Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для очистки трубопроводов путем продувки

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и может использоваться для очистки магистральных трубопроводов после их сооружения.

При сооружении магистральных трубопроводов в их полости остается существенное количество загрязнений. Это могут быть частицы грунта, песок, сварочный грат, окалина, остатки электродов и т.п. Для очистки полости линейной части магистральных трубопроводов от перечисленных загрязнений по участку трубопровода пропускают внутритрубные очистные устройства. С этой целью на магистральных трубопроводах предусмотрены камеры запуска и приема очистных устройств.

Однако помимо основной трубы, на магистральных трубопроводах присутствуют трубы меньшего диаметра и сложной пространственной конфигурации, такие как отводы потребителям, обвязки крановых узлов и другие технологические трубопроводы. В указанных трубах после завершения строительства могут оставаться загрязнения, впоследствии приводящие к повреждению запорных элементов трубопроводной арматуры при ее первоначальном открытии уже во время эксплуатации магистрального трубопровода.

Очистка таких труб при помощи внутритрубных устройств затруднена из-за наличия крутоизогнутых отводов и малой протяженности.

Данная проблема особенно актуальна для газопроводов, поскольку в них скорость движения продукта значительно выше, чем в трубопроводах, транспортирующих жидкие среды, а также потому, что на магистральных газопроводах используются не шиберные или клиновые задвижки, а шаровые краны, восприимчивые к эрозионному износу. Одним из путей решения данной проблемы может быть продувка трубопроводов обвязки крановых узлов после завершения их испытаний на прочность пневматическим способом. Однако для выполнения такой продувки необходимо открыть один из кранов обвязки, позволяющий выпустить на продувочную свечу содержимое трубопроводов. Но именно в этот момент и будет происходить наиболее интенсивный эрозионный износ запорного органа крана - шара. Впоследствии такой поврежденный шар уже не сможет обеспечить герметичность перекрытия потока газа краном.

Таким образом, очевидно, что в процессе продувки и, в особенности, в ее начале, все краны должны пребывать в открытом положении. Для обеспечения этого условия на конце продуваемого трубопровода может быть временно приварен дополнительный кран, который открывают после достижения необходимого для продувки давления. После продувки кран срезают с частью трубы. Описанное решение иногда применяется в практике строительства магистральных газопроводов, однако следует учитывать, что такой кран является расходным материалом, поскольку в результате продувки повреждается сам, что существенно увеличивает затраты на строительство.

Известен способ очистки полости трубопроводов продувкой (ВСН 011-88 Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Очистка полости и испытание. М.: Миннефтегазстрой, 1990, стр. 17), в котором осуществляют продувку при помощи штатной запорно-регулирующей арматуры, что приводит к ее выходу из строя.

Известен способ очистки полости трубопроводов продувкой (СП 111-34-96 Свод правил по очистке полости и испытанию газопроводов. М.: РАО "Газпром", 1996, стр. 29), в котором выполняют продувку с применением высокопроизводительных компрессоров, выполненных на базе авиационных двигателей, что усложняет процесс продувки и увеличивает капитальные затраты на сооружение трубопроводов.

Наиболее близким к предложенному устройству (прототипом) является устройство, используемое в способе очистки тракта трубопровода (патент РФ №2212958, В08В 5/02, опубл. 27.09.2003) путем продувки его газом. Во входное и выходное отверстия трубопровода устанавливают заглушки, причем в выходное отверстие устанавливают разрушающуюся при расчетном давлении заглушку, выполненную из резины. Затем в полость трубопровода нагнетают давление. Однако резина, используемая в известном решении для изготовления разрушающейся заглушки, имеет слабо предсказуемые прочностные свойства, которые, кроме всего, зависят от температуры окружающего воздуха в момент проведения работ, которая может находиться в диапазоне -40°С ÷ 40°С. Вследствие этого разрушение заглушки может происходить задолго до достижения необходимого давления, или, наоборот, при давлении, значительно превышающем необходимое. Тогда продувка будет выполнена неэффективно (при низком давлении), либо будет происходить перерасход топлива и машино-часов компрессорного агрегата, используемого для нагнетания воздуха в трубопровод (при слишком высоком давлении разрушения).

Кроме того, следует учитывать, что, в связи с анизотропией свойств материала заглушки, при наборе давления в трубопроводе может произойти надрыв заглушки в ее наиболее слабом месте с образованием небольшой течи, а только затем - полное разрушение заглушки, что снизит первоначальный импульс, возникающий при продувке и, как следствие, эффективность самой продувки.

Также известным устройством не обеспечивается компенсация динамической нагрузки на продуваемый трубопровод, возникающей в осевом направлении в момент разрушения заглушки, что не позволяет устанавливать устройство на незакрепленные трубопроводы, или на трубопроводы, имеющие изгиб перед продуваемым концом, поскольку отдача, возникающая в момент разрыва заглушки, может изогнуть или повредить незакрепленный продуваемый трубопровод.

Кроме того, приварка фланцев с обоих концов очищаемого трубопровода не оправдана технологически, поскольку участки трубопроводов при сооружении и так ограничены силовыми заглушками.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка устройства для эффективной очистки полости трубопроводов, в т.ч. трубопроводов диаметром DN 300 и менее, имеющих сложную пространственную конфигурацию и крутоизогнутые отводы, путем продувки потоком воздуха с большой скоростью.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является расширение арсенала технических средств для очистки полости трубопроводов путем продувки, повышение эффективности очистки трубопровода за счет возможности задавать с достаточно высокой точностью давление срабатывания устройства, а также повышение надежности и безопасности процесса очистки за счет исключения возможности повреждения трубопровода в процессе очистки.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для очистки трубопроводов путем продувки, включающее корпус, выполненный в виде соединенных перпендикулярно двух полых металлических цилиндров, имеющий входное и два выходных отверстия, причем на каждом из выходных отверстий корпуса установлена крышка, зафиксированная с помощью болта. Оба болта соединены между собой в полости корпуса с помощью муфты, и над каждым из болтов установлена предохранительная планка, закрепленная на соответствующей крышке. Один из болтов выполнен с возможностью разрушения при создании в корпусе необходимого давления. Каждая из крышек оснащена крепежной серьгой.

На чертеже представлен разрез предлагаемого устройства.

Устройство для очистки трубопроводов путем продувки состоит из корпуса 1, имеющего одно входное и два выходных отверстия, выполненного из двух полых металлических цилиндров, например, из двух отрезков стальных труб, жестко соединенных, например, сваркой, перпендикулярно между собой. На выходных отверстиях установлены крышки 2 и 3, зафиксированные на корпусе 1 разрывным болтом 4 и крепежным болтом 5, соответственно. Разрывной болт 4 представляет собой стандартное изделие по ГОСТ 7808-70, класса прочности не ниже 5.8, в котором на расстоянии от головки режущим инструментом выполнена проточка в виде канавки. Глубину проточки выбирают по результатам расчета на прочность конструкции предлагаемого устройства в собранном виде таким образом, чтобы обеспечить разрыв болта 4 по этой проточке при достижении необходимого внутреннего давления в полости корпуса 1 и его разгерметизацию. Болты 4 и 5 соединены между собой в полости корпуса 1 посредством муфты 6, снабженной внутренней резьбой. Герметичность между корпусом 1 и крышками 2, 3 обеспечивают резиновые кольца 7 и фторопластовые шайбы 8. Над каждым из болтов 4 и 5 установлены соответствующие предохранительные планки 9, 10, закрепленные на крышках 2 и 3, соответственно, с помощью болтов 11 и втулок 12. К каждой из крышек 2, 3 приварена крепежная серьга 13, 14, соответственно. Через крепежные серьги 13, 14 продеты крепежные элементы 15, например, канаты, концы которых закреплены на продуваемом трубопроводе, что позволяет избежать разлета крышек 2, 3 в момент разрушения болта 4.

Устройство работает следующим образом.

На открытый конец подвергаемого очистке трубопровода приваривают предлагаемое устройство. При достижении в корпусе 1 необходимого давления, величина которого предварительно рассчитывается, исходя из требуемой скорости потока, продолжительности продувки и объема продуваемого трубопровода, происходит разрыв болта 4 и крышки 2, 3 отрываются от корпуса 1, при этом канаты 15 препятствуют разлету крышек 2, 3. Происходит продувка трубопровода и вынос мусора через образовавшиеся отверстия.

В процессе продувки наблюдают за струей воздуха на выходе из трубопровода. Если к моменту завершения продувки струя воздуха чистая и прозрачная, то после снижения давления в полости трубопровода до атмосферного, устройство для очистки трубопровода демонтируют и вместо него на конце трубопровода устанавливают заглушку. Если качество очистки неудовлетворительное, то продувку повторяют, предварительно заменив разрушенный болт 4 на новый болт такого же размера и изготовленный из того же материала.

После достижения удовлетворительных результатов очистки предлагаемое устройство демонтируют и используют его для очистки другого трубопровода.

Предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами:

- продувка трубопровода начинается мгновенно и точно в момент достижения максимального значения давления в трубопроводе, что позволяет создать оптимальный импульс струи воздуха при продувке и обеспечивает высокую эффективность очистки трубопровода;

- при срабатывании устройства отрыв крышек 2, 3 в обе стороны происходит одновременно, за счет чего импульсы отдачи, воздействующие на конец продуваемого трубопровода и направленные перпендикулярно его оси, взаимно уравновешиваются, что позволяет устанавливать устройство на любой трубопровод, в том числе с изогнутым концом и слабо закрепленный, исключает повреждение трубопровода, и, тем самым, повышает надежность и безопасность процесса очистки;

- варьируя диаметром проточки на разрывном болте 4, можно с достаточно высокой точностью задавать давление срабатывания устройства, что позволяет повысить эффективность очистки трубопровода;

- устройство может использоваться много раз, поскольку для его повторного применения необходима только замена разрывного болта 4, а все остальные детали используются многократно.

- при использовании предлагаемого устройства исключается разлет каких-либо его деталей в момент срабатывания, поскольку крышки 2, 3 зафиксированы при помощи канатов 15, а разрывной болт 4 и болт 5 удерживаются предохранительными планками 9, 10.