REGULADOR DE PRESIÓN PARA PLANTAS DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE GAS
DESCRIPCIÓN La presente invención se refiere a un regulador de presión, adaptado de manera particular para estar instalado en plantas de transporte y distribución de gas natural. Es bien conocido que el gas natural elevado a alta presión desde depósitos, se suministra a la toma del usuario por plantas de transporte y distribución apropiadas . Estas plantas proporcionan la distribución segura del gas combustible, garantizando continuidad y control de distribución de la válvula de presión de distribución . Estas plantas comprenden un dispositivo de seguridad que consiste de un reductor de presión, piloteado, del tipo de falla para cerrar (FTC) , también llamado monitor, seguido por un regulador de presión del tipo de falla para abrir, (FTO) . Esta configuración permite suministrar gas al usuario aun cuando falle el regulador de FTO. En realidad, en esta condición, el regulador de FTO mantiene abierto el canal de afluencia de gas,
ayudando al monitor de FTC a la tarea de regular apropiadamente la presión de distribución de gas, que se mantiene de este modo justo por arriba del valor establecido para el regulador de FTO, pero de algún modo dentro de los límites de seguridad. Si el monitor falla, cierra la afluencia de gas de alta presión al usuario, para evitar accidentes. En la Figura 1 se muestra un regulador conocido de presión de FTO, donde se puede ver que comprende una válvula R que tiene un conducto de entrada I para el gas de alta presión y un conducto M de distribución para el gas de baja presión, un obturador O de regulación que se arregla entre los mismos, controlando la fluencia de gas que viene del conducto de entrada I y por lo tanto la presión de distribución de gas. El obturador de regulación O se soporta en forma deslizante por un tallo A fijado a una membrana elástica A que corresponde a la cabeza T de control en la cual la membrana define una cámara inferior Ci y una cámara superior Cs, esta última que se conecta al conducto M de distribución. El movimiento del obturador O se controla a través de un regulador auxiliar Ra que tiene una vía de entrada V conectada a un conducto F que contiene el gas
bajo una presión intermedia entre alta y baja presión y una vía de salida U que se comunica a través de un conducto G de conexión con la cámara inferior Ci de la cabeza T de control, alimentando la presión de referencia del regulador R. La operación del regulador proporciona que el obturador 0 se mueva para cambiar el flujo de distribución de gas como una función de la diferencia entre la presión de distribución de gas y la presión de referencia de gas que existe en la cámara inferior Ci . A fin de calibrar el sistema, la presión de gas en la cámara inferior de la cabeza de control se ajusta y el operador actúa como el regulador auxiliar Ra de modo que el obturador permanece sustancialmente estacionario cuando la presión de distribución esta coincidente con la presión de distribución. De esta manera, la presión del sistema prevé que si las fuerzas que actúan en la cabeza son iguales, el obturador permanece estacionario, en tanto que cuando la fuerza ejercida por la presión de distribución de gas es menor que el valor deseado, el obturador se abre incrementando el flujo de gas de alta presión y por lo tanto incrementando la presión de distribución de gas hasta que las dos presiones opuestas se compensen nuevamente.
:. i í.h? _t ¡s»A « -.i.»! r Contrariamente, un incremento de la presión de distribución de gas actúa en la cabeza de control para imponer al obturador de regulación un movimiento de cierre del conducto de entrada para el gas de alta presión con la disminución consecuente de la presión de distribución de gas. Una primera desventaja del regulador R mencionado con anterioridad consiste en que con una variación de la temperatura, la cantidad de gas contenida en el conducto G de conexión entre el regulador Ra auxiliar y la cámara inferior Ci de la cabeza de control R se varía, provocando de esta manera la variación de la presión de distribución de gas. A causa de que el conducto G y la cámara inferior Ci definen un volumen cerrado dentro del cual esta contenido el gas y es bien conocido que cuando se incrementa la temperatura, también la presión propia del gas se incrementa para provocar una abertura errónea del obturador O de regulación y por lo tanto un incremento de 1 presión de distribución de gas. La técnica anterior fin de solucionar parcialmente este problema, proporciona la instalación de un tanque S auxiliar mostrado en líneas discontinuas que constituye un volumen de dispersión térmica conectado al conducto G de conexión.
Í ?? A fin de reducir adicionalmente los problemas que surgen de la tendencia térmica, la técnica anterior proporciona aislamiento térmico tanto del conducto G de conexión como del tanque S auxiliar. 5 Otra desventaja de la técnica anterior descrita consiste en que la presión puede incrementarse a un grado tal que llega a ser peligroso para la cámara definida . A fin de superar esta desventaja, la técnica
10 anterior proporciona la instalación de una válvula D de alivio mostrada en líneas discontinuas arreglada en el conducto G de conexión que se acciona automáticamente cuando el gas dentro del conducto G excede una presión de umbral predeterminada. 15 Sin embargo, esta solución tiene la ventaja adicional que consiste en que se dispersa gas a la atmósfera con riesgo de fuego y/o deflagración, junto con la pérdida económica que surge del desperdicio de gas . 20 Una desventaja adicional de ambas soluciones de la técnica anterior, consiste en que la deriva térmica requiera una nueva calibración frecuente. A fin de solucionar las desventajas mencionadas con anterioridad, la técnica anterior
25 proporciona el uso de un diferente regulador del tipo
! g jfetA-&¿¿ ??¡* 4,t: a , FTO mostrado en la Figura 2, que es diferente del precedente por la retroalimentación diferente en la válvula de regulación de R. De manera más particular, el sistema proporciona la colocación de una válvula Va de laminación provista por una vía de entrada Vi para el gas de alta presión y dos vías de salida Ul y U2 : la primera vía Ul se conecta a la cámara superior Cs de la válvula Rl de regulación y la segunda vía U2 se conecta a la entrada Pi de la válvula piloto P. De manera más particular en la válvula piloto P, existe una primera cámara Bl conectada a la vía de entrada Pi y una segunda cámara B2 conectada a un conducto de distribución M para el gas de baja presión en el cual existe el tapón de un obturador de intercepción OP que abre o cierra la vía de entrada Pi . La primera cámara Bl también tiene una vía de salida U3 que se comunica con el conducto de distribución M a través de un conducto de conexión Gl . Es importante señalar que en la membrana E, las fuerzas ejercidas por el gas de alta presión y por el gas contenido en la salida Di de la válvula de laminación Va están actuando. La operación del regulador de FTO proporciona que, cuando la presión corriente abajo aumenta por
arriba del límite deseado, la válvula piloto P cierra a la vía de entrada Pi impidiendo la laminación del gas por la válvula Va de laminación. Esto provoca la afluencia de gas de alta presión a la cámara superior Cs de la cabeza de control T y cierra la vía de entrada I de la válvula R de regulación, para incrementar la presión corriente abajo. Contrariamente con una disminución de la presión de distribución de gas, el obturador OP se abre para permitir la afluencia al conducto de distribución M del gas que viene de la vía de entrada Pi de la válvula piloto P. Esto permite la laminación del gas en la válvula Va de laminación y por lo tanto disminuye la presión dentro de la cámara superior Cs de la cabeza de control.. En consecuencia, la abertura del obturador O de la válvula de regulación r se presentará, provocando que se incremente la presión de distribución de gas. Una desventaja de la técnica anterior descrita consiste en que la unidad de regulación y el regulador corriente arriba del monitor tipo FTC son diferentes entre sí, de modo que no tienen elementos intercambiables y no pueden usar partes de repuesto comunes. Esto obliga al usuario mantener en inventario una gran cantidad de partes de repuesto y proporcionar
t.i z * St ?'i. «.n.* » un gran y diferenciado entrenamiento del personal de mantenimiento . Un objeto de la invención es superar estas desventaj as . De manera más particular, un primer objeto es proporcionar un regulador de presión que tiene los componentes que son intercambiables con los componentes del regulador de presión corriente arriba del monitor tipo FTC. Otro objeto es proporcionar un regulador de presión que mantiene la presión de distribución de gas constante cuando se varía lts temperaturas de operación de las unidades de regulación. Un objeto adicional es proporcionar un regulador en el cual la calibración es fácil de efectuar y se debe llevar a cabo solo una vez en la primera etapa de arranque. Un objeto adicional es remover los riesgos de fuego y deflagración que surgen de un incremento de temperatura de la unidad de regulación completa. Al menos un objeto, pero no todos, es proporcionar un regulador que sea particularmente simple de ser usado e instalado. Los objetos anteriores se logran por un regulador de presión de gas y de acuerdo a la
^JlÉl ^a reivindicación principal comprende: al menos una válvula que tiene un conducto de entrada para el gas Pa de alta presión, al menos un conducto de distribución para el gas Pb de baja presión y un' obturador que regula el flujo de distribución del gas, soportado en forma deslizante por un tallo fijado a una membrana elástica que corresponde a una cabeza de control de la válvula y que define una cámara superior y una cámara inferior; - al menos una válvula piloto para controlar el movimiento del obturador de regulación que define una primera cámara con una primera vía de salida que se comunica con el conducto de distribución y una segunda cámara conectada al conducto de distribución en la cual se arregla el tapón de un obturador de intercepción adaptado para abrir o cerrar la vía de entrada . El regulador que se caracteriza en que la primera cámara tiene al menos una segunda vía de salida que se comunica con la cámara inferior y la cámara superior y la primera cámara se conectan entre sí a través de un conducto auxiliar que contiene gas a una presión intermedia Pb entre la alta presión Pa y la baja presión Pb . De manera ventajosa, el regulador de la
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invención permite transportar en el conducto de distribución el gas en exceso a alta presión, que se desarrolla dentro del conducto de pilotaje. Los objetos anteriores se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción de la modalidad preferida que se da como un ejemplo ilustrativo no limitante, haciendo referencia a las hojas anexas y los dibujos en los cuales: La Figura 1 es una vista seccional, general del regulador de la técnica anterior; La Figura 2 es una vista en sección, general de otro regulador de la técnica anterior; La Figura 3 es una vista seccional, general del regulador de la presente invención; Las Figuras 4 y 5 son vistas seccionales de un detalle de la unidad de la Figura 3 en dos posiciones de trabajo diferentes; Las Figuras 6 y 7 son vistas seccionales de otro detalle de la unidad de la unidad de la Figura 3 en dos posiciones de trabajo diferentes; La Figura 8 es una vista seccional de un elemento adicional de la unidad del Figura 3. El regulador de la invención se muestra en la Figura 3 , donde se indica en general con el número de referencia 1; el regulador comprende una válvula 2 que
tiene un conducto de entrada 3 para el gas Pa de alta presión, un conducto de distribución 4 para el gas de baja presión Pb y un obturador de regulación indicado en general con el número de referencia 5, para reducir 5 y regular la presión de distribución de gas. El obturador 5 se soporta en forma deslizante por un tallo 6 conectado a una membrana elástica 7 que corresponde a la cabeza 8 de control del regulador 2. La membrana define dentro de la cabeza 8 una cámara superior 9 y
10 una cámara inferior 10, esta última que se conecta a través de un tubo 10a a una primera vía de salida 11 de la válvula piloto 12 para controlar el movimiento del obturador 5. La válvula piloto 12, mostrada en detalle en
15 las Figuras 6 y 7, se adapta para controlar el movimiento del obturador 5 de regulador de regulación y comprende una primera cámara 13 con una primera vía de entrada 14, una primera vía de salida 18 que se comunica con el conducto 4 de distribución y una
20 segunda cámara 16 conectada al conducto 4 de distribución . De manera más particular, en la segunda cámara 16, el tapón del obturador de intercepción indicado en general con el número de referencias 17 se
25 arregla, adaptado para abrir y cerrar la vía de entrada
14 para permitir que el gas que viene del conducto auxiliar 15 entra en la primera cámara 13. La invención proporciona que la primera cámara 13 tenga una segunda vía de salida 11 que se comunica a través del tubo 10a con la cámara inferior 10 y la cámara superior 9 y la vía de entrada 14 se interconectan entre sí a través de un conducto 9a a un conducto auxiliar 15 que contiene gas a una presión intermedia Pm entre la alta presión Pa y la baja presión Pb . De manera más particular, el obturador de regulación 5 mostrado en detalle en la Figura 5, se arregla en una cámara 20 elaborada en el cuerpo 2a del regulador 2 y comprende un deflector 21 móvil, cilindrico fijado al tallo 6 y que coopera con un medio elástico que consiste de un muelle helicoidal 22 que provoca que el obturador se mueva de forma elástica a lo largo de la dirección vertical indicada con el número 23 para permitir o impedir la afluencia de gas Pa de alta presión al conducto 4 de distribución. Como ya se menciona, el movimiento vertical del obturador se controla por la membrana elástica 7 arreglada en la cabeza 8 de control y encerrada entre dos discos 71 y 72 en los cuales están actuando respectivamente la presión intermedia Pm y la presión
s-t k-SbÁ t »*«»* fe de pilotaje Pb . En realidad, si la fuerza ejercida por el gas en la presión Pm en el disco superior 71 es mayor que la suma de la fuerza desarrollada por el gas en la 5 presión Pb y la fuerza elástica generada por el muelle 22, el def lector cilindrico 21 baja como se muestra en detalle en la Figura 4, para prevenir la fluencia de gas Pa de alta presión al conducto 4 de distribución. Inversamente, si la suma de la fuerza
10 ejercida por el gas a la presión Pp y la fuerza elástica del muelle es menor que la fuerza ejercida por el gas a la presión Pm, el deflector 21 se levanta a la posición indicada a la Figura 5 para permitir la fluencia de gas Pa de alta presión al conducto 4 de
15 distribución. En cuanto al tapón ya mencionado del obturador 17 de intersección mostrado en detalle en las Figuras 6 y 7, se arregla una segunda cámara 16 definida por el cuerpo 12a de la válvula 12 piloto y
20 comprende un cuerpo oscilante 17a que se puede mover de manera vertical en la cámara 16 que se restringe al cuerpo 12a a través de dos membranas elásticas anulares 32 y 33. En la parte superior, el tapón se soporta por
25 medios elásticos superiores que consisten un muelle
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15 la temperatura del conducto 10a. Una variación de construcción puede ser diferente de la precedente al tener una garganta 18 en el conducto 18a en lugar de la vía de salida 18. Para una operación correcta de la válvula
20 piloto 12, es necesario llevara a cabo una calibración al activar en el tornillo 35, de modo que la vía de entrada 14 se intercepta por el obturador 15 cuando la presión Pb dentro de la segunda cámara 16 está consistente con el valor predeterminado de la presión
25 Pb de distribución.
De esta manera, una posible disminución de la presión Pb dentro de la cámara 16 debido a una mayor demanda de gas de distribución, provoca la abertura de la vía de entrada 14 y permite la afluencia de gas en la presión intermedia Pm dentro de la primera cámara 13. Puesto que la presión Pm es siempre mayor que la presión Pb, la presión del gas Pp contenido en la vía de salida 11 es sustancialmente igual a la presión Pm y el gas contenido en la cámara 13 se lamina a través de la garganta 18a al conducto 4 de distribución . Por lo tanto, una disminución de la presión
Pb del gas de distribución provoca una salida del conducto 10a de gas a una presión Pp sustancialmente igual a la presión Pm que alcanza la cámara inferior 10 de la cabeza 8 de control, provoca la abertura del obturador 5 de regulación y en consecuencia un incremento de la presión Pb del gas de distribución. Contrariamente, un incremento de presión Pb del gas de distribución provocará que el gas contenido en la vía de salida 11 esté a una presión Pp igual a la presión del gas de distribución Pb que alcanza la cámara inferior 10 de la cabeza de control, siendo menor que la presión Pm que existe por arriba de la
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membrana, provocará que el obturador 5 de regulación cierre y en consecuencia una disminución de la presión Pb del gas de distribución. Es importante señalar que un posible incremento de temperatura del regulador completo 1 y de manera más particular del conducto 10a que conecta la primera cámara 3 y la cámara inferior 10, no comprenda ninguna variación de presión Pb del gas de distribución . En realidad, en caso de incremento de temperatura del gas contenido en el conducto 10a, existe un incremento de presión Pp que se absorbe por el volumen del gas corriente abajo debido a una fuga espontánea a través de la garganta 18b. De esta manera, no hay pérdida de gas a la atmósfera como ocurre con la técnica anterior. Además, el dispositivo de la invención reduce también los costos que surgen del desperdicio que se presenta en la técnica anterior debido a que la fuga de gas se transporta de otra manera al usuario. En cuando al conducto auxiliar 15 que suministra gas a una presión intermedia Pm, el conducto se conecta a la salida de un regulador auxiliar indicado en general con el número 40 en la Figura 3 y mostrado también en detalle en la Figura 8.
Este regulador 40 de un tipo conocido per se, proporciona la abertura del la válvula de alivio 41 cuando la presión Pm en el conducto auxiliar 15 excede un valor de umbral establecido cuando se calibra el regulador 40. De manera más particular, un incremento excesivo de la diferencia de presión entre Pm y Pb provocará que la válvula de alivio 41 se abra para descargar el gas desde el conducto 15 al conducto 16a conectado al conducto 4 de distribución. De esta manera, la diferencia de los valores Pm y Pb de presión se mantiene siempre dentro de un intervalo deseado para no dañar la membrana 7 de la cabeza 8 de control en el caso de manipulaciones erróneas, fuga, o incremento de temperatura. En lo anterior, es claro que la invención logre los objetos propuestos. Aunque la invención se describió con referencia a las hojas anexas de los dibujos, puede experimentar en la etapa de construcción, posibles modificaciones de otra manera que caen dentro del alcance inventivo y por lo tanto se consideran que se cubren por la presente patente como se expone en la reivindicaciones anexas.