Пример построения гидравлической схемы ЗС

Большая часть исходной информации, необходимой для раз­работки гидравлической схемы, содержится в ТЗ на про­ектированиеЗС:

- прием продукта из передвижных средств его доставки;

- прием продукта из складов и железнодорожных цистерн и доставка его в район расположения потребителя;

- хранение продукта;

- термостатирование продукта;

- подача продукта в потребитель;

- прием продукта из потребителя;

- выдача из системы в передвижные средства доставки продукта;

- освобождение емкостей хранилищ от остатков продукта;

- слив остатков продукта из коммуникаций;

- выдача продукта из сливной емкости в емкость хранилище и в передвижные средства доставки продукта;

- перемешивание продукта в емкости с обеспечением очистки продукта от механических примесей.

Перечисленные операции являются наиболее характерными для большинства систем. Если перед ЗС выдвигаются какие-либо особые требования, то возможны и другие операции:

а) вакуумирование емкостей для обеспечения очистки продукта от газообразных примесей);

б) отсечка дозы подаваемого продукта должна производиться автоматически по команде дозирующего устройства, расположенного на борту ЛА (или в системе);

в) допустимое усилие на горловину ББ ЛА не должно превышать заданного значения.

В добавление к этим требованиям ТЗ будем считать, что нам предло­жено разработать систему заправки первой ступени РН охлажден­ным до

-40°С керосином. Бортовой бак ЛА снабжен системой контроля уровня. Максимальный объем заправляемой дозы 60 м³, вре­мя заправки 10 минут, за рабочий цикл (без завоза компонента)ЗС должна обеспечить заправку трех РН. Все оборудование комплекса монтируется в засыпанных грунтом наземных железобетонных со­оружениях арочного типа (радиус арки около 5 м), гарантирующих заданную степень защищенности оборудования при удалении от ПУ на расстояние свыше 80 м.

Таким образом, в соответствии с приведенной клас­сификацией проектируемая система является стационарной ЗС стартовой позиции с оборудованием, защищенным строительными сооружениями. Что касается других классификационных признаков проектируемой ЗС, то можно, в первом приближении, утверждать:

1 Наличие в баках ЛА датчиков системы контроля уровня позволяет применить внутреннее объемное дозирование КТ.

2 Необходимость термостатирования КТ перед заправкой требует введения в состав ЗС насоса. Нетоксичность и неагрессив­ность КТ облегчают выбор насоса, так как может быть взят и на­сос общепромышленного назначения. Умеренный расход компонен­та при заправке позволяет предположить, что он может быть обес­печен минимальным числом параллельно работающих насосов. Следовательно, в ЗС может быть реализован насосный способ по­дачи КТ.

3 Высококипящий неагрессивный и нетоксичный компонент, а также достаточно большое время на вспомогательные операции позволяют ограничиться полной автоматизацией только основных операций. Остальные операции могут вестись с ручным управлени­ем. Следовательно, по степени автоматизации проектируемая сис­тема может быть отнесена к ЗС с полуавтоматическим управлени­ем.

После идентификации проектируемой ЗС следует составить перечень выполняемых ею операций. Их можно разделить на три группы:

группа 1 — основные операции, связанные с заправкой ЛА;

группа 2 — вспомогательные операции, выполняемые в каж­дом цикле подготовки системы к работе и приведении ее в исход­ное положение или состояние хранения;

группа 3 — эпизодические операции, выполняемые при опре­деленных сочетаниях внешних условий или подготовке системы или ее отдельного оборудования к ремонту.

Основные операции:

— заполнение магистралей. Операция проводится перед со­зданием в системе большого расхода для уменьшения давления гидроудара при подходе КТ к ЗСК, а также для заполнения поло­сти насоса. Иногда в системах с насосной подачей и внутренним дозированием эта операция ограничивается только заполнением насосов. Для выполнения операции в рабочую емкость подается сжатый газ: в системах с насосной подачей под рабочим давлением и в системах с подачей вытеснением — под пониженным давлени­ем. О завершении операции свидетельствуют сигналы от датчиков сигнализаторов наличия жидкости (СНЖ), установленных на ко­нечных участках заполняемых магистралей;

— заправка на большом расходе. Операция проводится или с помощью насосов в системах с насосной подачей, иди с по­мощью подачи в рабочую емкость сжатого газа под рабочим дав­лением в системах с подачей вытеснением;

— заправка на малом расходе. Операция производится перед окончанием заправки с помощью закрытия клапана большого рас­хода по сигналу системы контроля уровня. Заправка идет через клапан малого расхода. Окончание заправки на малом расходе про­изводится посредством закрытия клапана малого расхода по сигна­лу СКУ;

— слив из коммуникаций и шлангов. Операция проводится для исключения пролива компонента перед отстыковкой наполни­тельных устройства от горловин ББ ЛА. Слив из коммуникаций производится в сливную емкость. Для уменьшения пожароопасности заправочные коммуникации опорожняются или полностью, или до ближайшего клапана. Слив производится самотеком либо при сообщении с атмосферой посредством открытия клапана, располо­женного перед наполнительным устройством, либо без сообщения с атмосферой посредством прохождения газа из сливной емкости через магистраль слива в ББ ЛА;

— слив из ББ ЛА. Операция проводится при возникновении аварийной ситуации или в случае отмены запуска РН. Сливают компонент в емкость, из которой производилась заправка, или в любую порожнюю емкость.

Вспомогательные операции:

— прием компонента из посторонних емкостей. Доставка КТ к системам заправки производится в железнодорожных или грун­товых цистернах, из которых через приемную колонку заполняются надлежащие емкости ЗС. Степень заполнения емкостей контролируется по индикаторам уровня, для исключения переполнения ис­пользуются сигнализаторы уровня. Из железнодорожных цистерн компонент обычно вытесняется сжатым газом, из грунтовых — пе­рекачивается насосами;

— слив из коммуникаций. При нахождении ЗС в режиме хра­нения КТ из всех трубопроводов должен быть слит в сливную ем­кость. Поэтому после проведения любых операций перед перево­дом системы в режим хранения все коммуникации, которые были задействованы в данных работах, опорожняются. При наличии внутренней негерметичности арматуры коммуникации вновь запол­няются, поэтому при проведении очередных регламентных работ также проводится слив;

— передавливание из сливной емкости. Обычно объем слив­ной емкости выбирается из расчета однократного слива из комму­никаций, по которым производится заправка ЛА. Поэтому перед проведением заправки, а также после нее сливная емкость полно­стью опорожняется. В остальных случаях она опорожняется по ме­ре заполнения. Передавливание из сливной емкости производится в основные емкости ЗС;

— перекачивание (передавливание) из емкостей-хранилищ в рабочие емкости. Эта операция проводится по мере расхода ком­понента из рабочей емкости;

— отбор проб. Операция проводится перед заправкой ЛА, а также в процессе хранения. Пробы отбираются в герметичный со­суд с помощью пробоотборника, который устанавливается на емко­сти;

— дренаж паров из емкости. Операция проводится для каж­дой емкости перед операциями, связанными с заполнением и опо­рожнением емкости, и после них. Дренаж паров производится либо в систему нейтрализации, либо в атмосферу;

— перемешивание. Операция проводится обычно перед взя­тием проб для обеспечения однородности компонента в емкостях. Компонент забирается насосом с одного конца емкости и подается в другой или по всей длине емкости через перфорированный тру­бопровод. Операция может быть совмещена с операцией термостатирования компонента, очисткой его от нежелательных включений (механических частиц, воды, газа). В этом случае отобранный ком­понент пропускается через соответствующий аппарат — фильтр, теплообменник, сепаратор и т.п.

Эпизодические операции:

— выдача компонента в посторонние емкости. Операция про­водится перед переосвидетельствованием емкостей, их ремонтом, при окончании срока гарантии на компонент, при некондиционно­сти компонента. Выдача компонента производился насосами или вытеснением в железнодорожные или грунтовые цистерны;

— перекачивание (передавливание) из одной рабочей емко­сти в другую, из рабочей емкости в емкость-хранилище. Операция проводится в основном для опорожнения емкости при проведении ремонтных работ, связанных со вскрытием ее, а также при отказах отдельных элементов на емкости;

— выдавливание остатков из емкостей. Операция проводится при необходимости полного опорожнения емкости, например перед проведением ее нейтрализации. Выдавливание остатков произво­дится в посторонние емкости или в любую свободную емкость си­стемы.

Для каждой из перечисленных операций следует составить элементарную гидравлическую цепочку, включив в нее оборудова­ние, обеспечивающее выполнение этой операции. Из полученных элементарных цепочек предстоит синтезировать гидравлическую схему ЗС. При синтезе гидросхемы из элементарных цепочек следует руководствоваться пропускными способностями элементов, допустимым направлением движения среды и т.п. Определяющее значение имеет и компоновка конкрет­ной ЗС. Стационарную ЗС по функциональному назначению мож­но разделить на следующие блоки.

Блок хранения состоит из рабочих емкостей и емкостей-хра­нилищ с запорной арматурой и контрольно-измерительными при­борами. Рабочие емкости предназначены для хранения КТ и выда­чи его в ББ ЛА. Емкости-хранилища предназначены для хранения КТ и пополнения, по мере необходимости, рабочей емкости. В про­ектируемой ЗС следует предусмотреть две емкости, одна из кото­рых является рабочей, а другая — хранилищем. Учитывая размер арочного сооружения, можно предположить, что весь запас КТ разместится в двух стоящих рядом горизонтальных цилиндриче­ских емкостях диаметром около трех метров с вместимостью каж­дой около 110 м³.

Блок выдачи состоит из насосов, фильтров тонкой очистки, распределительной арматуры, обеспечивающей движение КТ в за­данном направлении, а также контрольно-измерительных приборов, аппаратуры кондиционирования КТ (теплообменников, сепара­торов и т.п.), коммуникаций, соединяющих блок выдачи с другими блоками системы. В проектируемой системе в блок выдачи может быть включено несколько параллельно работающих насосов, обес­печивающих заданный расход КТ. Блок хранения и блок выдачи располагаются обычно в разных помещениях одного сооружения.

Блок приема включает в себя приемную колонку с запорной арматурой и металлорукавами для стыковки с подвижными транс­портными средствами. Блок приема устанавливается на открытой площадке в непосредственной близости от сооружения, в котором размещены блоки хранения и выдачи. Он соединяется с блоком вы­дачи системой трубопроводов, проложенных в непроходном кана­ле. Обязательным при выборе расположения блока приема явля­ется наличие подъездных путей и площадки для стоянки транспор­тных средств.

Блок слива состоит из сливной емкости и сливных трубоп­роводов с соответствующей арматурой. Блок слива размещается обычно либо в приямке помещения, в котором размещено обору­дование блока выдачи, либо в отдельном сооружении в непосред­ственной близости от ПУ. В разрабатываемой системе блок слива предлагается разместить рядом с блоком выдачи. В этом случае длина сливных магистралей минимальна.

Блок потребления включает в себя ЛА вместе с устройст­вами для стыковки коммуникаций с горловинами ББ ЛА. Стыковка наземной части ЗС с ЛА осуществляется с помощью металлорукавов и наполнительных устройств вручную или автоматически, а расстыковка — или автоматически, или ходом ЛА. Блок потребле­ния соединяется с блоком выдачи с помощью стационарных маги­стральных трубопроводов, проложенных в проходных каналах — потернах. В разрабатываемой системе магистральный трубопровод должен быть смонтирован с уклоном в сторону блока слива, чтобы гарантировать слив компонента и сливную емкость.

Разработанная гидросхема проектируемой заправочной систе­мы представлена на рисунке 1. Таблица 1 содержит перечень опе­раций, отрабатываемых системой, с указанием задействованных в каждой операции насосов и запорной арматуры (черный кружок обозначает работу насоса или открытое состояние арматуры).

В блок хранения входят две емкости: Е1 — рабочая и Е2 — хранилище. Обе емкости снабжены одинаковыми комплектами кон­трольно-измерительных приборов, каждый из которых состоит из: манометра М1 (М2); указателей дистанционного термометра Ут 1 и Ут2 (УтЗ, Ут4) (с целью упрощения на схеме показано по два указателя на емкости, в действительности их должно быть не ме­нее трех); сигнализатора максимального уровня Су1 (Су2); индика­тора уровня Иу1 (Иу2), пробоотборника По1 (По2). От разрушения каждая емкость защищена предохранительным ПК1 (ПК2) и дыха­тельным ДК1(ДК2) клапанами. Связь с атмосферой этих клапанов осуществляется через дренажный трубопровод, показанный на схе­ме штриховой линией.

Емкости соединены между собой и с блоками выдачи и при­ема посредством трубопроводов с запорной арматурой. Отличие заключается только в том, что емкость-хранилище имеет арматуру с ручным управлением: вентили В4-В7, на рабочей емкости уста­новлена дистанционно-управляемая арматура — пневмоклапаны К1 - К6. Каждая емкость имеет внутренние трубопроводы, предназ­наченные для забора КТ из емкости и наполнения ее (последний выполнен в виде перфорированной трубы, установленной горизон­тально в нижней части емкости). Рабочая емкость имеет два забор­ных трубопровода, обслуживающих две всасывающие линии насо­сов блока выдачи. На схеме показан только один насос Н1, обес­печивающий заправку большим расходом. Действительное их чис­ло в этой линии уточняется подбором подходящих по напору из производящихся промышленностью. В напорные линии насосов включены установленные параллельно клапаны большого К7, К8 и малого К9, К10 расходов, фильтры тонкой очистки Ф1, Ф2, расхо­домеры Рм1, Рм2, обратный клапан ОК1, ОК2, исключающие дви­жение жидкости в обратном направлении через насосы, фильтры и расходомеры. Клапаны К11 и К12 соединяют напорные линии на­сосов с магистральным трубопроводом, клапаны К13 и К14 соеди­няют эти линии с возвратным трубопроводом блока выдачи. В по­следнем установлена аппаратура, обеспечивающая кондицию КТ: фильтр ФЗ, сепаратор Сп, теплообменник То. Если указанная ап­паратура имеет слишком большое сопротивление, то она может быть шунтирована участком трубопровода с запорным элементом, открываемым при отсутствии необходимости использования этой аппаратуры. При разработанной схеме КТ всегда подвергается фильтрации и сепарации при движении по этому участку блока выдачи. На магистральном трубопроводе, длина которого опреде­ляется удалением сооружения с блоками хранения и выдачи от ПУ, установлен пневмоклапан К17, которым заканчивается стационарная часть ЗС. При большой длине магистрального трубопро­вода на нем может быть установлено несколько нормально откры­тых клапанов, делящих при своем закрытии трубопровод на сек­ции. В этом случае пролив КТ определяется при нарушении гер­метичности трубопровода вместимостью аварийной секции. Блок выдачи снабжен комплектом контрольно-измерительных приборов. Реле давления Рд1 (Рд2) дает сигнал о выходе насоса на режим, манометр М4 (М5) позволяет контролировать давление в системе при работе насоса, расходомер Рм1 (Рм2) используется для конт­роля за режимом работы насоса, информация от сигнализатора на­личия жидкости (СНЖ1,2,3) позволяет судить о заполнении соот­ветствующих участков блока выдачи КТ.

В блок слива входит сливная емкость Е3, соединенная с бло­ком выдачи сливными трубопроводами относительно малого диа­метра. Слив из блока выдачи осуществляется открытием сливных вентилей В8-В13, расположенных в наинизших точках блока, и вен­тиля В14. Для выполнения автоматизированных операций —«слив из шлангов», «заполнение насосов», «выдавливание из ЕЗ» — на емкости ЕЗ установлены пневмоклапаны К15 и К16. Выдача КТ из ЕЗ осуществляется методом вытеснения при подаче сжатого газа через клапан К8. Сброс газа из подушки ЕЗ производится через клапан К19. Предохранительный клапан ПКЗ защищает емкость ЕЗ от раз­рушения при повышении давления. Сливная емкость снабжена ин­дикаторами уровня ИуЗ, сигнализатором предельного уровня СуЗ. Манометр МЗ используется для местного контроля за давлением р _з в ЕЗ, Прекращение операции слива производится по сигналам СНЖ4, СНЖ5.

В блок потребления ЗС помимо ББ ЛА с заправочно-сливным (ЗСК) и дренажно-предохранительным (ДПК) клапанами вхо­дит металлорукав (МР) с наполнительным устройством, снабжен­ным дренажным клапаном К20. Через клапан К20 производится по­дача либо атмосферного воздуха, либо азота при атмосферном давлении при сливе КТ из шлангов.

Движение КТ при отработке любой операции может быть от­слежено по гидросхеме ЗС с использованием таблицы 1.

Рисунок 1.1 - Пример построения гидросистемы проектируемой ЗС:

Е1, Е2, Е3 –соответственно емкость рабочая, хранилище, сливная; ББ – бортовой бак ЛА; Н1, Н2 – центробежные насосы; К1 – К20 – пневмоклапаны; В1 В14 – вентили; ПК1 - К3 – предохранительные клапаны; ДК1, ДК2 – дыхательные клапаны; ЗСК, ДПК – заправочно-сливной и дренажно-предохранительный клапаны ББ; ОК1, ОК2 – обратные клапаны; По1, По2 – пробоотборники; Ф1, Ф2, Ф3 – фильтры; То – теплообменник; Сп – сепаратор; М1 М4 – манометры; Су1 – Су3 – сигнализаторы предельного уровня; Иу1 – Иу3 – индикаторы уровня; Ут1 – Ут4 – указатели дистанционного термометра; СНЖ1 – СНЖ5 – снгнализаторы наличия жидкости; Р1 – Р4 – расходомеры; Рд1, Рд2 – реле давления