ITVI20000148A1 - Regolatore di pressione per impianti di trasporto e distribuzione di gas - Google Patents

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ITVI20000148A1
ITVI20000148A1 IT2000VI000148A ITVI20000148A ITVI20000148A1 IT VI20000148 A1 ITVI20000148 A1 IT VI20000148A1 IT 2000VI000148 A IT2000VI000148 A IT 2000VI000148A IT VI20000148 A ITVI20000148 A IT VI20000148A IT VI20000148 A1 ITVI20000148 A1 IT VI20000148A1
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Claudio Imboccioli
Umberto Cecchinato
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Pietro Fiorentini Spa
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Description

DESCRIZIONE
L’invenzione concerne un regolatore di pressione, particolarmente adatto ad essere installato in impianti di trasporto e distribuzione di gas naturale.
Come noto il gas naturale estratto ad alta pressione dai giacimenti, viene portato sino alla presa dell’utilizzatore tramite appositi impianti di trasporto e distribuzione.
Tali impianti provvedono ad erogare il gas combustibile in sicurezza, garantendo la continuità di erogazione ed il controllo del valore della pressione di erogazione.
Essi si compongono di un dispositivo di sicurezza costituito da un riduttore di pressione pilotato del tipo Fail To Close (FTC), chiamato anche monitor, a cui fa seguito un regolatore di pressione del tipo Fail To Open (FTO).
Tale configurazione consente di rifornire di gas l’utilizzatore anche nel caso in cui il regolatore FTO vada in avaria.
Infatti in tale situazione il regolatore FTO mantiene aperto il canale di afflusso del gas, demandando al monitor FTC il compito di regolare opportunamente la pressione del gas di mandata, che esso provvede a mantenere immediatamente al di sopra del valore stabilito per il regolatore FTO, ma comunque entro i limiti di sicurezza.
Se il monitor entra in avaria esso chiude l’afflusso del gas ad alta pressione verso l’utilizzatore evitando incidenti.
Un regolatore di pressione FTO di tipo noto, è rappresentato in fig. 1 , ove si osserva che esso comprende una valvola R avente un condotto d’ingresso I del gas ad alta pressione ed un condotto di mandata M del gas a bassa pressione tra cui è interposto un otturatore di regolazione O che controlla il flusso del gas proveniente dal condotto di ingresso I e quindi la pressione del gas di mandata.
L’otturatore di regolazione O, è supportato scorrevolmente da uno stelo A solidale ad una membrana elastica E che appartiene alla testata di comando T, nella quale individua una camera inferiore Ci ed una camera superiore Cs, quest’ultima collegata al condotto di mandata M.
Lo spostamento dell’otturatore di regolazione O viene comandato tramite un regolatore ausiliario Ra avente una via d’ingresso V collegata ad un condotto F in cui è presente il gas a pressione intermedia tra l'alta e la bassa pressione, ed una via di uscita U comunicante, tramite un condotto di collegamento G, con la camera inferiore Ci della testata di comando T, la quale fornisce la pressione di riferimento del regolatore R.
Il funzionamento del regolatore prevede che l’otturatore O si muova per variare il flusso del gas di mandata in funzione della differenza tra la pressione dei gas di mandata e la pressione di riferimento del gas presente nella camera inferiore Ci.
Per tarare il sistema, si fissa la pressione del gas nella camera inferiore della testata di comando e l'operatore agisce sul regolatore ausiliario Ra in modo che l’otturatore rimanga sostanzialmente immobile quando la pressione di mandata coincide con la pressione voluta.
In questo modo il funzionamento del sistema prevede che se le forze agenti sulla testata sono uguali, l’otturatore rimane immobile mentre se la forza esercitata dalla pressione del gas di mandata è inferiore al valore desiderato, l’otturatore apre, aumentando il flusso del gas ad alta pressione e quindi aumentando la pressione del gas di mandata fino a riequilibrare le due pressioni antagoniste.
Viceversa un aumento della pressione del gas di mandata interagisce sulla testata di comando in modo da imporre all’otturatore di regolazione un movimento di chiusura del condotto d'ingresso del gas di alta pressione con conseguente abbassamento della pressione del gas di mandata.
Un primo inconveniente del regolatore R descritto è costituito dal fatto che al variare della temperatura il gas presente sul condotto di collegamento G tra il regolatore ausiliario Ra e la camera inferiore Ci della testata di comando R, varia causando la variazione della pressione del gas di mandata.
Infatti il condotto G e la camera inferiore Ci delimitano un volume chiuso, all’interno del quale è presente il gas che come è noto, all’aumentare della temperatura aumenta la propria pressione causando così un'errata apertura dell'otturatore di regolazione O e quindi un aumento della pressione del gas di mandata.
La tecnica nota per risolvere parzialmente tale inconveniente, prevede la collocazione di un serbatoio ausiliario S disegnato con linea tratteggiata costituente un volume di dispersione termica collegato al condotto di collegamento G.
Per ridurre ulteriormente i problemi derivanti dalla deriva termica, la tecnica nota prevede di isolare termicamente sia il condotto di collegamento G che il serbatoio ausiliario S. Un ulteriore inconveniente della tecnica nota descritta è costituito dal fatto che la pressione può aumentare ad un livello tale da diventare pericolosa per la camera delimitata. Per superare tale inconveniente la tecnica nota prevede la presenza di una valvola di sfioro D mostrata in tratteggio disposta sul condotto di collegamento G che interviene automaticamente quando il gas all’interno del condotto G supera una pressione di soglia prestabilita.
Tale soluzione presenta un ulteriore inconveniente che è costituito dal fatto che il gas viene disperso in atmosfera con rischio di incendio e/o deflagrazione, unitamente alla perdita economica conseguente allo spreco del gas stesso. Un ulteriore inconveniente, presente in entrambe le soluzioni, e<' >costituito dal fatto che le derive termiche rendono necessaria una frequente ritaratura.
Per risolvere gli inconvenienti sopra citati la tecnica nota prevede l'utilizzo di un differente regolatore del tipo FTO rappresentato in fig. 2 il quale si differenzia dal precedente per la diversa retroazione sulla valvola di regolazione R. In particolare il sistema prevede la presenza di una valvola di laminazione Va provvista di una via di ingresso Vi del gas ad alta pressione e di due vie di uscita U1 e U2: la prima U1 essendo collegata alla camera superiore Cs della valvola di regolazione R1 e la seconda U2 essendo collegata all’ingresso Pi di un pilota P. in particolare nel pilota P si individua una prima camera B1 collegata alla via di ingresso Pi ed una seconda camera B2 collegata ad un condotto di mandata M del gas a bassa pressione in cui è alloggiato il corpo di un otturatore Op di intercettazione che apre/chiude la via di ingresso Pi.
La prima camera B1 presenta inoltre una via di uscita U3 comunicante tramite un condotto di collegamento G1 con il condotto di mandata M.
E’ importante osservare che sulla membrana E agiscono le forze esercitate dalia pressione dal gas ad alta pressione e dal gas presente nell'uscita V1 della valvola di laminazione Va.
Il funzionamento del regolatore FTO prevede che, nel caso in cui la pressione a valle salga oltre il limite desiderato, il pilota P chiuda la via di ingresso Pi impedendo la laminazione del gas della valvola di laminazione Va. Questo fa affluire verso la camera superiore Cs della testata di comando T il gas ad alta pressione e chiude la via di ingresso I della valvola di regolazione R, abbassando conseguentemente la pressione a valle.
Viceversa con una diminuzione della pressione del gas di mandata, l'otturatore OP va in apertura in modo da consentire l’afflusso verso il condotto di mandata M del gas proveniente dalla via di ingresso Pi del pilota P.
Questo consente la laminazione del gas nella valvola di laminazione Va e quindi l’abbassamento della pressione alTinterno della camera superiore Cs della testata di comando. Di conseguenza si avrà l’apertura dell’otturatore O della valvola di regolazione R, che farà aumentare la pressione del gas alla mandata.
Un inconveniente della tecnica nota descritta, è costituito dal fatto che essendo il gruppo di regolazione ed il regolatore a monte del tipo monitor FTC diversi tra loro, essi non possiedono elementi intercambiabili e quindi non possono utilizzare ricambi comuni. Questo obbliga <(>'utilizzatore a mantenere a magazzino maggiori quantitativi di ricambi e ad un maggiore e differenziato addestramento del personale manutentore.
E’ scopo dell’invenzione superare gli inconvenienti detti. In particolare è un primo scopo realizzare un regolatore di pressione che presenti componenti intercambiabili con i componenti del regolatore di pressione del tipo monitor FTC posto a monte.
E’ un altro scopo realizzare un regolatore di pressione che mantenga la pressione del gas di mandata costante al variare delle temperature di esercizio del gruppo di regolazione.
E’ un ulteriore scopo realizzare un regolatore in cui taratura sia particolarmente semplice da effettuare e che debba essere eseguita una sola volta nella fase del primo avviamento.
E' un ulteriore scopo eliminare i rischi di incendio e deflagrazione causati da un innalzamento della temperatura dell’intero gruppo di regolazione.
E' non ultimo scopo realizzare un regolatore particolarmente semplice da utilizzare e da installare.
Gli scopi detti sono raggiunti da un regolatore di pressione di gas che in accordo con la prima rivendicazione comprende:
almeno una valvola avente un condotto di ingresso di gas ad alta pressione Pa, almeno un condotto di mandata di gas a bassa pressione Pb ed un otturatore di regolazione del flusso di mandata di detto gas supportato scorrevolmente da uno stelo solidale ad una membrana elastica che appartiene ad una testata di comando di detta valvola e nella quale individua una camera superiore ed una camera inferiore; almeno un pilota per il controllo dello spostamento di detto otturatore di regolazione nel quale si individua una prima camera con una prima via di uscita comunicante con detto condotto di mandata ed una seconda camera collegata a detto condotto di mandata nella quale è alloggiato il corpo di un otturatore di intercettazione atto ad aprire/chiudere detta via di ingresso;
il quale si caratterizza per il fatto che detta prima camera presenta almeno una seconda via di uscita comunicante con detta camera inferiore e che detta camera superiore e detta prima camera sono collegate tra loro tramite un condotto ausiliario in cui è presente gas a pressione intermedia Pm tra detta alta Pa e detta bassa Pb pressione.
Vantaggiosamente il regolatore dell’invenzione consente di convogliare nel condotto di mandata il gas in eccesso a pressione elevata che si sviluppa all'interno del condotto di pilotaggio.
Gli scopi detti verranno meglio evidenziati durante la descrizione della preferita forma di esecuzione che viene qui data a titolo esemplificativo e non limitativo, facendo riferimento alle allegate tavole di disegno ove:
la fig. 1 rappresenta una vista in sezione del complessivo di un regolatore del tipo noto:
la fig. 2 rappresenta una vista in sezione del complessivo di un altro regolatore di tipo noto;
la fig. 3 rappresenta una vista in sezione del complessivo del regolatore oggetto dell'invenzione;
le figg. 4 e 5 rappresentano viste in sezione di un particolare del gruppo di fig. 3 in due differenti posizioni di lavoro;
le figg. 6 e 7 rappresentano viste in sezione di un altro particolare del gruppo di fig. 3 in due differenti posizioni di lavoro;
la fig. 8 rappresenta la vista in sezione di un ulteriore elemento del gruppo di fig. 3.
Il regolatore dell’invenzione è rappresentato in fig. 3 ove è indicato complessivamente con 1.
Esso comprende una valvola 2 avente un condotto di ingresso 3 di gas ad alta pressione Pa, un condotto di mandata 4 del gas a bassa pressione Pb ed un otturatore di regolazione, indicato complessivamente con 5, per ridurre e regolare la pressione di mandata del gas. L’otturatore 5 è supportato scorrevolmente da uno stelo 6 collegato ad una membrana elastica 7 che appartiene alla testata di comando 8 del regolatore 2 stesso. La membrana individua all'interno della testata 8 una camera superiore 9 ed una camera inferiore 10, quest’ultima collegata, tramite una tubazione 10a, ad una prima via di uscita 11 di un pilota 12 per il controllo dello spostamento dell'otturatore 5.
Il pilota 12, rappresentato in dettaglio nelle f igg . 6 e 7, è atto a controllare lo spostamento dell’otturatore di regolazione 5 nel quale si individua una prima camera 13 con una prima via di ingresso 14, una prima via di uscita 18 comunicante con il condotto di mandata 4 ed una seconda camera 16 collegata al condotto di mandata 4.
In particolare nella seconda camera 16 è alloggiato il corpo di un otturatore di intercettazione, indicato complessivamente con 17, atto ad aprire e chiudere la via di ingresso 14 in modo da consentire al gas proveniente dal condotto ausiliario 15 di entrare nella prima camera 13.
L’invenzione prevede che la prima camera 13 presenti una seconda via di uscita 11 comunicante tramite una tubazione 10a con la camera inferiore 10 e che la camera superiore 9 e la via di ingresso 14 siano tra loro collegate tramite un condotto 9a ad un condotto ausiliario 15 in cui è presente gas a pressione intermedia Pm tra l’alta Pa e la bassa Pb pressione.
In particolare l’otturatore di regolazione 5, visibile in dettaglio in fig. 5, è alloggiato in una camera 20 ricavata sul corpo 2a del regolatore 2 stesso e comprende una paratia mobile cilindrica 21 solidale allo stelo 6 e cooperante con i mezzi elastici costituiti da una molla elicoidale 22 che lo rendono mobile elasticamente lungo la direzione verticale indicata con 23 per consentire/impedire l'afflusso del gas ad alta pressione Pa verso il condotto di mandata 4.
Come precedentemente detto il movimento verticale dell’otturatore è comandato dalla membrana elastica 7 alloggiata nella testata di comando 8 e racchiusa tra i due dischi 71 e 72 sui quali agisce rispettivamente la pressione intermedia Pm e la pressione di pilotaggio Pp.
Infatti se la forza esercitata dal gas a pressione Pm sui disco superiore 71 supera la somma tra la forza sviluppata dal gas a pressione Pp e la forza elastica generata dalla molla 22, la paratia cilindrica 21 scende disponendosi come rappresentato in dettaglio in fig. 4, in modo da impedire l’afflusso del gas ad alta pressione Pa verso il condotto di mandata 4.
Viceversa se la somma della forza esercitata dal gas a pressione Pp e la forza elastica è inferiore alla forza esercitata dal gas a pressione Pm, la paratia 21 si alza fermandosi nella posizione indicata in fig. 5, consentendo l’afflusso del gas ad alta pressione Pa verso il condotto di mandata 4.
Per quanto concerne il già citato corpo otturatore di intercettazione 17, rappresentato in dettaglio nelle figg. 6 e 7, esso è alloggiato in una seconda camera 16 individuata dal corpo 12a del pilota 12 e comprende un corpo oscillante 17a, mobile verticalmente nella camera 16 essendo vincolato al corpo 12a tramite due membrane elastiche anulari 32 e 33.
Superiormente esso è sorretto da mezzi elastici superiori costituiti da una molla elicoidale 34 ed inferiormente da mezzi elastici inferiori costituiti da un’ulteriore molla elicoidale 31 il cui grado di compressione viene regolato tramite una vite di regolazione 35 per variare la forza che agisce sul corpo otturatore 17. Quest'ultimo presenta anche una pastiglia 30 che assicura la chiusura ermetica quando la forza esercitata dalla pressione Pb del gas di mandata presente all'interno della camera 16 supera la forza generata dalla molla elicoidale 31.
E' importante osservare che nella seconda via 18 è presente una strozzatura 18b che consente la laminazione del gas presente nella prima camera 13 verso la conduttura di mandata 4 nel caso in cui la pressione Pp salga involontariamente ad esempio per l’aumento della temperatura della conduttura 10a.
Una variante esecutiva potrà differenziarsi dalla precedente per il fatto di presentare una strozzatura 18 sul condotto 18a e non sulla via di uscita 18.
Per fare funzionare correttamente il pilota 12, è necessario effettuare la taratura intervenendo sulla vite 35 in modo che la via di ingresso 14 venga intercettata dall’otturatore 17 quando la pressione Pb presente all’interno della seconda camera 16, coincide con il valore della pressione di mandata Pb prestabilita.
In questo modo un’eventuale diminuzione della pressione Pb all’interno della camera 16 dovuta ad una maggior richiesta di gas alla mandata, provoca l’apertura della via di ingresso 14 e consente l’afflusso del gas a pressione intermedia Pm all’interno della prima camera 13.
Essendo la pressione Pm sempre superiore alla pressione Pb, la pressione del gas Pp presente sulla via di uscita 11 è sostanzialmente pari alla pressione Pm ed il gas presente nella camera 13, viene laminato attraverso la strozzatura 18a verso il condotto di mandata 4.
Pertanto una diminuzione della pressione Pb del gas di mandata porta ad avere in uscita sul condotto 10a un gas a pressione Pp pari sostanzialmente alla pressione Pm la quale, raggiungendo la camera inferiore 10 della testata di comando 8, provoca l’apertura dell’otturatore di regolazione 5 e conseguentemente un aumento della pressione Pb del gas di mandata.
Viceversa un aumento della pressione Pb del gas di mandata farà sì che, sulla via di uscita 11 sia presente gas ad una pressione Pp pari alla pressione del gas di mandata Pb il quale, raggiunta la camera inferiore 10 della testata di comando, provocherà, essendo inferiore alla pressione Pm esistente sopra la membrana, la chiusura dell'otturatore di regolazione 5 e conseguentemente una diminuzione della pressione Pb del gas di mandata 4.
E’ importante osservare come un eventuale aumento della temperatura dell’intero regolatore 1 , ed in particolare modo della conduttura 10a di collegamento fra la prima camera 13 e la camera inferiore 10, non comporti nessuna variazione della pressione Pb del gas di mandata.
Infatti in caso di aumento della temperatura del gas presente nella conduttura 10a si ha un aumento della pressione Pp che viene assorbita dalla massa di gas a valle previo trafilamento spontaneamente attraverso la strozzatura 18b.
In tal modo non si hanno perdite di gas in atmosfera, come prevede la tecnica nota.
Oltre a questo il dispositivo dell'invenzione riduce anche il costo conseguente allo spreco che si ha nella tecnica nota in quanto il gas trafilato viene comunque convogliato verso l’utilizzatore.
Per quanto concerne il condotto ausiliario 15 atto a fornire il gas ad una pressione intermedia Pm, esso è collegato all'uscita di un regolatore ausiliario, indicato complessivamente con 40 in fig. 3 e mostrato anche nel dettaglio in fig. 8.
Tale regolatore 40, di per sé di tipo noto, prevede l’apertura della valvola di sfioro 41 qualora la pressione Pm nel condotto ausiliario 15 superi un valore di soglia fissato in sede di taratura del regolatore 40 stesso.
In particolare un aumento eccessivo della differenza di pressione fra Pm e Pb farà aprire l’otturatore 41 in modo da far defluire il gas dal condotto 15 al condotto 16a collegato al condotto di mandata 4.
In questo modo la differenza dei valori della pressione Pm e Pb viene sempre mantenuta all’interno di un intervallo desiderato e tale da non danneggiare la membrana 7 della testata di comando 8 in caso di manovre errate, trafilamenti, aumenti di temperatura.
Per quanto detto risulta evidente che l’invenzione raggiunga gli scopi prefissati.
Quantunque l’invenzione sia stata descritta con riferimento alle allegate tavole di disegno, essa potrà essere soggetta, durante la fase realizzativa, ad eventuali modifiche comunque rientranti all'interno del concetto inventivo e quindi da intendere protette dal presente brevetto in quanto espresse nelle rivendicazioni sotto riportate.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1 ) Regolatore di pressione (1 ) in un impianto di trasporto et o distribuzione di gas comprendente: almeno una valvola (2) avente un condotto di ingresso (3) di gas ad alta pressione (Pa), almeno un condotto di mandata (4) di gas a bassa pressione (Pb) ed un otturatore di regolazione (5) del flusso di mandata di detto gas supportato scorrevolmente da uno stelo (6) solidale ad una membrana elastica (7) che appartiene ad una testata di comando (8) di detta valvola (2) e nella quale individua una camera superiore (9) ed una camera inferiore (10); almeno un pilota (12) per il controllo dello spostamento di detto otturatore di regolazione (5) nel quale si individua una prima camera (13) con una via di ingresso (14), una prima via di uscita (18) comunicante con detto condotto di mandata (4) ed una seconda camera (16) collegata a detto condotto di mandata (4) nella quale è alloggiato il corpo di un otturatore di intercettazione (17) atto ad aprire/chiudere detta via di ingresso (14); caratterizzato dal fatto che detta prima camera (13) presenta almeno una seconda via di uscita (11 ) comunicante con detta camera inferiore (10) e che detta camera superiore (9) e detta via di ingresso (14) sono collegate tra loro tramite un condotto ausiliario (15) in cui è presente gas a pressione intermedia (Pm) tra detta alta (Pa) e detta bassa (Pb) pressione.
  2. 2) Gruppo secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzato dal fatto che detta seconda via (18, 18a) presente una strozzatura (18b) atta a consentire la laminazione del gas presente in detta prima camera (13) verso detta conduttura di mandata (4).
  3. 3) Gruppo secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzato dal fatto che detta seconda via (18) comunica con detto condotto di mandata (4) tramite una tubazione (18a).
  4. 4) Gruppo secondo la rivendicazione 3) caratterizzato dal fatto che in detta tubazione (18a) è presente almeno una strozzatura per la laminazione del gas presente in detta camera (13) verso detta conduttura di mandata.
  5. 5) Gruppo secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzato dal fatto che detta camera superiore (9) è collegata a detto condotto ausiliario (15) tramite una tubazione (9a).
  6. 6) Gruppo secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzato dai fatto che detta membrana elastica (7) è racchiusa tra almeno due dischi (71 ) e (72) sui quali agisce rispettivamente la detta pressione intermedia (Pm) e detta pressione di pilotaggio (Pp).
  7. 7) Gruppo secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzato dal fatto che detto otturatore di regolazione (5) è alloggiato in una camera (20) ricavata sul corpo (2a) di detto regolatore (2) e comprende almeno una paratia mobile (21 ) solidale a detta (6) e cooperante con i mezzi elastici (22) che lo rendono mobile elasticamente lungo una direzione sostanzialmente verticale (23) per consentire/impedire l’afflusso del gas ad alta pressione (Pa) verso detto condotto di mandata (4).
  8. 8) Gruppo secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzato dal fatto che detto corpo otturatore di intercettazione (17) è alloggiato in una seconda camera (16) individuata dal corpo (12a) di detto pilota (12) e comprende un corpo oscillante (17a) mobile verticalmente in detta camera (16) essendo vincolato al corpo (12a) tramite almeno due membrane elastiche anulari (32) e (33).
  9. 9) Gruppo secondo la rivendicazione 1 ) o 8) caratterizzato dal fatto che detto corpo otturatore di intercettazione (17) è sorretto superiormente da mezzi elastici superiori (34) ed inferiormente da mezzi elastici inferiori (31 ) il cui grado di compressione viene regolato tramite una vite di regolazione (35) per variare la forza che agisce su detto corpo otturatore (17).
  10. 10) Gruppo secondo la rivendicazione 1 ) o 8) o 9) caratterizzato dai fatto che detto corpo otturatore di intercettazione (17) comprende una pastiglia (30) che chiude/apre detta via di ingresso (14) quando la forza esercitata da detta pressione (Pb) del gas di mandata presente all’interno di detta seconda camera (16) supera la forza generata da detti mezzi elastici inferiori (31 ).
  11. 11 ) Gruppo secondo la rivendicazione 1 ) o 8) o 9) caratterizzato dal fatto che detto condotto ausiliario (15) è collegato all’uscita di un regolatore ausiliario (40).
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