Gas analysis module 2 designed with the ability to determine in real time the calorific value and composition of gas and gas fuel, as well as the composition of the oxidizer and combustion products, including measuring devices such as calorimeters, gas analyzers and gas chromatographs, designed with the ability to receive signals from control module 3 specifying time intervals for taking measurements and transmitting measurement results to control module 3.
  • the control module 3 (Fig. 2) includes a block of limit switches 10, designed to provide manual control of the MSPRH, containing control panels 12, relays 13 and switches 14, as well as a block of the automated control system 11, containing a software and hardware complex (not shown in the figures), containing means for interacting with measuring equipment 15, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to optimize the calorific value of gas fuel 16, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to minimize the content of harmful emissions in combustion products 17, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution and gas mixing modules to ensure the ratio of oxidizer and gas in gas fuel in ratios corresponding to safety requirements 18, and means for interaction with shut-off valves 19, designed with the possibility of control by a signal from an external source.
  • the means for interaction with measuring equipment 15, the means for automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves for optimizing the calorific value of gas fuel 16, the means for automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves for minimizing the content of harmful emissions in combustion products 17, the means for automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution and gas mixing modules to ensure the ratio of the oxidizer and gas in the gas fuel in ratios corresponding to safety requirements 18, and the means for interaction with the shut-off valves 19 are software and hardware, such as specialized software and electronic computing devices (computers) that ensure the functioning of such specialized software and switches that ensure the reception and transmission of data between devices.
  • the control module 3 is connected to the gas distribution module 1, the gas analysis module 2 and the gas mixing module 4 by means of data transmission cables 7.
  • the main line 5 designed with the possibility of supplying gas from an external source (not shown in the figures), is connected to the gas distribution module 1.
  • the gas distribution module 1 is connected to the gas mixing module 4 by means of a line 5, designed with the possibility of supplying gas from the gas distribution module 1 to the gas mixing module 4.
  • the gas mixing module 4 is connected by means of a pipeline 5, designed with the possibility of feeding an oxidizer to the gas mixing module, to an external source of oxidizer supply (not shown in the figures), wherein air, or oxygen, or blast furnace gas can be used as an oxidizer, and also to the consumer's gas burner equipment 9 by means of a pipeline 5, designed with the possibility of feeding gas fuel formed as a result of mixing gas and oxidizer in the gas mixing module.
  • the consumer's gas burner equipment 9 is connected to the main line.
  • the gas analysis module 2 is connected by means of a pipeline 6, designed with the possibility of taking gas samples, to the main line 5, connecting the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4, by means of a pipeline 6, designed with the possibility of sampling of gas fuel, with main line 5 connecting gas mixing module 4 and consumer gas burner equipment 9, using pipeline 6, configured to take samples of oxidizer, with main line 5 connecting gas mixing module 4 with an external source of oxidizer supply (not shown in the figures), and also using pipeline 6, configured to take samples of combustion products, with main line 5, configured to remove combustion products from consumer gas burner equipment 9.
  • a gas analysis module 2 in the MSPRGS which contains measuring equipment such as calorimeters, gas analyzers and gas chromatographs, designed with the possibility of receiving signals from the control module 3 specifying time intervals for carrying out measurements and transmitting the measurement results to the control module 3, makes it possible to carry out in real time the entire range of analyses necessary for determining the calorific value of gas and gas fuel, as well as the concentration of O2 in the gas and oxidizer, for assessing the compliance of gas fuel with safety requirements, as well as the content of harmful emissions in combustion products such as CO, NO, CO2, N02, and also transmitting the results of such analyses to the control module 3 for the purpose of automatic control of the MSPRGS.
  • control module 3 The connection of the control module 3 with the gas distribution module 1, the gas analysis module 2 and the gas mixing module 4 by means of data transmission cables 7 provides the possibility of transmitting control commands from the control module 3 to the gas distribution module 1, the gas analysis module 2 and the gas mixing module 4, as well as receiving the analysis results from the measuring equipment of the gas analysis module 2, for the purpose of processing such analysis results and generating control commands.
  • a pipeline 6 in the MSPRG designed with the possibility of sampling combustion products, allows for the real-time sampling of combustion products from the main line 5, designed with the possibility of removing combustion products from the consumer's gas burner equipment 9, as well as the prompt delivery of such samples to the gas analysis module 2 and the analysis of such samples for the content of harmful emissions in them, such as CO, NO, CO2, N02, and taking into account the results of such analysis when calculating the degree of opening of the shut-off valve 8 of the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 in order to optimize the calorific value of the gas fuel while simultaneously minimizing the content of harmful emissions in the combustion products.
  • the use of means for automatic calculation of the degree of opening of shut-off valves in the control module 3 for minimizing the content of harmful emissions in combustion products 17, allows, on the basis of data on the calorific value and composition of gas and gas fuel, as well as the composition of the oxidizer and combustion products, obtained in real time from the gas analysis module 2, also in real time, to calculate the optimal degree of opening of shut-off valves 8 of the gas distribution modules 1 and gas mixing modules 4, which allows optimizing the calorific value of gas fuel for the purpose of saving it and simultaneously minimizing the content of harmful emissions in combustion products.
  • a prototype of the MSPRG was installed at one of the industrial enterprises, containing a gas distribution module 1, a gas analysis module 2, a control module 3, a gas mixing module 4, main lines 5, pipelines 6 and data transmission cables 7.
  • the gas distribution module 1 was designed with the ability to provide a reduction in the pressure of the gas mixture coming from an external source, which was a gas field, from the gas pressure level in the main line to the gas pressure level required by the consumer and included standard equipment for gas distribution devices (GDU), gas distribution substations (GDS) or gas distribution stations (GDS), namely filters, safety shut-off valves, gas pressure regulators, safety relief valves, control and measuring devices, gas flow meters, shut-off valves 8, as well as a bypass gas pipeline device, which is two shut-off devices and a blow-off pipeline between them, wherein the shut-off valve 8 was designed with the ability to be controlled by a signal from the control module 3.
  • GDU gas distribution devices
  • GDS gas distribution substations
  • GDS gas distribution stations
  • filters safety shut-off valves
  • gas pressure regulators gas pressure regulators
  • safety relief valves control and measuring devices
  • gas flow meters gas flow meters
  • shut-off valves 8 was designed with the ability to be controlled by a signal from the control module
  • the gas mixing module 4 was designed with the ability to mix gas and oxidizer, and included ejectors, the number of which made it possible to ensure the mixing of gas and oxidizer in the volumes required to ensure the necessary gas flow rate by the consumer's gas burner equipment 9, and shut-off valves 8 designed with the ability to regulate the supply of gas and oxidizer to the ejectors, while shut-off valves 8 were designed with the ability to be controlled by a signal from the control module 3.
  • Gas analysis module 2 was designed with the ability to determine in real time the calorific value and composition of gas and gas fuel, as well as the composition oxidizer and combustion products, and included measuring instruments such as calorimeters, gas analyzers and gas chromatographs, designed with the ability to receive signals from control module 3 setting time intervals for taking measurements and transmitting measurement results to control module 3.
  • measuring instruments such as calorimeters, gas analyzers and gas chromatographs, designed with the ability to receive signals from control module 3 setting time intervals for taking measurements and transmitting measurement results to control module 3.
  • the control module 3 included a block of limit switches 10, designed to provide manual control of the prototype of the MSPRG, and contained control panels 12, relays 13 and switches 14, as well as a block of the automated control system 10, which contained a software and hardware complex (not shown in the figures), including means for interacting with measuring equipment 15, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to optimize the calorific value of the gas fuel 16, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to minimize the content of harmful emissions in combustion products 17, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution and gas mixing modules to ensure the ratio of the oxidizer and gas in the gas fuel in ratios corresponding to safety requirements 18 and means for interacting with the shut-off valves 19.
  • the prototype of the MSPRG contained a line 5, designed with the possibility of supplying gas from an external source (not shown in the figures), connected to the gas distribution module 1.
  • the gas distribution module 1 is connected to the gas mixing module 4 by means of a line 5, designed with the possibility of supplying gas from the gas distribution module 1 to the gas mixing module 4, and to the control module 3 by means of data transmission cables?.
  • the prototype of the MSPRG contained a gas mixing module 4, which was connected to the consumer gas burner equipment 9 using a line 5, to the control module 3 using data transmission cables 7, and also to an external oxidizer supply source (not shown in the figures) using a line 6.
  • the consumer gas burner equipment 9 is connected to a line 6, designed with the possibility of removing combustion products from the consumer gas burner equipment 9.
  • the prototype of the MSPRG contained a gas analysis module 2, which was connected to the control module 3 using data transmission cables 7, as well as using a pipeline 6, designed with the possibility of taking gas samples, with a main line 5 connecting the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4, using a pipeline 6, designed with the possibility of taking gas fuel samples, with a main line 5 connecting the gas mixing module 4 and the gas burner equipment.
  • consumer 9 with the help of pipeline 6, designed with the possibility of taking samples of the oxidizer, with main line 5, connecting gas mixing module 4 with an external source of oxidizer supply (not shown in the figures), and also with the help of pipeline 6, designed with the possibility of taking samples of combustion products, with main line 5, designed with the possibility of removing combustion products from the gas burner equipment of consumer 9.
  • the MSPRG is used as follows.
  • the MSPG After the installation of the MSPG at the facility, the MSPG is switched on and configured in manual mode with the determination of the initial parameters of the system and the input of such parameters into the automated control system unit of control module 3.
  • gas is supplied to the MSPG from an external gas source, for example, a gas field
  • the oxidizer is supplied from an external oxidizer source, for example, a storage tank.
  • the actions within the cycle of checking the compliance of the calorific value of the gas fuel with the required value are interrupted, after which all actions are repeated starting with entering into the automated control system unit data on the required calorific value of the gas fuel and on the size of the time interval between checks of compliance of the actual value of the calorific value of the gas fuel with the specified value.
  • pipeline 6 configured to take gas fuel samples
  • samples of gas fuel are taken after gas mixing module 4, such samples are analyzed for calorific value, and such samples are assessed for compliance with the previously specified value of the required calorific value of gas fuel.
  • a gas sample is taken before gas mixing module 4, such samples are analyzed for calorific value, and the concentration of O2, CO, CO2, NO, N02 in such samples.
  • the oxidizer supply to gas mixing module 4 is checked and, using pipeline 6, configured to take oxidizer samples, an oxidizer sample is taken before gas mixing module 4 and such samples are analyzed for determining the concentration of O2, CO, CO2, NO, N02 in such samples.
  • pipeline 6, designed with the possibility of sampling combustion products a sample of combustion products is sampled from main line 5 after consumer gas burner equipment 9, and such samples are analyzed for the concentration of CO, CO2, NO, NO2 in such samples.
  • the composition of the gas fuel is predicted after bringing the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 to the calculated degree of opening, and such predicted composition of the gas fuel is assessed for compliance with the safety requirements, after which, if the predicted composition of the gas fuel meets the safety requirements, using the means of interaction with the shut-off valves 8, configured to be controlled by a signal from an external source, included in the control module 3, the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 are adjusted until the parameters of the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 are brought to compliance with the calculated
  • the means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution and gas mixing modules to ensure the ratio of the oxidizer and gas in the gas fuel in ratios that meet the safety requirements 18, included in the control module 3, the means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to minimize the content of harmful emissions in the combustion products 17, included in the control module 3, and the means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to optimize the calorific value of the gas fuel 16, included in the control module 3, calculate the parameters of the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 to ensure the gas flow and the oxidizer flow that meet the safety requirements, while ensuring the maximum possible reduction in the concentration of harmful emissions in the combustion products, while simultaneously maintaining the value of the actual calorific value of the gas fuel at the level of the required calorific value, after which, using the means for interaction with the shut-off valves 8, made with
  • a gas sample is taken before the gas mixing module, such a sample is analyzed for calorific value and the concentration of 02 in it, simultaneously with this, the supply of oxidizer to the gas mixing module is checked, and in the event of confirmation of the supply of oxidizer, a sample of oxidizer is taken before the gas mixing module, such samples are analyzed to determine the concentration of 02 in the oxidizer sample, after which, using the means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves for optimizing the calorific value of gas fuel 16, which are part of the control module 3, the change in the parameters of the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 is calculated to ensure the gas flow and the oxidizer flow necessary to bring the value of the actual calorific value of the gas fuel to the level of the required calorific
  • the control module 3 uses the means of automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves in in the gas distribution and gas mixing modules for ensuring the ratio of the oxidizer and gas in the gas fuel in ratios corresponding to the safety requirements 18, included in the control module 3, calculate the parameters of the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 to ensure the gas flow and the oxidizer flow corresponding to the safety requirements, while being the closest for ensuring the gas flow and the oxidizer flow necessary to bring the value of the actual calorific value of the gas fuel to the level of the required calorific value of the gas fuel, after which, using the means of interaction with the shut-off valves 8, configured with the possibility of control by a signal from an external source, included in the control module 3, adjust the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1
  • Air, oxygen, or blast furnace gas were used as the oxidizer during various tests.
  • the total gas consumption required for the correct operation of the consumer's gas burner equipment 9 decreased to 95% of the volume that was previously consumed without the use of the MSPRG at the facility, which in turn also led to a final reduction in CO2 emissions to a level of 95% of the values without the use of the MSPRG.
  • MGPS modular gas preparation and distribution system

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)

Abstract

The invention relates to modular systems that make it possible to take into account the individual characteristics of a gas arriving from an external source. The present modular system for the preparation and distribution of gases comprises a gas distribution module, a gas analysis module, a control module, and a gas mixing module, which are connected by pipelines and data cables, and isolation valves. The technical result is the possibility of automatically controlling the system in real time to supply a fuel gas having a given calorific value to a gas-fueled consumer appliance, while at the same time minimizing the harmful emissions (СО, NO, СО2, NO2) contained in the combustion products.

Description

МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ MODULAR SYSTEM FOR GAS PREPARATION AND DISTRIBUTION

ОПИСАНИЕ DESCRIPTION

Изобретение относится к системам для распределения газа [МПК: F17D1/04, F17D3/00, F17D3/01, F17D3/18, F23N1/02; СПК: F17D1/04, F17D3/00, F17D3/01, F17D3/18, F23N1/02], The invention relates to gas distribution systems [IPC: F17D1/04, F17D3/00, F17D3/01, F17D3/18, F23N1/02; IPC: F17D1/04, F17D3/00, F17D3/01, F17D3/18, F23N1/02],

Из уровня техники известна БЛОЧНАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ ГАЗОСМЕСИТЕЛЬНАЯ И ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ ГОРЮЧЕГО ГАЗА С ВОЗДУХОМ ЕДИНОЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ [ЕА200301285 А1, опубл. 22.12.2003], которая содержит блоки редуцирования, переключателей, подогревателя газа, защитной системы, учета и расхода газа на входе, одоризации, сигнализации и КИП, отличающаяся тем, что дополнительно включает автоматическую газосмесительную станцию (АТС), установленную на газораспределительных системах газоснабжения городов и населенных пунктов, причем автоматическая газосмесительная станция содержит: а) блок воздушного компрессора, состоящий и воздушного компрессора, фильтра, ресивера, блока редуцирования и обратного клапана; б) блок смесителя газа и воздуха, состоящий из газосмесителя, регулируемой эжекторной смесительной установки, включающей четыре вентилятора и четыре регулируемых эжекторных смесителя, содержащих регулируемое сопло, камеру смешения, диффузор, конфузор и патрубок; в) блок пропорционального устройства, состоящий из датчика расходомера воздуха, клапана, регулирующего расход воздуха, обратного клапана, регулирующего расход газа, датчик расходомер газа и регулятор соотношения газа и воздуха. The prior art discloses a BLOCK AUTOMATIC GAS MIXING AND GAS DISTRIBUTION SYSTEM FOR PRODUCING A MIXTURE OF COMBUSTIBLE GAS WITH AIR WITH A SINGLE HEAT OF COMBUSTION [EA200301285 A1, published 22.12.2003], which contains units for reducing, switching, gas heating, a protective system, gas metering and consumption at the inlet, odorization, signaling and instrumentation, characterized in that it additionally includes an automatic gas mixing station (AGS) installed on gas distribution systems for gas supply to cities and populated areas, wherein the automatic gas mixing station contains: a) an air compressor unit, consisting of an air compressor, a filter, a receiver, a reduction unit and a check valve; b) a gas and air mixer unit consisting of a gas mixer, an adjustable ejector mixing unit including four fans and four adjustable ejector mixers containing an adjustable nozzle, a mixing chamber, a diffuser, a confuser and a branch pipe; c) a proportional device unit consisting of an air flow meter sensor, an air flow regulating valve, a gas flow regulating check valve, a gas flow meter sensor and a gas and air ratio regulator.

Недостатком данного аналога является то, что в данной системе не предусмотрено возможности автоматического управления в режиме реального времени для подачи заданной калорийности газового топлива на газогорелочное оборудование потребителя, в следствие чего увеличивается расход газа, а также отсутствуют возможности по минимизации вредных выбросов (СО, NO, СО2, N02), содержащихся в продуктах горения. The disadvantage of this analogue is that this system does not provide the possibility of automatic control in real time for supplying a given calorific value of gas fuel to the consumer's gas burner equipment, as a result of which gas consumption increases, and there is no possibility of minimizing harmful emissions (CO, NO, CO2, N02) contained in combustion products.

Кроме того, из уровня техники известна СИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ ГАЗА НИЗКОЙ К ОНТ (ЕНТР АТ (ИИ [CN214944408U, опубл. 30.11.2021], включающая систему подачи газа низкой концентрации, систему подачи газа высокой концентрации, смеситель, систему газораспределения и безопасной транспортировки, систему рекуперации тепла сгорания и магистраль, устройство управления; Система подачи газа низкой концентрации включает газопровод низкой концентрации, причем выход газопровода низкой концентрации соединен с входом газа низкой концентрации смесителя; Г азопровод низкой концентрации обеспечен газом низкой концентрации. Манометр измерения давления, детектор концентрации газа низкой концентрации, детектор расхода газа низкой концентрации и регулирующий клапан газа низкой концентрации; Система подачи газа высокой концентрации включает газопровод высокой концентрации, причем выход газопровода высокой концентрации соединен с входом газа высокой концентрации смесителя; газопровод высокой концентрации обеспечен газом высокой концентрации. Детектор давления, детектор концентрации газа высокой концентрации, детектор потока газа высокой концентрации и регулирующий клапан газа высокой концентрации; Система газораспределения и безопасной подачи включает в себя газопровод смешанного газа, хвостовой газопровод, трубопровод возврата инертного газа, трубопровод азотной защиты, теплообменник и циркуляционный вентилятор; Смешанный газопровод представляет собой двухслойную конструкцию с внутренней и внешней муфтой; входной конец внутренней втулки соединен с выпускным отверстием смешанного газа смесителя, а выходной конец внутренней втулки соединен с теплообменником. Подключен низкотемпературный вход теплообменника; низкотемпературный выход теплообменника соединен с системой рекуперации тепла сгорания; In addition, a LOW-CONCENTRATION GAS UTILIZATION SYSTEM (ENTR AT (II) [CN214944408U, published 11/30/2021] is known from the prior art, including a low-concentration gas supply system, a high-concentration gas supply system, a mixer, a gas distribution and safe transportation system, a combustion heat recovery system and a main line, a control device; The low-concentration gas supply system includes a low concentration gas pipeline, wherein the outlet of the low concentration gas pipeline is connected to the low concentration gas inlet of the mixer; The low concentration gas pipeline is provided with low concentration gas. A pressure measuring manometer, a low concentration gas concentration detector, a low concentration gas flow detector, and a low concentration gas regulating valve; The high concentration gas supply system includes a high concentration gas pipeline, wherein the outlet of the high concentration gas pipeline is connected to the high concentration gas inlet of the mixer; the high concentration gas pipeline is provided with high concentration gas. A pressure detector, a high concentration gas concentration detector, a high concentration gas flow detector, and a high concentration gas regulating valve; The gas distribution and safety supply system includes a mixed gas pipeline, a tail gas pipeline, an inert gas return pipeline, a nitrogen protection pipeline, a heat exchanger, and a circulation fan; The mixed gas pipeline is a two-layer structure with an internal and external sleeve; the inlet end of the internal sleeve is connected to the mixed gas outlet of the mixer, and the outlet end of the internal sleeve is connected to the heat exchanger. A low-temperature inlet of the heat exchanger is connected; the low-temperature outlet of the heat exchanger is connected to the combustion heat recovery system;

Высокотемпературный выход теплообменника соответственно соединен с линией возврата инертного газа и линией возврата инертного газа, другой конец линии возврата инертного газа соединен с внешним корпусом, а линия возврата инертного газа снабжена инертным манометр давления газа, линия возврата инертного газа. Детектор концентрации, детектор потока инертного газа и регулирующий клапан инертного газа; The high temperature outlet of the heat exchanger is respectively connected to the inert gas return line and the inert gas return line, the other end of the inert gas return line is connected to the outer casing, and the inert gas return line is provided with an inert gas pressure gauge, an inert gas return line. Concentration detector, an inert gas flow detector and an inert gas regulating valve;

Трубопровод защиты от азота соединен с внешним корпусом, а трубопровод защиты от азота снабжен клапаном регулирования азота; The nitrogen protection pipeline is connected to the outer casing, and the nitrogen protection pipeline is equipped with a nitrogen regulating valve;

Наружный корпус снабжен выходом инертного газа, причем выход инертного газа соединен с трубопроводом хвостового газа; The outer casing is provided with an inert gas outlet, and the inert gas outlet is connected to the tail gas pipeline;

Вход циркуляционного вентилятора соединен с выпускным отверстием системы рекуперации тепла сгорания, а выход циркуляционного вентилятора соединен с высокотемпературным входом теплообменника; The inlet of the circulation fan is connected to the outlet of the combustion heat recovery system, and the outlet of the circulation fan is connected to the high temperature inlet of the heat exchanger;

Детектор давления газа низкой концентрации, детектор концентрации газа низкой концентрации, детектор потока газа низкой концентрации, регулирующий клапан газа низкой концентрации, детектор давления газа высокой концентрации, детектор концентрации газа высокой концентрации, детектор потока газа высокой концентрации, регулирующий клапан газа высокой концентрации, датчик давления инертного газа, детектор концентрации инертного газа, детектор расхода инертного газа, регулирующий клапан инертного газа, регулирующий клапан азота, циркуляционный вентилятор и система рекуперации тепла сгорания - все это связано с главным блоком управления, который управляет системой. Low concentration gas pressure detector, low concentration gas concentration detector, low concentration gas flow detector, low concentration gas control valve, high concentration gas pressure detector, high concentration gas concentration detector, high concentration gas flow detector, high concentration gas control valve, inert gas pressure sensor, Inert gas concentration detector, inert gas flow detector, inert gas regulating valve, nitrogen regulating valve, circulation fan and combustion heat recovery system are all connected to the main control unit which controls the system.

Недостатком данного аналога является то, что в данной системе не предусмотрено возможности автоматического управления в режиме реального времени для подачи заданной калорийности газового топлива на газогорелочное оборудование потребителя, в следствие чего увеличивается расход газа, а также отсутствуют возможности по минимизации вредных выбросов (СО, NO, СО2, N02), содержащихся в продуктах горения. The disadvantage of this analogue is that this system does not provide the possibility of automatic control in real time for supplying a given calorific value of gas fuel to the consumer's gas burner equipment, as a result of which gas consumption increases, and there is no possibility of minimizing harmful emissions (CO, NO, CO2, N02) contained in combustion products.

Кроме того, из уровня техники известна СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДА ПРИРОДНОГО ГАЗА ПЕРЕД ПЕЧЬЮ [CN216743848U, опубл. 14.06.2022], которая включает газопровод природного газа, обводной трубопровод фильтра и дисперсионный трубопровод; газопровод природного газа состоит из передней секции газопровода и задней секции газопровода природного газа, при этом передняя секция газопровода расположена вдоль направления потока природного газа. Кроме того ручной запорный клапан А и фильтр природного газа А установлены последовательно, фильтр природного газа В установлен на обводной трубе фильтра, а фильтр природного газа В подключается параллельно фильтру природного газа А через обводную трубу фильтра; передняя секция природного газа перед фильтром природного газа А на трубопроводе имеется ручной запорный клапан В, а ручной запорный клапан D на передней части газопровода после фильтра природного газа А; ручной запорный клапан F на обводной трубе фильтра перед фильтром природного газа В и байпас фильтра за фильтром природного газа, фильтр природного газа В. Трубопровод оборудован ручным запорным клапаном G, между передней частью газопровода и задней частью газопровода установлен автоматический клапан регулирования давления, задняя часть газопровода Газопровод оснащен устройством дистанционной передачи сигнала давления А, устройством дистанционной передачи сигнала расхода и устройством дистанционной передачи сигнала температуры последовательно вдоль направления потока природного газа. Устройство дистанционной передачи сигнала, пневматический запорный клапан А, сигнал давления, устройство дистанционной передачи В, электрический клапан регулирования расхода, пневматический запорный клапан В, устройство дистанционной передачи сигнала давления С, обратный клапан, ручной запорный клапан Е и смеситель природного газа/воздуха для горения; излучающая труба состоит из основного излучающего устройства труба и излучающий патрубок 1, излучающий патрубок 2, излучающий патрубок 3, излучающий патрубок 4 и излучающий патрубок 5. Основная излучающая труба соединена с выходом автоматического клапана регулирования давления через излучающий патрубок, патрубок 1. На заднем участке газопровода на первом отводящем патрубке установлен предохранительный клапан, основной отводящий трубопровод присоединяется к заднему участку газопровода перед пневмозапорным клапаном А. через второй расширяющийся патрубок; второй расширяющийся патрубок оборудован ручным запорным клапаном Н; основной расширяющийся трубопровод проходит через расширяющийся патрубок. Третий отводной трубопровод соединен с задним газопроводом после пневмоотвода, запорный клапан А, а автоматический предохранительный клапан установлен на отводном отводном трубопроводе 3; основной отходящий трубопровод соединен с задним трубопроводом природного газа после электрического клапана регулирования расхода через отходящий отводной трубопровод 4, а отходящий отводной трубопровод четыре соединен с задним газопроводом после электрического клапана регулирования расхода. Установите ручной запорный клапан I; основной расходящийся трубопровод соединяется с задним газопроводом перед обратным клапаном через расходящийся патрубок 5, а На расширяющемся патрубке 5 установлен ручной запорный кран J. In addition, the prior art discloses a SYSTEM FOR CONTROLLING A NATURAL GAS PIPELINE IN FRONT OF A FURNACE [CN216743848U, published 06/14/2022], which includes a natural gas pipeline, a filter bypass pipeline, and a dispersion pipeline; the natural gas pipeline consists of a front section of the gas pipeline and a rear section of the natural gas pipeline, wherein the front section of the gas pipeline is located along the flow direction of the natural gas. In addition, a manual shut-off valve A and a natural gas filter A are installed in series, a natural gas filter B is installed on the filter bypass pipe, and the natural gas filter B is connected in parallel to the natural gas filter A through the filter bypass pipe; the front section of the natural gas in front of the natural gas filter A on the pipeline has a manual shut-off valve B, and a manual shut-off valve D on the front part of the gas pipeline after the natural gas filter A; a manual shut-off valve F on the bypass pipe of the filter before the natural gas filter B and a filter bypass after the natural gas filter, the natural gas filter B. The pipeline is equipped with a manual shut-off valve G, an automatic pressure regulating valve is installed between the front of the gas pipeline and the rear of the gas pipeline, the rear of the gas pipeline The gas pipeline is equipped with a pressure signal remote transmission device A, a flow rate signal remote transmission device and a temperature signal remote transmission device in series along the flow direction of the natural gas. The remote signal transmission device, the pneumatic shut-off valve A, the pressure signal, the remote transmission device B, the electric flow rate regulating valve, the pneumatic shut-off valve B, the remote pressure signal transmission device C, a check valve, a manual shut-off valve E and a natural gas/combustion air mixer; the radiating pipe consists of a main radiating device pipe and a radiating branch pipe 1, a radiating branch pipe 2, a radiating branch pipe 3, a radiating branch pipe 4 and radiating branch pipe 5. The main radiating pipe is connected to the outlet of the automatic pressure regulating valve through the radiating branch pipe, branch pipe 1. At the rear section of the gas pipeline, a safety valve is installed on the first branch pipe, the main branch pipeline is connected to the rear section of the gas pipeline before the pneumatic shut-off valve A. through the second expanding branch pipe; the second expanding branch pipe is equipped with a manual shut-off valve H; the main expanding pipeline passes through the expanding branch pipe. The third branch pipeline is connected to the rear gas pipeline after the pneumatic bleed, the shut-off valve A, and the automatic safety valve is installed on the branch branch pipeline 3; the main outgoing pipeline is connected to the rear natural gas pipeline after the electric flow regulating valve through the outgoing branch pipeline 4, and the outgoing branch pipeline four is connected to the rear gas pipeline after the electric flow regulating valve. Install the manual shut-off valve I; The main diverging pipeline is connected to the rear gas pipeline in front of the check valve through the diverging branch pipe 5, and a manual shut-off valve J is installed on the expanding branch pipe 5.

Недостатком данного аналога является то, что в данной системе не предусмотрено возможности автоматического управления в режиме реального времени для подачи заданной калорийности газового топлива на газогорелочное оборудование потребителя, в следствие чего увеличивается расход газа, а также отсутствуют возможности по минимизации вредных выбросов (СО, NO, СО2, N02), содержащихся в продуктах горения. The disadvantage of this analogue is that this system does not provide the possibility of automatic control in real time for supplying a given calorific value of gas fuel to the consumer's gas burner equipment, as a result of which gas consumption increases, and there is no possibility of minimizing harmful emissions (CO, NO, CO2, N02) contained in combustion products.

Наиболее близким по технической сущности является СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ ТРУБОПРОВОДА ПРИРОДНОГО ГАЗА ПЕРЕД ПЕЧЬЮ И МЕТОД ЕЕ РАБОТЫ [CN114110429A, опубл. 01.03.2022], содержащее газопровод, обводной трубопровод фильтра и выпускной трубопровод; трубопровод природного газа состоит из трубопровода природного газа в передней части и трубопровода природного газа в задней части, причем трубопровод природного газа в передней части расположен последовательно вдоль направления потока природного газа. Предусмотрены ручной запорный клапан А и фильтр природного газа А; фильтр В природного газа расположен на обводном трубопроводе фильтра, и фильтр В природного газа соединен параллельно с фильтром А природного газа через обводной трубопровод фильтра; В верхней части установлен ручной запорный клапан В. и ручной запорный клапан D установлен на переднем трубопроводе природного газа после фильтра А природного газа; ручной запорный клапан F установлен на байпасном трубопроводе фильтра перед фильтром природного газа В, а байпасный трубопровод фильтра после фильтра природного газа В установлен. Ручной запорный клапан G установлен в верхней части; между трубопроводом природного газа в передней части и трубопроводом природного газа в задней части установлен автоматический клапан регулирования давления; устройство А дистанционной передачи газа для сигнала давления, устройство дистанционной передачи сигнала расхода и сигнала температуры расположены последовательно вдоль направления потока природного газа на трубопроводе природного газа в задней части. Устройство дистанционной передачи, пневматический запорный клапан А, устройство дистанционной передачи сигнала давления В, электрический клапан регулирования расхода, пневматический запорный клапан В, устройство дистанционной передачи сигнала давления С, обратный клапан, ручной запорный клапан Е и смеситель природного газа/воздуха для горения; Все Выпускной трубопровод состоит из выпускного основного трубопровода, выпускного отвода 1, вентиляционного отвода 2, вентиляционного отвода 3, вентиляционного отвода 4 и вентиляционного отвода 5. На первой части газоотводного ответвления установлен предохранительный клапан. ; основной газоотводный трубопровод соединен с последним газопроводом перед пневматическим запорным клапаном А через газоотводный отводной трубопровод 2, а на втором газоотводном отводном трубопроводе установлен ручной запорный клапан Н; трубопровод вентиляционного патрубка проходит через вентиляционный патрубок. Трубопровод 3 соединен с задним газопроводом после пневматического запорного клапана А, и на третьем патрубке установлен автоматический выпускной клапан; Ручной запорный клапан I; газоотводный магистральный трубопровод соединен с газопроводом перед обратным клапаном через газоотводный патрубок 5, а на газоотводном патрубке 5 установлен ручной запорный клапан J. The closest in technical essence is the SYSTEM FOR AUTOMATIC ADJUSTMENT OF NATURAL GAS PIPELINE IN FRONT OF FURNACE AND THE METHOD OF ITS OPERATION [CN114110429A, published 01.03.2022], comprising a gas pipeline, a filter bypass pipeline and an outlet pipeline; the natural gas pipeline consists of a natural gas pipeline in the front part and a natural gas pipeline in the rear part, wherein the natural gas pipeline in the front part is arranged in series along the flow direction of the natural gas. A manual shut-off valve A and a natural gas filter A are provided; a natural gas filter B is located on the filter bypass pipeline, and the natural gas filter B is connected in parallel with the natural gas filter A through the filter bypass pipeline; A manual shut-off valve B is installed in the upper part, and a manual shut-off valve D is installed on the front natural gas pipeline downstream of the natural gas filter A; manual shut-off valve F is installed on the filter bypass pipe before the natural gas filter B, and the filter bypass pipe after the natural gas filter gas B is installed. A manual shut-off valve G is installed at the upper part; an automatic pressure regulating valve is installed between the natural gas pipeline at the front part and the natural gas pipeline at the rear part; a remote gas transmission device A for a pressure signal, a remote transmission device for a flow rate signal and a temperature signal are arranged in series along the flow direction of the natural gas on the natural gas pipeline at the rear part. The remote transmission device, the pneumatic shut-off valve A, the remote transmission device for a pressure signal B, the electric flow regulating valve, the pneumatic shut-off valve B, the remote transmission device for a pressure signal C, a check valve, a manual shut-off valve E and a natural gas/combustion air mixer; The entire exhaust pipeline consists of an exhaust main pipeline, an exhaust branch 1, a vent branch 2, a vent branch 3, a vent branch 4 and a vent branch 5. A safety valve is installed on the first part of the gas exhaust branch. ; the main gas outlet pipeline is connected to the last gas pipeline before the pneumatic shut-off valve A through the gas outlet branch pipeline 2, and a manual shut-off valve H is installed on the second gas outlet branch pipeline; the ventilation branch pipe pipeline passes through the ventilation branch pipe. Pipeline 3 is connected to the rear gas pipeline after the pneumatic shut-off valve A, and an automatic vent valve is installed on the third branch pipe; Manual shut-off valve I; the gas outlet main pipeline is connected to the gas pipeline before the check valve through the gas outlet branch pipe 5, and a manual shut-off valve J is installed on the gas outlet branch pipe 5.

При этом Способ работы системы автоматической регулировки трубопровода природного газа перед печью включает: In this case, the method of operation of the automatic adjustment system of the natural gas pipeline in front of the furnace includes:

1) Нормальное рабочее состояние: 1) Normal working condition:

После того, как газ в трубопроводе природного газа сначала заменяется инертным газом, природный газ поступает со входного конца трубопровода природного газа, и его давление превышает давление, необходимое на выходном конце; Автоматический клапан регулирования давления, пневматический запорный клапан А, электрический клапан регулирования расхода, пневматический запорный клапан В и ручной запорный клапан Е открыты, а остальные клапаны закрыты; регулируют автоматический клапан регулирования давления и электрический клапан регулирования расхода таким образом, чтобы значение расхода и значение давления были близки к целевому значению, а затем переключают систему в автоматический режим; Ц,елевое значение сравнивается и оценивается для реализации автоматической регулировки блокировки степени открытия и закрытия запорной арматуры; After the gas in the natural gas pipeline is first replaced by inert gas, the natural gas flows from the inlet end of the natural gas pipeline, and its pressure exceeds the pressure required at the outlet end; the automatic pressure regulating valve, the pneumatic shut-off valve A, the electric flow regulating valve, the pneumatic shut-off valve B and the manual shut-off valve E are opened, and the other valves are closed; adjust the automatic pressure regulating valve and the electric flow regulating valve so that the flow value and the pressure value are close to the target value, and then switch the system to the automatic mode; the target value is compared and is evaluated for the implementation of automatic adjustment of the locking degree of opening and closing of shut-off valves;

2) Статус обслуживания фильтра: 2) Filter service status:

При необходимости ремонта фильтра природного газа А закрывают ручной запорный клапан Р, одновременно открывают ручной запорный клапан F и ручной запорный клапан G, а затем закрывают ручной запорный клапан. В и ручной запорный клапан D, чтобы подсоединить перепускной трубопровод фильтра, открывают ручной запорный клапан клапан С для сброса давления и дренажа. Когда манометр В показывает нормальное давление, ремонтируют, чистят или заменяют фильтр природного газа А; после чего закрывают ручной запорный клапан С, открывают ручной запорный клапан В и ручной запорный клапан в последовательности D. Закрывают ручной запорный клапан F и ручной запорный клапан G и возвращают систему к нормальному рабочему состоянию; When it is necessary to repair the natural gas filter A, close the manual shut-off valve P, open the manual shut-off valve F and the manual shut-off valve G at the same time, and then close the manual shut-off valve B and the manual shut-off valve D to connect the filter bypass pipe, open the manual shut-off valve C to release the pressure and drain. When the pressure gauge B shows normal pressure, repair, clean or replace the natural gas filter A; then close the manual shut-off valve C, open the manual shut-off valve B and the manual shut-off valve D in sequence. Close the manual shut-off valve F and the manual shut-off valve G, and return the system to the normal working state;

3) Статус сбоя питания: 3) Power failure status:

При сбое электропитания пневматический запорный клапан А и пневматический запорный клапан В автоматически закрываются и не будет вновь открыты до тех пор, пока электропитание не будет восстановлено; When the power supply fails, the pneumatic shut-off valve A and the pneumatic shut-off valve B will automatically close and will not open again until the power supply is restored;

4) Аномальное состояние давления: 4) Abnormal pressure condition:

Когда давление на входном конце трубопровода природного газа превышает установленное значение, предохранительный клапан автоматически открывается для защиты от сброса давления; в то же время центральная система управления отображает сигнал тревоги об аномальном давлении, и вручную осуществляется выбор, открывать ли автоматический выпускной клапан для выпуска; если входной конец трубопровода природного газа, когда давление ниже заданного значения, пневматический запорный клапан А и пневматический запорный клапан В автоматически закрываются, а обратный поток смеси газа, содержащей воздух, предотвращается через обратный клапан; When the pressure at the inlet end of the natural gas pipeline exceeds the set value, the safety valve automatically opens to protect against pressure release; at the same time, the central control system displays the abnormal pressure alarm, and manually selects whether to open the automatic discharge valve to discharge; if the inlet end of the natural gas pipeline, when the pressure is lower than the set value, the pneumatic shut-off valve A and the pneumatic shut-off valve B are automatically closed, and the backflow of the gas mixture containing air is prevented through the check valve;

5)Долгосрочное прекращение работы: 5) Long-term cessation of work:

Если производство остановлено на длительное время, сначала закрывают ручной запорный клапан А на газопроводе, а затем открывают ручной запорный клапан Н, ручной запорный клапан I и ручной запорный клапан J для поэтапного выпуска остаточного природного газа из газопровода. If the production is stopped for a long time, first close the manual shut-off valve A on the gas pipeline, and then open the manual shut-off valve H, manual shut-off valve I and manual shut-off valve J to gradually release the residual natural gas from the gas pipeline.

Недостатком прототипа является то, что в нем отсутствует возможность автоматического управления системой в режиме реального времени в целях подачи заданной калорийности газового топлива потребителю при одновременной минимизации вредных выбросов (СО, NO, СО2, N02), содержащихся в продуктах горения. Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа и создание системы, позволяющей учитывать индивидуальные характеристики газа, поступающего от внешнего источника, а также минимизирующей на 5% в автоматическом режиме расход такого газа, при этом одновременно поддерживающей калорийность газового топлива, поступающего на газогорелочное оборудование потребителя, на заданном уровне минимизирующей объем вредных выбросов, содержащихся в продуктах горения такого газового топлива. The disadvantage of the prototype is that it does not have the ability to automatically control the system in real time in order to supply a given calorific value of gas fuel to the consumer while simultaneously minimizing harmful emissions (CO, NO, CO2, N02) contained in combustion products. The objective of the invention is to eliminate the shortcomings of the prototype and create a system that allows taking into account the individual characteristics of gas supplied from an external source, as well as minimizing the consumption of such gas by 5% in automatic mode, while simultaneously maintaining the calorific value of the gas fuel supplied to the consumer's gas burner equipment at a given level, minimizing the volume of harmful emissions contained in the combustion products of such gas fuel.

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение возможности автоматического управления системой в режиме реального времени в целях подачи газового топлива заданной калорийности на газогорелочное оборудование потребителя при одновременной минимизации вредных выбросов (СО, NO, СО2, N02), содержащихся в продуктах горения. The technical result of the present invention is to provide the ability to automatically control the system in real time for the purpose of supplying gas fuel of a given calorific value to the consumer's gas burner equipment while simultaneously minimizing harmful emissions (CO, NO, CO2, N02) contained in combustion products.

Указанный технический результат достигается за счет того, что модульная система подготовки и распределения газов, содержащая модуль газораспределения, модуль анализа газов, модуль управления, модуль газосмешения, трубопровод отбора проб газа, трубопровод отбора газового топлива и трубопровод отбора проб окислителя, магистраль подачи газа в модуль газораспределения, магистраль подачи газа из модуля газораспределения в модуль газосмешения, магистраль подачи окислителя в модуль газосмешения, магистраль подачи газового топлива на газогорелочное оборудование потребителя, магистраль отвода продуктов горения и кабели передачи данных, при этом модули газораспределения и газосмешения содержат запорную арматуру, отличающаяся тем, что содержит трубопровод, соединяющий магистраль отвода продуктов горения и модуль анализа газов, выполненный с возможностью отбора проб продуктов горения, модуль анализа газов содержит измерительную аппаратуру, а модуль управления, соединен с модулем газораспределения, модулем анализа газов и модулем газосмешения с помощью кабелей передачи данных и содержит средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры модулей газораспределения и газосмешения, средства взаимодействия с запорной арматурой модуля газораспределения и модуля газосмешения и средства взаимодействия с измерительной аппаратурой модуля анализа газов, а модуль газосмешения содержит эжекторы и запорную арматуру, выполненные с возможностью управления от внешнего источника. В частности, модуль анализа газов содержит измерительную аппаратуру такую как калориметры, газоанализаторы и газовые хроматографы, выполненные с возможностью управления от внешнего источника. The specified technical result is achieved due to the fact that the modular gas preparation and distribution system, comprising a gas distribution module, a gas analysis module, a control module, a gas mixing module, a gas sampling pipeline, a gas fuel sampling pipeline and an oxidizer sampling pipeline, a gas supply line to the gas distribution module, a gas supply line from the gas distribution module to the gas mixing module, an oxidizer supply line to the gas mixing module, a gas fuel supply line to the consumer's gas burner equipment, a combustion product removal line and data transmission cables, wherein the gas distribution and gas mixing modules contain shut-off valves, characterized in that it contains a pipeline connecting the combustion product removal line and the gas analysis module, configured to take combustion product samples, the gas analysis module contains measuring equipment, and the control module is connected to the gas distribution module, the gas analysis module and the gas mixing module by means of data transmission cables and contains means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves of the gas distribution modules and gas mixing, means for interaction with the shut-off valves of the gas distribution module and the gas mixing module, and means for interaction with the measuring equipment of the gas analysis module, and the gas mixing module contains ejectors and shut-off valves designed with the possibility of control from an external source. In particular, the gas analysis module contains measuring equipment such as calorimeters, gas analyzers and gas chromatographs, designed with the ability to be controlled from an external source.

В частности, модуль управления содержит блок концевых выключателей и блок автоматизированной системы управления, представляющий собой программно - аппаратный комплекс. In particular, the control module contains a limit switch unit and an automated control system unit, which is a software and hardware complex.

В частности, блок концевых выключателей содержит панели управления, выключатели и реле. In particular, the limit switch block contains control panels, switches and relays.

Краткое описание чертежей. Brief description of the drawings.

Фиг. 1 - Функциональная схема МСПРГ. Fig. 1 - Functional diagram of the MSPRG.

Фиг. 2 - Функциональная схема модуля управления МСПРГ. Fig. 2 - Functional diagram of the MSPRG control module.

Фиг.З - Блок-схема способа автоматического управления работой МСПРГ. Fig.3 - Block diagram of the method for automatic control of the operation of the MSPR.

На фигурах обозначено: 1 - модуль газораспределения, 2 - модуль анализа газов, 3 - модуль управления, 4 - модуль газосмешения, 5 - магистрали, 6 - трубопроводы, 7 - кабели передачи данных, 8 - запорную арматуру, 9 - газогорелочное оборудование потребителя, 10 - блок концевых выключателей, 11 - блок автоматизированной системы управления, 12 - панели ручного управления, 13 - реле, 14 - выключатели, 15 - средства взаимодействия с измерительной аппаратурой, 16 - средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для оптимизации калорийности газового топлива, 17 - средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для минимизации содержания вредных выбросов в продуктах горения, 18 - средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры в модулях газораспределения и газосмешения для обеспечения соотношения окислителя и газа в газовом топливе в соотношениях, соответствующих требованиям безопасности, 19 - средства взаимодействия с запорной арматурой. The following are indicated on the figures: 1 - gas distribution module, 2 - gas analysis module, 3 - control module, 4 - gas mixing module, 5 - main lines, 6 - pipelines, 7 - data transmission cables, 8 - shut-off valves, 9 - consumer gas burner equipment, 10 - limit switch unit, 11 - automated control system unit, 12 - manual control panels, 13 - relays, 14 - switches, 15 - means of interaction with measuring equipment, 16 - means of automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves to optimize the calorific value of gas fuel, 17 - means of automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves to minimize the content of harmful emissions in combustion products, 18 - means of automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution and gas mixing modules to ensure the ratio of oxidizer and gas in the gas fuel in ratios that meet safety requirements, 19 - means of interaction with the shut-off reinforcement.

Под степенью открытия запорной арматуры здесь и далее понимается величина, определяющая объем газовой смеси (газ/окислитель/газовое топливо) проходящей через запорную арматуру в единицу времени. Here and below, the degree of opening of a shut-off valve is understood to be a value that determines the volume of a gas mixture (gas/oxidizer/gas fuel) passing through the shut-off valve per unit of time.

Осуществление изобретения. Implementation of the invention.

Модульная система подготовки и распределения газов (далее - МСПРГ) (Фиг.1) содержит модуль газораспределения 1, модуль анализа газов 2, модуль управления 3, модуль газосмешения 4, магистрали 5, трубопроводы 6 и кабели передачи данных 7. Модуль газораспределения 1, выполненный с возможностью обеспечения понижения давления газовой смеси от уровня давления газа в магистрали 5 до уровня давления газа требуемого потребителю, включает типовое оборудование для газораспределительных устройств (ГРУ), газораспределительных подстанций (ГРП) или газораспределительных станций (ГРС), а именно фильтры, предохранительные запорные клапаны, регуляторы давления газа, предохранительные сбросные клапаны, контрольноизмерительные приборы, приборы учета расхода газа, запорную арматуру 8, а также устройство обводного газопровода, представляющее собой два отключающих устройства и продувочный трубопровод между ними, при этом запорная арматура 8 выполнена с возможностью управления и изменения степени открытия по сигналу от модуля управления 3. The modular gas preparation and distribution system (hereinafter referred to as the MSPGD) (Fig. 1) contains a gas distribution module 1, a gas analysis module 2, a control module 3, a gas mixing module 4, main lines 5, pipelines 6 and data transmission cables 7. The gas distribution module 1, designed with the possibility of providing a decrease in the pressure of the gas mixture from the level of gas pressure in the main line 5 to the level of gas pressure required by the consumer, includes standard equipment for gas distribution devices (GDU), gas distribution substations (GDS) or gas distribution stations (GDS), namely filters, safety shut-off valves, gas pressure regulators, safety relief valves, control and measuring devices, gas flow meters, shut-off valves 8, as well as a bypass gas pipeline device, which is two shut-off devices and a purge pipeline between them, wherein the shut-off valve 8 is designed with the possibility of controlling and changing the degree of opening according to a signal from the control module 3.

Модуль газосмешения 4, выполненный с возможностью смешения газа и окислителя с образованием газового топлива, включает эжекторы, количество которых определяется расчетным методом в зависимости от расхода газа газогорелочным оборудованием потребителя 9 и запорную арматуру 8, выполненную с возможностью регулирования подачи газа и окислителя к эжекторам, при этом запорная арматура 8 выполнена с возможностью управления и изменения степени открытия по сигналу от модуля управления 3. The gas mixing module 4, designed with the possibility of mixing gas and oxidizer with the formation of gas fuel, includes ejectors, the number of which is determined by a calculation method depending on the gas consumption of the consumer's gas burner equipment 9, and shut-off valves 8, designed with the possibility of regulating the supply of gas and oxidizer to the ejectors, wherein the shut-off valves 8 are designed with the possibility of controlling and changing the degree of opening according to a signal from the control module 3.

Модуль анализа газов 2, выполненный с возможностью определения в режиме реального времени калорийности и состава газа и газового топлива, а также состава окислителя, и продуктов горения, включающий измерительные приборы такие как калориметры, газоанализаторы и газовые хроматографы, выполненные с возможностью получения от модуля управления 3 сигналов задающих временные интервалы для проведения измерений и передачи результатов измерений в модуль управления 3. Gas analysis module 2, designed with the ability to determine in real time the calorific value and composition of gas and gas fuel, as well as the composition of the oxidizer and combustion products, including measuring devices such as calorimeters, gas analyzers and gas chromatographs, designed with the ability to receive signals from control module 3 specifying time intervals for taking measurements and transmitting measurement results to control module 3.

Модуль управления 3 (Фиг. 2), включает блок концевых выключателей 10, выполненных с возможностью обеспечения ручного управления МСПРГ, содержащий панели управления 12, реле 13 и выключатели 14, а также блок автоматизированной системы управления 11, содержащий программно-аппаратный комплекс (на фигурах не показан), содержащий средства взаимодействия с измерительной аппаратурой 15, средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для оптимизации калорийности газового топлива 16, средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для минимизации содержания вредных выбросов в продуктах горения 17, средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры в модулях газораспределения и газосмешения для обеспечения соотношения окислителя и газа в газовом топливе в соотношениях, соответствующих требованиям безопасности 18, и средства взаимодействия с запорной арматурой 19, выполненной с возможностью управления по сигналу от внешнего источника. При этом средства взаимодействия с измерительной аппаратурой 15, средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для оптимизации калорийности газового топлива 16, средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для минимизации содержания вредных выбросов в продуктах горения 17, средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры в модулях газораспределения и газосмешения для обеспечения соотношения окислителя и газа в газовом топливе в соотношениях, соответствующих требованиям безопасности 18, и средства взаимодействия с запорной арматурой 19 представляют собой программно-аппаратные средства, такие как специализированное программное обеспечение и электронно-вычислительные устройства (компьютеры), обеспечивающие функционирование такого специализированного программного обеспечения и коммутаторы, обеспечивающие прием и передачу данных между устройствами. The control module 3 (Fig. 2) includes a block of limit switches 10, designed to provide manual control of the MSPRH, containing control panels 12, relays 13 and switches 14, as well as a block of the automated control system 11, containing a software and hardware complex (not shown in the figures), containing means for interacting with measuring equipment 15, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to optimize the calorific value of gas fuel 16, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to minimize the content of harmful emissions in combustion products 17, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution and gas mixing modules to ensure the ratio of oxidizer and gas in gas fuel in ratios corresponding to safety requirements 18, and means for interaction with shut-off valves 19, designed with the possibility of control by a signal from an external source. In this case, the means for interaction with measuring equipment 15, the means for automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves for optimizing the calorific value of gas fuel 16, the means for automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves for minimizing the content of harmful emissions in combustion products 17, the means for automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution and gas mixing modules to ensure the ratio of the oxidizer and gas in the gas fuel in ratios corresponding to safety requirements 18, and the means for interaction with the shut-off valves 19 are software and hardware, such as specialized software and electronic computing devices (computers) that ensure the functioning of such specialized software and switches that ensure the reception and transmission of data between devices.

Модуль управления 3 соединен с модулем газораспределения 1, модулем анализа газов 2 и модулем газосмешения 4 с помощью кабелей передачи данных 7. The control module 3 is connected to the gas distribution module 1, the gas analysis module 2 and the gas mixing module 4 by means of data transmission cables 7.

Магистраль 5, выполненная с возможностью подачи газа от внешнего источника (на фигурах не показан), подключена к модулю газораспределения 1. The main line 5, designed with the possibility of supplying gas from an external source (not shown in the figures), is connected to the gas distribution module 1.

Модуль газораспределения 1 соединен с модулем газосмешения 4 с помощью магистрали 5, выполненной с возможностью подачи газа из модуля газораспределения 1 в модуль газосмешения 4. The gas distribution module 1 is connected to the gas mixing module 4 by means of a line 5, designed with the possibility of supplying gas from the gas distribution module 1 to the gas mixing module 4.

Модуль газосмешения 4 соединен с помощью магистрали 5, выполненной с возможностью подачи окислителя в модуль газосмешения, с внешним источником подачи окислителя (на фигурах не показан), при этом в качестве окислителя может использоваться воздух, либо кислород, либо доменный газ, а также с газогорелочным оборудованием потребителя 9 с помощью магистрали 5, выполненной с возможностью подачи газового топлива, образующегося в результате смешения газа и окислителя в модуле газосмешенияThe gas mixing module 4 is connected by means of a pipeline 5, designed with the possibility of feeding an oxidizer to the gas mixing module, to an external source of oxidizer supply (not shown in the figures), wherein air, or oxygen, or blast furnace gas can be used as an oxidizer, and also to the consumer's gas burner equipment 9 by means of a pipeline 5, designed with the possibility of feeding gas fuel formed as a result of mixing gas and oxidizer in the gas mixing module.

4, на газогорелочное оборудование потребителя. 4, on the consumer's gas burner equipment.

Кроме того, газогорелочное оборудование потребителя 9 соединено с магистральюIn addition, the consumer's gas burner equipment 9 is connected to the main line.

5, выполненной с возможностью отвода от газогорелочного оборудования потребителя 9 продуктов горения. 5, designed with the possibility of removing combustion products from the consumer’s gas burner equipment 9.

Модуль анализа газов 2 соединен с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб газа, с магистралью 5, соединяющей модуль газораспределения 1 и модуль газосмешения 4, с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб газового топлива, с магистралью 5, соединяющей модуль газосмешения 4 и газогорелочное оборудование потребителя 9, с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб окислителя, с магистралью 5, соединяющей модуль газосмешения 4 с внешним источником подачи окислителя (на фигурах не показан), а также с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб продуктов горения, с магистралью 5, выполненной с возможностью отвода от газогорелочного оборудования потребителя 9 продуктов горения. The gas analysis module 2 is connected by means of a pipeline 6, designed with the possibility of taking gas samples, to the main line 5, connecting the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4, by means of a pipeline 6, designed with the possibility of sampling of gas fuel, with main line 5 connecting gas mixing module 4 and consumer gas burner equipment 9, using pipeline 6, configured to take samples of oxidizer, with main line 5 connecting gas mixing module 4 with an external source of oxidizer supply (not shown in the figures), and also using pipeline 6, configured to take samples of combustion products, with main line 5, configured to remove combustion products from consumer gas burner equipment 9.

Применение в составе МСПРГ модуля анализа газов 2, содержащего измерительную аппаратуру, такую как калориметры, газоанализаторы и газовые хроматографы, выполненные с возможностью получения от модуля управления 3 сигналов задающих временные интервалы для проведения измерений и передачи результатов измерений в модуль управления 3, позволяет осуществлять в режиме реального времени весь комплекс анализов, необходимых для определения калорийности газа и газового топлива, а также концентрации 02 в газе и окислителе, для оценки соответствия газового топлива требованиям безопасности, а также содержания в продуктах горения вредных выбросов, таких как СО, NO, С02, N02, а также передавать результаты таких анализов в модуль управления 3 в целях автоматического управления МСПРГ. The use of a gas analysis module 2 in the MSPRGS, which contains measuring equipment such as calorimeters, gas analyzers and gas chromatographs, designed with the possibility of receiving signals from the control module 3 specifying time intervals for carrying out measurements and transmitting the measurement results to the control module 3, makes it possible to carry out in real time the entire range of analyses necessary for determining the calorific value of gas and gas fuel, as well as the concentration of O2 in the gas and oxidizer, for assessing the compliance of gas fuel with safety requirements, as well as the content of harmful emissions in combustion products such as CO, NO, CO2, N02, and also transmitting the results of such analyses to the control module 3 for the purpose of automatic control of the MSPRGS.

Соединение модуля управления 3, с модулем газораспределения 1, модулем анализа газов 2 и модулем газосмешения 4 с помощью кабелей передачи данных 7 обеспечивает возможность передачи команд управления от модуля управления 3 к модулю газораспределения 1 , модулю анализа газов 2 и модулю газосмешения 4, а также получение результатов анализа от измерительной аппаратуры модуля анализа газов 2, в целях обработки таких результатов анализа и выработки команд управления. The connection of the control module 3 with the gas distribution module 1, the gas analysis module 2 and the gas mixing module 4 by means of data transmission cables 7 provides the possibility of transmitting control commands from the control module 3 to the gas distribution module 1, the gas analysis module 2 and the gas mixing module 4, as well as receiving the analysis results from the measuring equipment of the gas analysis module 2, for the purpose of processing such analysis results and generating control commands.

Применение в составе МСПРГ трубопровода 6 выполненного с возможностью отбора проб продуктов горения, позволяет осуществлять в режиме реального времени отбор проб продуктов горения из магистрали 5, выполненной с возможностью отвода от газогорелочного оборудования потребителя 9 продуктов горения, а также оперативную доставку таких проб в модуль анализа газов 2 и осуществление анализа таких проб на предмет содержания в них вредных выбросов, таких как СО, NO, С02, N02 и учета результатов такого анализа при расчете степени открытия запорной арматуры 8 модуля газораспределения 1 и модуля газосмешения 4 в целях оптимизации калорийности газового топлива при одновременной минимизации содержания вредных выбросов в продуктах горения. Применение в составе модуля управления 3 средств автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для минимизации содержания вредных выбросов в продуктах горения 17, позволяет на основании данных о калорийности и составе газа и газового топлива, а также составе окислителя и продуктов горения, получаемых в режиме реального времени от модуля анализа газов 2, также в режиме реального времени, рассчитывать оптимальную степень открытия запорной арматуры 8 модулей газораспределения 1 и газосмешения 4, позволяющей оптимизировать калорийность газового топлива с целью его экономии и одновременно минимизировать содержание вредных выбросов в продуктах горения. The use of a pipeline 6 in the MSPRG, designed with the possibility of sampling combustion products, allows for the real-time sampling of combustion products from the main line 5, designed with the possibility of removing combustion products from the consumer's gas burner equipment 9, as well as the prompt delivery of such samples to the gas analysis module 2 and the analysis of such samples for the content of harmful emissions in them, such as CO, NO, CO2, N02, and taking into account the results of such analysis when calculating the degree of opening of the shut-off valve 8 of the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 in order to optimize the calorific value of the gas fuel while simultaneously minimizing the content of harmful emissions in the combustion products. The use of means for automatic calculation of the degree of opening of shut-off valves in the control module 3 for minimizing the content of harmful emissions in combustion products 17, allows, on the basis of data on the calorific value and composition of gas and gas fuel, as well as the composition of the oxidizer and combustion products, obtained in real time from the gas analysis module 2, also in real time, to calculate the optimal degree of opening of shut-off valves 8 of the gas distribution modules 1 and gas mixing modules 4, which allows optimizing the calorific value of gas fuel for the purpose of saving it and simultaneously minimizing the content of harmful emissions in combustion products.

В целях проведения испытаний был на одном из промышленных предприятий смонтирован опытный образец МСПРГ, содержащий модуль газораспределения 1, модуль анализа газов 2, модуль управления 3, модуль газосмешения 4, магистрали 5, трубопроводы 6 и кабели передачи данных 7. For the purpose of testing, a prototype of the MSPRG was installed at one of the industrial enterprises, containing a gas distribution module 1, a gas analysis module 2, a control module 3, a gas mixing module 4, main lines 5, pipelines 6 and data transmission cables 7.

Модуль газораспределения 1, был выполнен с возможностью обеспечения понижения давления газовой смеси, поступающей от внешнего источника, которым являлось месторождение газа, от уровня давления газа в магистрали до уровня давления газа требуемого потребителю и включал типовое оборудование для газораспределительных устройств (ГРУ), газораспределительных подстанций (ГРП) или газораспределительных станций (ГРС), а именно фильтры, предохранительные запорные клапаны, регуляторы давления газа, предохранительные сбросные клапаны, контрольно-измерительные приборы, приборы учета расхода газа, запорную арматуру 8, а также устройство обводного газопровода, представляющее собой два отключающих устройства и продувочный трубопровод между ними, при этом запорная арматура 8 была выполнена с возможностью управления по сигналу от модуля управления 3. The gas distribution module 1 was designed with the ability to provide a reduction in the pressure of the gas mixture coming from an external source, which was a gas field, from the gas pressure level in the main line to the gas pressure level required by the consumer and included standard equipment for gas distribution devices (GDU), gas distribution substations (GDS) or gas distribution stations (GDS), namely filters, safety shut-off valves, gas pressure regulators, safety relief valves, control and measuring devices, gas flow meters, shut-off valves 8, as well as a bypass gas pipeline device, which is two shut-off devices and a blow-off pipeline between them, wherein the shut-off valve 8 was designed with the ability to be controlled by a signal from the control module 3.

Модуль газосмешения 4, был выполнен с возможностью смешения газа и окислителя, и включал эжекторы, количество которых позволяло обеспечить смешение газа и окислителя в объемах требуемых для обеспечения необходимого расхода газа газогорелочным оборудованием потребителя 9 и запорную арматуру 8, выполненную с возможностью регулирования подачи газа и окислителя к эжекторам, при этом запорная арматура 8 была выполнена с возможностью управления по сигналу от модуля управления 3. The gas mixing module 4 was designed with the ability to mix gas and oxidizer, and included ejectors, the number of which made it possible to ensure the mixing of gas and oxidizer in the volumes required to ensure the necessary gas flow rate by the consumer's gas burner equipment 9, and shut-off valves 8 designed with the ability to regulate the supply of gas and oxidizer to the ejectors, while shut-off valves 8 were designed with the ability to be controlled by a signal from the control module 3.

Модуль анализа газов 2, был выполнен с возможностью определения в режиме реального времени калорийности и состава газа и газового топлива, а также состава окислителя, и продуктов горения, и включал измерительные приборы такие как калориметры, газоанализаторы и газовые хроматографы, выполненные с возможностью получения от модуля управления 3 сигналов задающих временные интервалы для проведения измерений и передачи результатов измерений в модуль управления 3. Gas analysis module 2 was designed with the ability to determine in real time the calorific value and composition of gas and gas fuel, as well as the composition oxidizer and combustion products, and included measuring instruments such as calorimeters, gas analyzers and gas chromatographs, designed with the ability to receive signals from control module 3 setting time intervals for taking measurements and transmitting measurement results to control module 3.

Модуль управления 3 (Фиг. 2), включал блок концевых выключателей 10, выполненных с возможностью обеспечения ручного управления опытным образцом МСПРГ, и содержал панели управления 12, реле 13 и выключатели 14, а также блок автоматизированной системы управления 10, который содержал программно-аппаратный комплекс (на фигурах не показан), включающий средства взаимодействия с измерительной аппаратурой 15, средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для оптимизации калорийности газового топлива 16, средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для минимизации содержания вредных выбросов в продуктах горения 17, средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры в модулях газораспределения и газосмешения для обеспечения соотношения окислителя и газа в газовом топливе в соотношениях, соответствующих требованиям безопасности 18 и средства взаимодействия с запорной арматурой 19. The control module 3 (Fig. 2) included a block of limit switches 10, designed to provide manual control of the prototype of the MSPRG, and contained control panels 12, relays 13 and switches 14, as well as a block of the automated control system 10, which contained a software and hardware complex (not shown in the figures), including means for interacting with measuring equipment 15, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to optimize the calorific value of the gas fuel 16, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to minimize the content of harmful emissions in combustion products 17, means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution and gas mixing modules to ensure the ratio of the oxidizer and gas in the gas fuel in ratios corresponding to safety requirements 18 and means for interacting with the shut-off valves 19.

Кроме того, опытный образец МСПРГ содержал магистраль 5, выполненную с возможностью подачи газа от внешнего источника (на фигурах не показан), подключённую к модулю газораспределения 1. При этом модуль газораспределения 1 соединен с модулем газосмешения 4 с помощью магистрали 5, выполненной с возможностью подачи газа от модуля газораспределения 1 к модулю газосмешения 4, и с модулем управления 3 с помощью кабелей передачи данных?. In addition, the prototype of the MSPRG contained a line 5, designed with the possibility of supplying gas from an external source (not shown in the figures), connected to the gas distribution module 1. In this case, the gas distribution module 1 is connected to the gas mixing module 4 by means of a line 5, designed with the possibility of supplying gas from the gas distribution module 1 to the gas mixing module 4, and to the control module 3 by means of data transmission cables?.

Кроме того, опытный образец МСПРГ содержал модуль газосмешения 4, который был соединен с газогорелочным оборудованием потребителя 9 с помощью магистрали 5, с модулем управления 3 с помощью кабелей передачи данных 7, а также с внешним источником подачи окислителя (на фигурах не показан) с помощью магистрали 6. Кроме того газогорелочное оборудование потребителя 9 соединено с магистралью 6, выполненной с возможностью отвода от газогорелочного оборудования потребителя 9 продуктов горения. In addition, the prototype of the MSPRG contained a gas mixing module 4, which was connected to the consumer gas burner equipment 9 using a line 5, to the control module 3 using data transmission cables 7, and also to an external oxidizer supply source (not shown in the figures) using a line 6. In addition, the consumer gas burner equipment 9 is connected to a line 6, designed with the possibility of removing combustion products from the consumer gas burner equipment 9.

Кроме того, опытный образец МСПРГ содержал модуль анализа газов 2, который был соединен с модулем управления 3 с помощью кабелей передачи данных 7, а также с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб газа, с магистралью 5, соединяющей модуль газораспределения 1 и модуль газосмешения 4, с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб газового топлива, с магистралью 5, соединяющей модуль газосмешения 4 и газогорелочное оборудование потребителя 9, с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб окислителя, с магистралью 5, соединяющей модуль газосмешения 4 с внешним источником подачи окислителя (на фигурах не показан), а также с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб продуктов горения, с магистралью 5, выполненной с возможностью отвода от газогорелочного оборудования потребителя 9 продуктов горения. In addition, the prototype of the MSPRG contained a gas analysis module 2, which was connected to the control module 3 using data transmission cables 7, as well as using a pipeline 6, designed with the possibility of taking gas samples, with a main line 5 connecting the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4, using a pipeline 6, designed with the possibility of taking gas fuel samples, with a main line 5 connecting the gas mixing module 4 and the gas burner equipment. consumer 9, with the help of pipeline 6, designed with the possibility of taking samples of the oxidizer, with main line 5, connecting gas mixing module 4 with an external source of oxidizer supply (not shown in the figures), and also with the help of pipeline 6, designed with the possibility of taking samples of combustion products, with main line 5, designed with the possibility of removing combustion products from the gas burner equipment of consumer 9.

МСПРГ используют следующим образом. The MSPRG is used as follows.

После монтажа МСПРГ на объекте осуществляют включение и настройку МСПРГ в ручном режиме с определением начальных параметров системы и ввода таких параметров в блок автоматизированной системы управления модуля управления 3. После чего в МСПРГ от внешнего источника газа, например газового месторождения, подают газ, а от внешнего источника окислителя, например накопителя, подают окислитель. После чего, в блок автоматизированной системы управления вводят данные о требуемой калорийности газового топлива, а также размер временного интервала между проверками соответствия фактического значения калорийности газового топлива заданному значению, начинают осуществлять смещение газа и окислителя до состояния газового топлива, подавать газовое топливо на газогорелочное оборудование потребителя и инициируют цикл проверки соответствия калорийности газового топлива заданному значению. После чего осуществляют действия в рамках цикла проверки соответствия калорийности газового топлива требуемому значению по завершению которых осуществляют проверку поступления сигнала о необходимости прерывания повторения цикла проверки соответствия калорийности газового топлива требуемому значению. После чего, в случае если сигнал о необходимости прерывания повторения цикла проверки соответствия калорийности газового топлива требуемому значению поступил, осуществляют проверку поступления сигнала о необходимости выключения МСПРГ. После чего, в случае если сигнал о необходимости выключения МСПРГ поступил, прекращают подачу газа и окислителя в систему и осуществляют выключение МСПРГ. After the installation of the MSPG at the facility, the MSPG is switched on and configured in manual mode with the determination of the initial parameters of the system and the input of such parameters into the automated control system unit of control module 3. After which gas is supplied to the MSPG from an external gas source, for example, a gas field, and the oxidizer is supplied from an external oxidizer source, for example, a storage tank. After which, data on the required calorific value of the gas fuel, as well as the size of the time interval between checks of the actual value of the calorific value of the gas fuel compliance with the specified value, are entered into the automated control system unit, the gas and oxidizer are shifted to the state of the gas fuel, the gas fuel is supplied to the consumer's gas burner equipment and the cycle of checking the compliance of the calorific value of the gas fuel with the specified value is initiated. After which actions are performed within the cycle of checking the compliance of the calorific value of the gas fuel with the required value, upon completion of which a check is performed for the receipt of a signal on the need to interrupt the repetition of the cycle of checking the compliance of the calorific value of the gas fuel with the required value. After that, if a signal about the need to interrupt the repetition of the cycle of checking the compliance of the calorific value of the gas fuel with the required value has been received, a check is carried out for the receipt of a signal about the need to turn off the MSPRG. After that, if a signal about the need to turn off the MSPRG has been received, the supply of gas and oxidizer to the system is stopped and the MSPRG is turned off.

При этом если сигнал о необходимости прерывания повторения цикла проверки соответствия калорийности газового топлива требуемому значению не поступил, осуществляют отсчет времени до завершения периода до следующей проверки оценки газового топлива на калорийность, после чего повторяют все действия после инициации цикла проверки соответствия калорийности газового топлива заданному значению. При этом если сигнал о необходимости выключения МСПРГ не поступил, прерывают действия в рамках цикла проверки соответствия калорийности газового топлива требуемому значению после чего повторяют все действия начиная с ввода в блок автоматизированной системы управления данных о требуемой калорийности газового топлива и о размере временного интервала между проверками соответствия фактического значения калорийности газового топлива заданному значению. In this case, if the signal about the need to interrupt the repetition of the cycle of checking the compliance of the calorific value of the gas fuel with the required value is not received, the time is counted down until the end of the period until the next check of the assessment of the gas fuel for calorific value, after which all actions are repeated after the initiation of the cycle of checking the compliance of the calorific value of the gas fuel with the specified value. In this case, if the signal about the need to turn off the MSPRG is not received, the actions within the cycle of checking the compliance of the calorific value of the gas fuel with the required value are interrupted, after which all actions are repeated starting with entering into the automated control system unit data on the required calorific value of the gas fuel and on the size of the time interval between checks of compliance of the actual value of the calorific value of the gas fuel with the specified value.

Кроме того, в рамках цикла проверки соответствия калорийности газового топлива осуществляют следующие действия: In addition, as part of the cycle of checking the compliance of the calorific value of gas fuel, the following actions are carried out:

С помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб газового топлива, осуществляют забор проб газового топлива после модуля газосмешения 4 и анализ таких проб на калорийность и оценку соответствия таких проб заданному ранее значению о требуемой калорийности газового топлива. После чего, в случае если фактическая калорийность газового топлива соответствует, заданному ранее значению о требуемой калорийности газового топлива, с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб газа, осуществляют отбор пробы газа до модуля газосмешения 4, анализ таких проб на предмет калорийности, концентрации в таких пробах 02, СО, С02, N0, N02. Одновременно с этим, осуществляют проверку подачи окислителя в модуль газосмешения 4 и, с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб окислителя, отбор пробы окислителя до модуля газосмешения 4 и анализ таких проб на предмет определения концентрации в таких пробах 02, СО, С02, N0, N02. Одновременно с этим, с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб продуктов горения, осуществляют отбор пробы продуктов горения из магистрали 5 после газогорелочного оборудования потребителя 9, анализ таких проб на предмет концентрации в таких пробах СО, С02, N0, N02. После чего, на основании результатов анализа, с помощью средств автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для оптимизации калорийности газового топлива 16 и средств автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для минимизации содержания вредных выбросов в продуктах горения 17, входящих в состав модуля управления 3 осуществляют расчет изменения степени открытия запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4, необходимых для снижения концентрации СО, С02, N0, N02 в продуктах горения при одновременном сохранении значения фактической калорийности газового топлива на уровне требуемой калорийности. После чего, в случае если рассчитанные степени открытия запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 отличаются от фактических значений, с помощью средств автоматического расчета степени открытия запорной арматуры в модулях газораспределения и газосмешения для обеспечения соотношения окислителя и газа в газовом топливе в соотношениях, соответствующих требованиям безопасности 18, входящих в состав модуля управления 3 прогнозируют состав газового топлива после приведения степени открытия запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 к расчетной степени открытия, и оценивают такой прогнозный состав газового топлива на соответствие требованиям безопасности, после чего, в случае если прогнозный состав газового топлива соответствует требованиям безопасности, с помощью средств взаимодействия с запорной арматурой 8, выполненной с возможностью управления по сигналу от внешнего источника, входящих в состав модуля управления 3, осуществляют регулировку запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 до приведения параметров степени открытия запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 до соответствия с рассчитанными параметрами и осуществляют дальнейшие действия по управлению МСПРГ. Using pipeline 6, configured to take gas fuel samples, samples of gas fuel are taken after gas mixing module 4, such samples are analyzed for calorific value, and such samples are assessed for compliance with the previously specified value of the required calorific value of gas fuel. After that, if the actual calorific value of gas fuel corresponds to the previously specified value of the required calorific value of gas fuel, using pipeline 6, configured to take gas samples, a gas sample is taken before gas mixing module 4, such samples are analyzed for calorific value, and the concentration of O2, CO, CO2, NO, N02 in such samples. At the same time, the oxidizer supply to gas mixing module 4 is checked and, using pipeline 6, configured to take oxidizer samples, an oxidizer sample is taken before gas mixing module 4 and such samples are analyzed for determining the concentration of O2, CO, CO2, NO, N02 in such samples. At the same time, using pipeline 6, designed with the possibility of sampling combustion products, a sample of combustion products is sampled from main line 5 after consumer gas burner equipment 9, and such samples are analyzed for the concentration of CO, CO2, NO, NO2 in such samples. After which, based on the results of the analysis, using means for automatically calculating the degree of opening of shut-off valves for optimizing the calorific value of gas fuel 16 and means for automatically calculating the degree of opening of shut-off valves for minimizing the content of harmful emissions in combustion products 17, which are part of control module 3, a change in the degree of opening of shut-off valves 8 in gas distribution module 1 and gas mixing module 4 is calculated, which are necessary for reducing the concentration of CO, CO2, NO, NO2 in combustion products while simultaneously maintaining the value of the actual calorific value of gas fuel at the level of the required calorific value. After that, if the calculated degrees of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 differ from the actual values, using automatic means calculating the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution and gas mixing modules to ensure the ratio of the oxidizer and gas in the gas fuel in ratios corresponding to the safety requirements 18, included in the control module 3, the composition of the gas fuel is predicted after bringing the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 to the calculated degree of opening, and such predicted composition of the gas fuel is assessed for compliance with the safety requirements, after which, if the predicted composition of the gas fuel meets the safety requirements, using the means of interaction with the shut-off valves 8, configured to be controlled by a signal from an external source, included in the control module 3, the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 are adjusted until the parameters of the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 are brought to compliance with the calculated parameters and further actions are performed to control the MSPRGS.

При этом в случае если прогнозный состав газового топлива не соответствует требованиям безопасности с помощью средств автоматического расчета степени открытия запорной арматуры в модулях газораспределения и газосмешения для обеспечения соотношения окислителя и газа в газовом топливе в соотношениях, соответствующих требованиям безопасности 18, входящих в состав модуля управления 3, средств автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для минимизации содержания вредных выбросов в продуктах горения 17, входящих в состав модуля управления 3 и средств автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для оптимизации калорийности газового топлива 16, входящих в состав модуля управления 3 осуществляют расчет параметров степени открытия запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 для обеспечения потока газа и потока окислителя соответствующих требованиям безопасности, при обеспечивающим максимально возможное снижение концентрации вредных выбросов в продуктах горения, при одновременном сохранении значения фактической калорийности газового топлива на уровне требуемой калорийности, после чего с помощью средств взаимодействия с запорной арматурой 8, выполненной с возможностью управления по сигналу от внешнего источника, входящих в состав модуля управления 3 осуществляют регулировку запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 до соответствия с такими рассчитанными параметрами и осуществляют дальнейшие действия по управлению МСПРГ. При этом, в случае если рассчитанная степень открытия запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 не отличаются от фактических значений степени открытия запорной арматуры 8 в данных модулях, завершают действия в рамках цикла проверки соответствия калорийности газового топлива заданному значению и осуществляют дальнейшие действия по управлению МСПРГ. In this case, if the predicted composition of the gas fuel does not meet the safety requirements, using the means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution and gas mixing modules to ensure the ratio of the oxidizer and gas in the gas fuel in ratios that meet the safety requirements 18, included in the control module 3, the means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to minimize the content of harmful emissions in the combustion products 17, included in the control module 3, and the means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves to optimize the calorific value of the gas fuel 16, included in the control module 3, calculate the parameters of the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 to ensure the gas flow and the oxidizer flow that meet the safety requirements, while ensuring the maximum possible reduction in the concentration of harmful emissions in the combustion products, while simultaneously maintaining the value of the actual calorific value of the gas fuel at the level of the required calorific value, after which, using the means for interaction with the shut-off valves 8, made with the possibility of control by a signal from an external source, included in the control module 3, adjust the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 until they correspond to such calculated parameters and carry out further actions to control the MSPRG. In this case, if the calculated degree of opening of the shut-off valve 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 does not differ from the actual values of the degree of opening of the shut-off valve 8 in these modules, the actions within the cycle of checking the conformity of the calorific value of the gas fuel to the specified value are completed and further actions are carried out to control the MSPG.

При этом, в случае если фактическая калорийность газового топлива не соответствует, заданному ранее значению о требуемой калорийности газового топлива, с помощью трубопровода 6, выполненного с возможностью отбора проб газа, осуществляют отбор пробы газа до модуля газосмешения, анализ такой пробы на калорийность и концентрацию в ней 02, одновременно с этим осуществляют проверку подачи окислителя в модуль газосмешения, и в случае подтверждения подачи окислителя, осуществляют отбор пробы окислителя до модуля газосмешения, анализ таких проб на предмет определения концентрации 02 в пробе окислителя, после чего, с помощью средств автоматического расчета степени открытия запорной арматуры для оптимизации калорийности газового топлива 16, входящих в состав модуля управления 3, осуществляют расчет изменения параметров степени открытия запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 для обеспечения потока газа и потока окислителя, необходимых для приведения значения фактической калорийности газового топлива к уровню требуемой калорийности и, с помощью средств автоматического расчета степени открытия запорной арматуры в модулях газораспределения и газосмешения для обеспечения соотношения окислителя и газа в газовом топливе в соотношениях, соответствующих требованиям безопасности 18, входящих в состав модуля управления 3, прогнозируют состав газового топлива после изменения параметров степени открытия запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 до рассчитанных параметров и оценивают такой прогнозный состав газового топлива на соответствие требованиям безопасности. После чего, в случае если прогнозный состав газового топлива соответствует требованиям безопасности, с помощью средств взаимодействия с запорной арматурой 8, выполненной с возможностью управления по сигналу от внешнего источника, входящих в состав модуля управления 3 осуществляют регулировку запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 до соответствия с такими рассчитанными параметрами и осуществляют дальнейшие действия по управлению МСПРГ. In this case, if the actual calorific value of the gas fuel does not correspond to the previously specified value of the required calorific value of the gas fuel, using the pipeline 6, designed with the possibility of taking gas samples, a gas sample is taken before the gas mixing module, such a sample is analyzed for calorific value and the concentration of 02 in it, simultaneously with this, the supply of oxidizer to the gas mixing module is checked, and in the event of confirmation of the supply of oxidizer, a sample of oxidizer is taken before the gas mixing module, such samples are analyzed to determine the concentration of 02 in the oxidizer sample, after which, using the means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves for optimizing the calorific value of gas fuel 16, which are part of the control module 3, the change in the parameters of the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 is calculated to ensure the gas flow and the oxidizer flow necessary to bring the value of the actual calorific value of the gas fuel to the level of the required calorific value and, using the means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves in the gas distribution modules and gas mixing to ensure the ratio of the oxidizer and gas in the gas fuel in ratios corresponding to safety requirements 18, included in the control module 3, predict the composition of the gas fuel after changing the parameters of the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 to the calculated parameters and evaluate such predicted composition of the gas fuel for compliance with the safety requirements. After that, if the predicted composition of the gas fuel meets the safety requirements, with the help of the means of interaction with the shut-off valves 8, made with the possibility of control by a signal from an external source, included in the control module 3, adjust the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 to match such calculated parameters and perform further actions to control the MSPRG.

При этом, в случае если фактическая калорийность газового топлива не соответствует, заданному ранее значению о требуемой калорийности газового топлива и если прогнозный состав газового топлива не соответствует требованиям безопасности, с помощью средств автоматического расчета степени открытия запорной арматуры в модулях газораспределения и газосмешения для обеспечения соотношения окислителя и газа в газовом топливе в соотношениях, соответствующих требованиям безопасности 18, входящих в состав модуля управления 3, осуществляют расчет параметров степени открытия запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 для обеспечения потока газа и потока окислителя соответствующих требованиям безопасности, при этом являющихся наиболее близкими для обеспечения потока газа и потока окислителя, необходимым для приведения значения фактической калорийности газового топлива к уровню требуемой калорийности газового топлива, после чего, с помощью средств взаимодействия с запорной арматурой 8, выполненной с возможностью управления по сигналу от внешнего источника, входящих в состав модуля управления 3, осуществляют регулировку запорной арматуры 8 в модуле газораспределения 1 и модуле газосмешения 4 до соответствия таким рассчитанным параметрам, после чего завершают действия в рамках цикла проверки соответствия калорийности газового топлива заданному значению и осуществляют дальнейшие действия по управлению МСПРГ. In this case, if the actual calorific value of the gas fuel does not correspond to the previously specified value of the required calorific value of the gas fuel and if the predicted composition of the gas fuel does not meet the safety requirements, using the means of automatic calculation of the degree of opening of the shut-off valves in in the gas distribution and gas mixing modules for ensuring the ratio of the oxidizer and gas in the gas fuel in ratios corresponding to the safety requirements 18, included in the control module 3, calculate the parameters of the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 to ensure the gas flow and the oxidizer flow corresponding to the safety requirements, while being the closest for ensuring the gas flow and the oxidizer flow necessary to bring the value of the actual calorific value of the gas fuel to the level of the required calorific value of the gas fuel, after which, using the means of interaction with the shut-off valves 8, configured with the possibility of control by a signal from an external source, included in the control module 3, adjust the shut-off valves 8 in the gas distribution module 1 and the gas mixing module 4 until they correspond to such calculated parameters, after which the actions within the framework of the cycle of checking the conformity of the calorific value of the gas fuel to the specified value are completed and further actions are carried out to control the MSPRGS.

Оценка достижения технического результата осуществлялась в ходе испытаний опытного образца МСПРГ экспериментальным путем. The achievement of the technical result was assessed during the testing of the prototype of the MSPRG experimentally.

Традиционно, при подаче газового топлива на газогорелочное оборудование потребителя регулирование параметров (калорийность, концентрация компонентов) газового топлива в режиме реального времени не осуществляют, устанавливая фиксированную степень открытия запорной аппаратуры в модулях газораспределения и газосмешения. При этом, как калорийность газа, поступающего от внешнего источника, в частности месторождения, так и концентрация компонентов, входящих в его состав, могут меняться со временем, что ведет к следующим последствиям: при снижении калорийности ниже требуемого уровня снижается эффективность работы газогорелочного оборудования потребителя; при повышении калорийности выше требуемого уровня осуществляется пережог газогорелочного оборудования потребителя и сокращается срок его службы. Кроме того, не предпринимается никаких действий направленных на уменьшение выделяемых вредных выбросов, что не позволяет снизить наносимый вред окружающей среде. Именно с результатами работы газораспределительной установки, функционирующей по такому традиционному способу и ранее работавшей на предприятии, на котором был смонтирован опытный образец МСПРГ и проводились испытания опытного образца МСПРГ, позволяющего в режиме реального времени поддерживать калорийность газового топлива, подаваемого на газогорелочное оборудование потребителя на заданном значении, или говоря иными словами, осуществлять процесс оптимизации калорийности газового топлива. Traditionally, when gas fuel is supplied to the consumer's gas burner equipment, the parameters (caloric content, component concentration) of the gas fuel are not regulated in real time, setting a fixed degree of opening of the shut-off equipment in the gas distribution and gas mixing modules. At the same time, both the caloric content of the gas supplied from an external source, in particular a field, and the concentration of the components included in its composition can change over time, which leads to the following consequences: when the caloric content decreases below the required level, the efficiency of the consumer's gas burner equipment decreases; when the caloric content increases above the required level, the consumer's gas burner equipment burns out and its service life is reduced. In addition, no actions are taken to reduce the emitted harmful emissions, which does not reduce the harm caused to the environment. It is with the results of the work of the gas distribution unit, functioning in such a traditional way and previously working at the enterprise, where the experimental model of the MSPRG was mounted and the experimental model of the MSPRG was tested, which allows in real time to maintain the calorific value of the gas fuel supplied to the consumer's gas burner equipment at a given meaning, or in other words, to carry out the process of optimizing the calorific value of gas fuel.

В качестве окислителя в ходе различных испытаний использовался воздух, либо кислород, либо доменный газ. Air, oxygen, or blast furnace gas were used as the oxidizer during various tests.

По итогам испытаний МСПРГ, не зависимо от типа окислителя, было зафиксировано снижение температуры продуктов горения со 165 °C (температура продуктов горения до внедрения МСПРГ) до значений 141-144 °C (в зависимости от характеристик газа и объема добавляемого окислителя в модуле газосмешения), повышение КПД газогорелочного оборудования потребителя с 88,43% до 90,62%, средняя экономия газа, поступающего от внешнего источника, за период испытаний составила 5,0%, кроме того в течении всего периода испытаний калорийность газового топлива поддерживалась на заданном уровне, при этом обеспечено снижение концентрации в продуктах горения СО до 7,5% от значений без использования МСПРГ, NO до 95,3% от значений без использования МСПРГ, N02 до 95,5% от значений без использования МСПРГ. Based on the results of the MSPRG tests, regardless of the oxidizer type, a decrease in the combustion product temperature was recorded from 165 °C (the combustion product temperature before the introduction of the MSPRG) to 141-144 °C (depending on the gas characteristics and the volume of oxidizer added in the gas mixing module), an increase in the efficiency of the consumer's gas burner equipment from 88.43% to 90.62%, the average savings in gas supplied from an external source during the test period amounted to 5.0%, in addition, during the entire test period, the calorific value of the gas fuel was maintained at a given level, while reducing the concentration of CO in the combustion products to 7.5% of the values without the use of the MSPRG, NO to 95.3% of the values without the use of the MSPRG, and N02 to 95.5% of the values without the use of the MSPRG.

При этом в следствии регулирования степени открытия запорной арматуры 8 в модулях газораспределения 1 и газосмешения 4 МСПРГ общий расход газа, необходимый для корректного функционирования газогорелочного оборудования потребителя 9 снизился до 95% от того объема, что расходовался ранее без применения МСПРГ на объекте, что в свою очередь также привело к итоговому снижению выбросов СО2 до уровня 95% от значений без использования МСПРГ. At the same time, as a result of regulating the degree of opening of the shut-off valves 8 in the gas distribution modules 1 and gas mixing modules 4 of the MSPRG, the total gas consumption required for the correct operation of the consumer's gas burner equipment 9 decreased to 95% of the volume that was previously consumed without the use of the MSPRG at the facility, which in turn also led to a final reduction in CO2 emissions to a level of 95% of the values without the use of the MSPRG.

Таким образом было экспериментально подтверждено, что заявляемая модульная система подготовки и распределения газов (МСПРГ) позволяет обеспечить возможность автоматического управления системой в режиме реального времени в целях подачи газового топлива заданной калорийности на газогорелочное оборудование потребителя при одновременной минимизации вредных выбросов (СО, NO, СО2, N02), содержащихся в продуктах горения. Thus, it was experimentally confirmed that the claimed modular gas preparation and distribution system (MGPS) makes it possible to automatically control the system in real time in order to supply gas fuel of a given calorific value to the consumer's gas burner equipment while simultaneously minimizing harmful emissions (CO, NO, CO2, N02) contained in combustion products.

Кроме того, дополнительно было обеспечено снижение потребляемого объема газа без снижения эффективности работы газогорелочного оборудования потребителя. In addition, a reduction in the volume of gas consumed was additionally ensured without reducing the efficiency of the consumer’s gas burner equipment.

Claims

ФОРМУЛА FORMULA 1. Модульная система подготовки и распределения газов, содержащая модуль газораспределения, модуль анализа газов, модуль управления, модуль газосмешения, трубопровод отбора проб газа, трубопровод отбора газового топлива и трубопровод отбора проб окислителя, магистраль подачи газа в модуль газораспределения, магистраль подачи газа из модуля газораспределения в модуль газосмешения, магистраль подачи окислителя в модуль газосмешения, магистраль подачи газового топлива на газогорелочное оборудование потребителя, магистраль отвода продуктов горения и кабели передачи данных, при этом модули газораспределения и газосмешения содержат запорную арматуру, отличающаяся тем, что содержит трубопровод, соединяющий магистраль отвода продуктов горения и модуль анализа газов, выполненный с возможностью отбора проб продуктов горения, модуль анализа газов содержит измерительную аппаратуру, а модуль управления, соединен с модулем газораспределения, модулем анализа газов и модулем газосмешения с помощью кабелей передачи данных и содержит средства автоматического расчета степени открытия запорной арматуры модулей газораспределения и газосмешения, средства взаимодействия с запорной арматурой модуля газораспределения и модуля газосмешения и средства взаимодействия с измерительной аппаратурой модуля анализа газов, а модуль газосмешения содержит эжекторы и запорную арматуру, выполненные с возможностью управления от внешнего источника. 1. A modular gas preparation and distribution system comprising a gas distribution module, a gas analysis module, a control module, a gas mixing module, a gas sampling pipeline, a gas fuel sampling pipeline and an oxidizer sampling pipeline, a gas supply line to the gas distribution module, a gas supply line from the gas distribution module to the gas mixing module, an oxidizer supply line to the gas mixing module, a gas fuel supply line to the consumer's gas burner equipment, a combustion product removal line and data transmission cables, wherein the gas distribution and gas mixing modules contain shut-off valves, characterized in that it contains a pipeline connecting the combustion product removal line and the gas analysis module configured to take combustion product samples, the gas analysis module contains measuring equipment, and the control module is connected to the gas distribution module, the gas analysis module and the gas mixing module by means of data transmission cables and contains means for automatically calculating the degree of opening of the shut-off valves of the gas distribution and gas mixing modules, means for interacting with the shut-off valves valves of the gas distribution module and the gas mixing module and means for interacting with the measuring equipment of the gas analysis module, and the gas mixing module contains ejectors and shut-off valves designed with the possibility of control from an external source. 2. Модульная система подготовки и распределения газов по п.1 отличающиеся тем, что модуль анализа газов содержит измерительную аппаратуру такую как калориметры, газоанализаторы и газовые хроматографы, выполненные с возможностью управления от внешнего источника. 2. A modular system for the preparation and distribution of gases according to paragraph 1, characterized in that the gas analysis module contains measuring equipment such as calorimeters, gas analyzers and gas chromatographs, designed with the ability to be controlled from an external source. 3. Модульная система подготовки и распределения газов по п.1 отличающиеся тем, что модуль управления содержит блок концевых выключателей и блок автоматизированной системы управления, представляющий собой программноаппаратный комплекс. 3. A modular system for the preparation and distribution of gases according to paragraph 1, characterized in that the control module contains a limit switch unit and an automated control system unit, which is a hardware and software complex. 4. Модульная система подготовки и распределения газов по и.6 отличающиеся тем, что блок концевых выключателей содержит панели управления, выключатели и реле. 4. Modular system for the preparation and distribution of gases according to I.6, characterized in that the limit switch unit contains control panels, switches and relays.
PCT/RU2024/050248 2023-10-16 2024-10-08 Modular system for the preparation and distribution of gases Pending WO2025084958A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2023126421 2023-10-16
RU2023126421A RU2817593C1 (en) 2023-10-16 Modular gas preparation and distribution system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025084958A1 true WO2025084958A1 (en) 2025-04-24

Family

ID=95448727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2024/050248 Pending WO2025084958A1 (en) 2023-10-16 2024-10-08 Modular system for the preparation and distribution of gases

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2025084958A1 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2103354A (en) * 1981-08-03 1983-02-16 Olajipari Foevallal Tervezoe Gas transfer station
US4536194A (en) * 1983-12-12 1985-08-20 United States Steel Corporation System for controlling the composition of a fuel gas produced by a jet compressor system
RU94046128A (en) * 1991-04-25 1996-09-10 Асарко Инкорпорейтед (US) Method for regulation of fuel/air ratio for many burners
RU2210098C2 (en) * 2001-09-27 2003-08-10 Общество с ограниченной ответственностью Фирма "Газприборавтоматика" Pressure regulator-gas flow limiter
RU2600484C1 (en) * 2015-05-22 2016-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Автоматизированные системы смешения природного газа с атмосферным воздухом Modular automated system for mixing natural gas with atmospheric air
RU2633732C1 (en) * 2016-04-11 2017-10-17 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "МКТ-АСДМ" Shut-off device of passive action
RU2639453C1 (en) * 2017-07-03 2017-12-21 Андрей Владиславович Курочкин Autonomous automated gas-distributing complex (versions)
RU2671554C1 (en) * 2018-04-06 2018-11-01 Мидхат Губайдуллович Хабибуллин Automatic gas distribution station (options)
RU2752119C1 (en) * 2020-07-24 2021-07-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Gas distribution station operation method

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2103354A (en) * 1981-08-03 1983-02-16 Olajipari Foevallal Tervezoe Gas transfer station
US4536194A (en) * 1983-12-12 1985-08-20 United States Steel Corporation System for controlling the composition of a fuel gas produced by a jet compressor system
RU94046128A (en) * 1991-04-25 1996-09-10 Асарко Инкорпорейтед (US) Method for regulation of fuel/air ratio for many burners
RU2210098C2 (en) * 2001-09-27 2003-08-10 Общество с ограниченной ответственностью Фирма "Газприборавтоматика" Pressure regulator-gas flow limiter
RU2600484C1 (en) * 2015-05-22 2016-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Автоматизированные системы смешения природного газа с атмосферным воздухом Modular automated system for mixing natural gas with atmospheric air
RU2633732C1 (en) * 2016-04-11 2017-10-17 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "МКТ-АСДМ" Shut-off device of passive action
RU2639453C1 (en) * 2017-07-03 2017-12-21 Андрей Владиславович Курочкин Autonomous automated gas-distributing complex (versions)
RU2671554C1 (en) * 2018-04-06 2018-11-01 Мидхат Губайдуллович Хабибуллин Automatic gas distribution station (options)
RU2752119C1 (en) * 2020-07-24 2021-07-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Gas distribution station operation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7895821B2 (en) System and method for automatic fuel blending and control for combustion gas turbine
CN212819205U (en) Hydrogen energy source utilization gas mixing system
CN115888447B (en) A high-precision servo-flow natural gas and hydrogen blending device and blending method
CN113285100B (en) Performance test system for hydrogen circulating pump of hydrogen fuel cell
CN218994653U (en) Vehicle-mounted liquid hydrogen supply system testing device
CN112268979B (en) Combustion performance measurement system of natural gas mixed with hydrogen based on gas mixer structure optimization
US7096750B2 (en) Sequencing and averaging multiple sample system
CN202511284U (en) Numerical control gas burner
CN111258345B (en) A kind of gas concentration stabilization device and its control method
RU2817593C1 (en) Modular gas preparation and distribution system
WO2025084958A1 (en) Modular system for the preparation and distribution of gases
CN116263236B (en) Safety hydrogen-adding system and method for built natural gas pipeline
RU2600484C1 (en) Modular automated system for mixing natural gas with atmospheric air
CN202419136U (en) Comprehensive distribution device for explosion-proof tests
CN119880436A (en) High-temperature-rise-rate temperature distortion test system and test method
US6539775B2 (en) Method and apparatus for the measurement of the interchangeability of LPG/air mixtures with natural gas
RU77649U1 (en) DEVICE FOR PRODUCING A GAS-AIR MIXTURE OF A UNIFIED COMBUSTION HEAT
CN216346265U (en) Gas flow control device of combustor
CN217473189U (en) High-precision fuel gas follow-up flow heat value control system
CN213913604U (en) A mix proportion sled for methane concentration adjusts
CN118189054A (en) Gas concentration detection device for hydrogen-doped pipeline of fuel gas electric power plant
RU2709219C1 (en) Automated system for mixing gas with air (bangs)
CN214374561U (en) A measurement system for the combustion performance of natural gas mixed with hydrogen based on the structure optimization of the mixer
CN105217585B (en) Double pressurized method nitric acid production plant
CN210736674U (en) Full-automatic mixed gas calorific value quantitative control system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24880267

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1