(57)【要約】  本開示のピッグ・トラップ１０は、バレル１１の側壁１２に沿って配置され且つピッグ又はツールの垂直部材７１の裏側７５に向かって流体の噴流を送達するように配向された、１つ又は複数のインゼクタ若しくはノズル８１を含み得る。ノズル８１は、長手方向に延在する管８７を含む組立体の一部であってもよく、管８７は、入口端部９９に位置する平坦な輪郭のフランジ８９と、ノズル端部に位置する湾曲した輪郭のフランジ９１と、２つの端部間の屈曲部１０５とを有する。組立体がピッグ・トラップの側壁開口部内に設置された場合、ノズル８１は、ピッグの垂直部材７１の裏側７５に向かって流体の噴流を送達する。漏れ経路１１１が、フランジを貫通して設けられるか、又は、側壁開口部と湾曲した輪郭のフランジ９１の外周との間に形成され得る。従来の発射機の発射力の１０から１５倍よりも大きい発射力が達成され得る。
2020531752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピッグ・トラップ流体インゼクタ組立体であって、
入口端部（９９）、出口端部（１０１）、及び、水平線に対して斜角αで前記端部（９９／１０１）間に配置された少なくとも１つの屈曲部（１０５）を含む、長手方向に延在する管（８７）と、
前記入口端部に配置され、且つ、複数のボルト穴（１０３）を含む、平坦な輪郭のフランジ（８９）と、
前記出口端部（１０１）に配置され、且つ、開口部（８２）を含む、湾曲した輪郭のフランジ（９１）と、
少なくとも部分的に前記開口部（８２）内に配置されたノズル（８１）と、
を備え、
前記ピッグ・トラップ流体インゼクタ組立体がピッグ・トラップの側壁開口部（２４）内に設置されるときに、前記ノズル（８１）が、流体の噴流を下流方向に送達するように配向される、ピッグ・トラップ流体インゼクタ組立体。
【請求項２】
前記平坦な輪郭のフランジ（８９）及び前記湾曲した輪郭のフランジ（９１）のうちの少なくとも一方が、前記フランジを貫通する流体漏れ経路（１１１）を提供するように構成された少なくとも１つのポート（９２）を含む、請求項１に記載のピッグ・トラップ流体インゼクタ組立体。
【請求項３】
前記ピッグ・トラップ流体インゼクタ組立体が前記ピッグ・トラップ（１０）の前記側壁開口部（２４）内に設置されたときに、前記側壁開口部及び前記湾曲した輪郭のフランジ（９１）の対向部分間に流体漏れ経路（１１１）が形成される、請求項１に記載のピッグ・トラップ流体インゼクタ組立体。
【請求項４】
前記ノズル（８１）を収容し且つハウジング（１２１）と前記ノズル（８１）の外側表面（１１５）との間に環状空間（１１３）を形成するハウジング（１２１）
をさらに備える、請求項１に記載のピッグ・トラップ流体インゼクタ組立体。
【請求項５】
前記ハウジング（１２１）が、一方の端部に絞り板（１２３）を含む、請求項４に記載のピッグ・トラップ流体インゼクタ組立体。
【請求項６】
前記絞り板（１２３）が、前記絞り板（１２３）を貫通する流体漏れ経路（１１１）を提供するための少なくとも１つのポートを含む、請求項５に記載のピッグ・トラップ・インゼクタ組立体。
【請求項７】
前記湾曲した輪郭のフランジ（９１）が、前記ピッグ・トラップの側壁（１２）の曲率に相補的に構成される、請求項１に記載のピッグ・トラップ流体インゼクタ組立体。
【請求項８】
弁（８３）を含む前記ノズル（８１）
をさらに備える、請求項１に記載のピッグ・トラップ流体インゼクタ組立体。
【請求項９】
前記弁（８３）と連通している弁状態表示器（８５）
をさらに備える、請求項８に記載のピッグ・トラップ・インゼクタ組立体。
【請求項１０】
ピッグ・トラップであって、
側壁開口部（２４）を含むバレル（１１）と、
水平線に対して非垂直な角度αで前記側壁開口部（２４）内に配置され、且つ、前記ピッグ・トラップ（１０）の閉鎖扉（２２）の方向とは反対の方向に流体の噴流を送達するように配向された、少なくとも１つのノズル（８１）と、
を備える、ピッグ・トラップ。
【請求項１１】
前記側壁開口部（２４）と前記少なくとも１つのノズル（８１）の外周との間に配置された少なくとも１つの漏れ経路（１１１）
をさらに備える、請求項１０に記載のピッグ・トラップ（１０）。
【請求項１２】
弁（８３）を含む前記少なくとも１つのノズル（８１）と、
前記弁（８３）と連通している弁状態表示器（８５）と、
をさらに備える、請求項１０に記載のピッグ・トラップ（１０）。
【請求項１３】
前記弁（８３）及び前記弁状態表示器（８５）と連通している、実行可能命令を含むコントローラ
をさらに備える、請求項１２に記載のピッグ・トラップ（１０）。
【請求項１４】
前記バレル（１１）が、前記バレル（１１）に沿って配置され且つ前記バレル（１１）内にあるときのピッグの軸方向位置を示すように構成された少なくとも１つの位置決めピン（１３１）を含む、請求項１０に記載のピッグ・トラップ（１０）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのノズル（８１）と連通しており、且つ、前記バレル（１１）の床の上方で前記バレル（１１）の下半分（７３）内に配置された、湾曲した流体分配格子（１５）であって、複数のポートを含む有孔基材を具備する、湾曲した流体分配格子（１５）
をさらに備える、請求項１０に記載のピッグ・トラップ。
【請求項１６】
パイプライン・システム内にピッグを発射する方法であって、
主パイプライン製品流の一部分をピッグ・トラップ（１０）のバレル（１１）の側壁開口部（２４）内に配置されたノズル（８１）内へ迂回させるステップであって、前記ノズル（８１）が、水平線に対して非垂直な角度αに配向されている、ステップと、
前記迂回された部分の一部を、前記ノズル（８１）を通じて前記ピッグの垂直要素（７１）の裏側（７５）に向かって吐出するステップであって、前記吐出された部分が、前記垂直要素（７１）の前記裏側（７５）に衝突する、ステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記吐出された部分が、前記ピッグが前記バレル（１１）内で前進するにつれて、前記ピッグの少なくとも１つの他の従垂直要素（７１）に衝突する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
主パイプライン製品流の一部分が前記ノズル（８１）の外周の周りの環状空間（１１３）を満たすことを可能にするステップ
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、パイプライン・システム内にパイプライン・ピッグ又は診断ツールを発射するために使用される、ピッグ・トラップ又は発射機に関する。ピッグ発射機の主要目的は、パイプライン・システムを流れる流体を途切れさせることなしに、パイプライン・システム内にピッグ又はツールを発射することである。
【背景技術】
【０００２】
ピッグ発射（及び受取り）システムは、具体的な目的及び製品に応じてそれぞれ異なる。それらの変形には、弁の配置、自動化された機構、発射筒又はバレルの長さ、閉鎖扉のタイプ、及び、断面積が減少したバレルの領域内へピッグを移動させるための手段（例えば、重力、ねじ）などといったことが含まれる。これらの変形に関わらず、全ての発射機及び受機は、１つ又は複数のピッグ若しくはツールを保持するバレルと、バレルをパイプライン・システムに接続する大型の分岐接続部とを含む。ピッグをパイプライン・システム内に発射する準備が整うと、Ｔ字区間が、パイプライン流体流をバレル内に位置決めされたピッグのうちの１つ又は複数のピッグの後方のバレルの端部内へ迂回させる。ピッグを発射のための位置まで移動させるため、及び、ピッグを発射するために、重力及び動圧が使用される。いくつかの状況では、これらの流体特性及び機械特性は、発射には不十分であり、手動での介入が必要とされる。
【０００３】
発射機は、効率的な流体デバイスとして設計されておらず、また、ピッグを発射するのに最も効率的であるとされ得る最大限の力が印加されるようにも設計されていない。その代わりに、流体は、バレルの壁に垂直な流体噴流としてバレルに侵入する。噴流の運動量は、バレルの片側からもう片側へ渡り、運動量のほとんどを減少させて、直接の仕事を何も行わずにバレルの圧力までその動圧を低下させる。
【０００４】
さらに、流体流は、典型的には、バレルに入る管の分岐又はスタブの大きな直径により、比較的低速である。例えば、キッカ管路は、典型的には、主管路の約３分の１の直径である（例えば、３０．４８ｃｍ（１２インチ）の主管路、１０．１６ｃｍ（４インチ）のキッカ管路）。従来技術の発射ユニットは、典型的には、毎秒約２．２３メートル（毎秒７．３フィート）を超える流体の流れを可能とせず、また、パイプライン製品流がそのような速度を支持するための範囲内にある非常にまれな状況では、せいぜい毎秒９．１４メートル（毎秒３０フィート）を可能とする。この範囲内の速度は、０．７６２ｃｍ（約０．３インチ）の水柱のよどみ点圧力、又は約０．０７ｋｐａ（０．０１ｐｓｉｇ）のよどみ点圧力を作り出す。６４５．２平方ｃｍ（１００平方インチ）の面積を有するピッギング要素の裏側に印加されると、４．４５Ｎ（おおよそ１ｌｂｆ．）の力が作り出される。
【０００５】
いくつかの状況下では、発射に対する障害物−酸化金属及び砂、デブリ、氷、並びにパラフィンなど−が、ピッグの運動に抵抗するかピッグの運動を妨げる場合がある。ピッグが発射のための位置まで直ちに移動しない場合、必要とされる圧力は、ピッグの後方で上昇せず、ピッグは、続いて配管システム内に発射されることができない。
【０００６】
多くの場合、発射機は、発射されるのを待ついくつかのピッグ又はツールを収容する。全てのピッグが一度に発射されないことを保証するために、液圧で作動されるピンなどのいくつかの機械的手段が用いられなければならない。それらのピッグを収容し且つ制御するためのコストは、必要とされる液圧シリンダ、バレル上の追加の溶接箇所、液圧シリンダ付属品、シリンダに動力を供給するための液圧動力ユニット、及び、どのピッグが発射されるかを制御するための水力学に固有の制御装置を支持することにとって重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０３６９９３０Ａ１号
【特許文献２】米国特許第９，６５１，１９０Ｂ１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の指向性噴流衝撃ピッグ発射システム及び方法の実施例は、機械的な支援デバイス又は傾斜構造を必要とせずに、ピッグ又はツールを発射位置まで移動させる。実施例では、少なくとも１つのノズルが、水平線に対して非垂直な角度又は９０°未満の斜角でピッグ・トラップの内側壁に沿って配置され、且つ、流体の噴流をピッグ・トラップ・ノズル組立体と流体連通している主パイプライン製品流の速度を上回る速度で下流方向に送達するためのサイズとなされ得る。主パイプライン製品流の一部分がノズル内へ向かわされてもよく、ノズルは、発射方向においてピッグの作業面の裏側に衝撃力を提供する。制御システムが、ピッグの発射及び発射の報告を促進するために、少なくとも１つのノズル及び主パイプラインと流体連通している適切な弁を開閉するためのアルゴリズムを実行する一時的でないコンピュータ可読媒体を含んで使用され得る。
【０００９】
本システム及び方法は、従来技術の発射システムに比べてより単純でより故障の少ない、パイプライン・システム内へピッグ又は診断ツールを発射する手法を提供する。任意の直接の仕事を行う前にバレルの片側からもう片側へ横断する低速の流体噴流を送達する代わりに、本システムは、ウレタン要素（ディスク又はカップ）のような垂直部材などのピッグの作業面に向けられる高速の（場合により音速の）流体噴流を適用する。この手法は、予め定められた発射シーケンスのより確実な遂行を実現し、且つ、早まった発射を防ぐための機械的手段の必要性を排除することができる。従来の発射機の発射力の１０から１５倍よりも大きい発射力が達成され得る。
【００１０】
本発射システムは、新たな発射機の作製段階において実装されてもよく、又は、既存の発射機に組み込まれてもよい。本発射システムはまた、二方向性の能力が重視される場合に受機が発射機を兼ねることを可能にするために、受機に適用されてもよい。いくつかの実施例では、Ｔ字区間の前方の逃し穴式蝶形弁が、パイプライン流体流を主管路から迂回させるために使用されて、発射システムへのその流れを制御又は調節するのに役立ち得る。
【００１１】
実施例では、発射システムは、集中した高速の流体噴流の形で、衝撃又は運動量に基づく力をピッグに印加する。噴流は、パイプライン製品流体（伝達流体）であってもよく、伝達流体と互換性がある二次流体、又は、伝達流体と二次流体のいくつかの組合せが使用されてもよい。噴流の包絡面は、二次流体、並びに固形物及び堆積物を巻き込み得る。
【００１２】
インゼクタ又はノズルから吐出される噴流は、ピッグの前ウレタン要素（ディスク又はカップ）、後ウレタン要素、又は前後のディスク若しくはカップ間に配置されたウレタン要素に向けられ得る。例えば、前ウレタン要素の背面に向けられた場合、噴流によって与えられた衝撃力は、静止摩擦を克服し、ピッグが移動し始めると、動摩擦を克服して、後続のウレタン要素又は他の垂直部材が噴流によって作用されるにつれて、ピッグを加速させる。
【００１３】
各インゼクタ又はノズルは、バレルの周りで望ましい任意のクロック・ポジションに配置されて、下流に向けられ得る。クロック・ポジションに関わらず、ノズルは、バレルの中央長手軸に対して斜角に、又は中央長手軸に対して直角に配向され得る。いくつかの実施例では、ノズルは、噴流が下部に又はピッグの裏側に向けられるように、配置される。他の実施例では、２つ以上のノズルが、ピッグの有効な発射領域内で使用される。
【００１４】
さらなる力を追加するために、又は、予め定められた時間系列に従って２つ以上のピッグがバレルから順次発射され得るように、一連のインゼクタ又はノズルが、バレルに沿って配置され得る。いくつかの実施例では、２つ以上のピッグ間の間隔により、各ピッグを所定の位置に保持して早まった発射を防ぐために、機械的手段は必要とされない。他の実施例では、下流のピッグが発射されているときに前進を防ぐ力を提供するために、追加のノズルが、上流方向に配向され得る。さらに他の実施例では、発射システムは、ピッグ又はツールを発射位置まで移動させるねじ式デバイスを含むことができ、インゼクタは、ピッグを発射するための衝撃力を提供する。
【００１５】
いくつかの実施例では、バレルのより低い床部分の上方に分配格子（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｇｒｉｄ）が配置される場合があり、それにより、分配格子は、流体がバレルに入っているピッグ又は診断ツールと直ちに相互作用しピッグ又はツールを持ち上げて摩擦の影響を無効にするように、バレルに侵入する流体を位置決めする。摩擦を減少させることは、ピッグを発射できることの容易さを著しく向上させる。また、摩擦を減少させることは、ピッグの引きずり又は氷の形成が原因でピッグの発射が失敗する可能性を排除する。流体は、従来技術の発射機の方法と同じ又は類似した方法でバレルに侵入してもよい。
【００１６】
分配格子は、ピッグを床から垂直に持ち上げ且つピッグを発射方向に軸方向に移動させる流体噴流を（したがって、差圧を）作り出す、複数のポートを有するシートの形態をした有孔基材であってもよく、複数のポートのうちのいくつかは、発射方向に角度を付けられ得る。この構成は、水平な発射機であっても圧力及び運動量のみを用いてピッグを前進させてパイプラインに入れることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】任意選択の流体トレイ（ｆｌｕｉｄｉｃ  ｔｒａｙ）又は分配格子を有する、従来技術のピッグ発射機又はトラップの概略図である。本開示の改善されたピッグ・トラップでは、発射機は−分配格子の有無に関わらず−発射されるべきピッグ又は診断ツールの垂直部材に高速度の集中した流体の噴流を送達するために、本開示の１つ又は複数のインゼクタ若しくはノズル（例えば、図３〜９及び１１参照）を発射機のバレルに沿って下流方向に向けて配置することによって、改良され得る。バレル内及びノズルへの流れを制御するために、弁が使用され得る。弁表示器が、圧力センサ、流量センサ、及び温度センサと一緒に、ピッグ又は診断ツールを主パイプライン内へ発射するのに適した時と場所で弁を自動的に開閉する制御システムに、信号を送ることができる。
【図２】本開示のピッグ発射システムに関連して使用され得る制御システムの実施例の概略図である。
【図３】設置前のインゼクタ又はノズル組立体の実施例の正面図である。組立体は、入口端部に位置する平坦な輪郭の（パンケーキ）フランジと、出口又はノズル端部に位置する湾曲した輪郭のプレート若しくはフランジとを含む。平坦な輪郭のフランジは、典型的な発射機上の２つのキッカ管路フランジ間に嵌合するように構成され得る。より小さい湾曲した輪郭のフランジは、発射機のバレルの内側表面に嵌合され得る。屈曲部が、水平線に対して斜めのノズル角度を提供する。平坦な輪郭のフランジは、圧力均一化のための漏れ経路を提供するために、１つ又は複数のポートを含み得る。
【図４】図３の実施例の側面図である。
【図５】図３の実施例の上面図である。
【図６】図３の実施例の断面図である。
【図７】ノズルをバレルの表面と一体にするために終端するときのインゼクタ又はノズル組立体のより小径の端部の図である。ノズルから出る自由噴流がどのようにしてピッグの裏側に向かって配置された垂直要素と相互作用し得るかをより良く示すために、ピッグがバレル内に配置されている。他の実施例では、ノズルは、前部の又はより前方の垂直要素が第１の相互作用点であるように、配置され得る。
【図８】重いピッグに有用な流体分配格子を含む発射機のバレル領域内にインゼクタ又はノズル組立体が設置又は配置され得る場合を示す図である。いくつかの実施例では、格子は、ノズルの下方に位置する。他の実施例では、ノズルは、格子の側壁に接続し得る。複数のノズルが、格子とともに又は格子の代わりに使用され得る。
【図９】本開示のノズル組立体のインゼクタの実施例の分解組立図（ｅｘｐｌｏｄｅｄ  ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｖｉｅｗ）である。取付パンケーキ・フランジは、２つのキッカ管路フランジ間に配置され得る。いくつかの実施例では、フランジは、圧力均一化を実現するために、漏れ経路を含み得る。
【図１０】低速の流れを垂直方向に発射機内へ向かわせる従来技術の発射機の設計によって生成される力と比較した−同等なサイズの発射機、ピッグ、及びパイプライン流速での−本開示の実施例によって生成される発射力の相対的差異を示すグラフである。設計パラメータの変化は、この相対的差異に影響を及ぼし得る。限定的でない実例として、増大した発射力−したがって、増大した相対的差異−は、面積を広げること、差圧を大きくすること、又は、超音速ノズル増大を使用することによって達成され得る。
【図１１】発射機のバレル領域内にインゼクタ又はノズル組立体が設置又は配置され得る場合を示す図である。バレルの周りでの又はバレルに対する様々なクロック・ポジションを含むがこれに限定されない他の設置構成が使用され得る。
【図１２】インゼクタ又はノズル組立体の実施例の等角図である。偏心体は、内側の管の嵌合を促進し、且つ、半径からの急な曲り又は旋回により必要とされる軸方向が作り出されることを可能にする。湾曲したプレートは、圧力均一化のための漏れ経路を提供する１つ又は複数のポートを含み得る。
【図１３】バレルに適合し且つノズルを割出しする湾曲したプレートを含まない、インゼクタ又はノズル組立体の別の等角図である。プレートを取り除くことにより、ノズルがピッグを前進させるためにどのようにしてバレルにおいて終端し、必要とされる軸方向を作り出して、ピッグの背面又はピッグの垂直部材に対抗する力を形成するかを、より良く示すことができる。
【図１４】ハウジングの底における減少した断面又は閉塞物を示す反転等角図である。閉塞物を提供するプレートは、圧力均一化のための漏れ経路を提供するポートを含み得る。
【図１５】ステージングのための１つ又は複数のピッグを位置決めし且つ発射機内の各ピッグの位置に関してオペレータに信号を送るために、空気圧、液圧、又は他の方法で作動される離間された小型のピンを使用する、本開示の実施例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示において、高速噴流−本明細書では、集中噴流又は指向性噴流とも呼ばれる−は、主パイプライン流速度のそれを上回る速度でピッグ又はツールの作業面の裏側上の特定の所定の領域に向かってインゼクタ又はノズルの吐出領域から出て、典型的なキッカ管路運転の場合のようにパイプライン製品が発射機の後部に流入するときに生成される力よりも著しく大きな集中した力を作り出す、流体噴流である。流体噴流は、バレルの中心線に対して非垂直な角度でバレルに侵入する。
【００１９】
流体は、主パイプラインを流れてノズル内へ迂回されてノズルを流れる、パイプライン製品の一部分であってもよい。ピッグ又はツールの直径の長さの少なくとも２倍を上回る長さにわたって維持され得る高速度は、時刻ｔにおいてピッグ又は診断ツールが受ける静止摩擦又は動摩擦を上回る力を時刻「ｔ」において生成するのに、十分である。この力の要求を満たす又は超えるために、２つ以上のノズルが使用されてもよい。この力をピッグにまで及ばせるために、超音波ノズルも使用され得る。
【００２０】
典型的なキッカ管路運転を通じて発射機バレルに侵入して、ピッグ又はツールの作業面の裏側上の特定の所定の領域に向けられないものが、低速の（従来技術の）流体の流れである。低速流体の流れは、典型的には、全キッカ管路径から、また、バレルの中心線に垂直に、バレルに侵入する。
【００２１】
発射機及びピッグ・トラップという用語は、本開示を通して互換的に使用され得る。発射機又はトラップは、発射機、受機、又はその両方として構成され得る。
【００２２】
インゼクタ及びノズル、又はインゼクタ組立体及びノズル組立体という用語は、本開示を通して互換的に使用され得る。
【００２３】
パイプライン・ピッグ及び診断ツールという用語は、互換的に使用され得る。それぞれは、マンドレル体を含み、このマンドレル体は、典型的には、ピッグ又はツールが差圧下でパイプラインを通って前進し得るように体の周りに配置された２つ以上のエラストマ・ディスク、カップ、又は密閉要素を有する。
【００２４】
下流、又は発射方向は、発射機バレルの閉鎖扉から離れる方向、又は閉鎖扉とは反対の方向である。発射位置にあるとき、ピッグ又はツールの後方端部は、発射機バレルの閉鎖扉側に向かって配置されており、ピッグ又はツールの前方端部は、主パイプライン流に向かって配置されている。ピッグ又はツールの作業面の背面部分は、閉鎖扉側に面する。
【００２５】
パイプライン・ピッグ又はツールの作業面は、マンドレル体の中央長手軸に対して典型的には９０°の角度でピッグ又はツールのマンドレル体から横方向外側に突出する表面である。作業面の実例は、エラストマ又はウレタンの密閉要素などの垂直部材によって表わされる領域である。密閉要素は、カップ又はディスク（又はそれらの均等物）であってもよい。
【００２６】
本開示の指向性噴流ピッグ又はツール発射システム及び方法の実施例は、発射機（トラップ）のバレルに侵入する流体がピッグ又は診断ツールを発射位置まで移動させる高集中流体衝撃又は推進力として働くことを可能にする。任意の直接の仕事を行う前にバレルの片側からもう片側へ横断する低速の流体噴流を送達するのではなく、本システムは、ウレタン要素（ディスク又はカップ）のような垂直部材などのピッグの作業面に向けられる高速の（場合により音速の）流体噴流を送達する。この手法は、所定の発射シーケンスのより確実な遂行を実現し、且つ、早まった発射を防ぐための機械的手段の必要性を排除することができる。従来の発射機の発射力の１０から１５倍よりも大きい発射力が達成され得る。例えば、図１０を参照されたい。さらに、発射力は、従来技術で達成され得るのよりも長い（ピッグ径の倍数として測定されるような）長さにわたって維持され得る。
【００２７】
位置決めピンもまた、ステージングのための複数のピッグ又はツールを位置決めするために、バレルと一緒に存在し得る。実施例はまた、二方向性のピッグ発射能力を可能にし得る。例えば、受機ピッグ・トラップが発射機になって、ピッグをそれが発射された位置に向かって送り返すことができる。
【００２８】
実施例では、少なくとも１つのインゼクタ又はノズルが、発射機又はバレル内に装填された各ピッグに対して発射機の壁に配置され、ピッグの作業面に向かって下流方向に向けられて、集中した流体の噴流をそれらの表面の後部又は後方に面する部分へ送達し得る。作業面は、当技術分野で知られており且つ差圧下でピッグ又はツールを前進させるのに役立つ密閉要素として使用される種類のディスク又はカップなどの、しかしこれに限定されない、エラストマ要素又はウレタン要素のような垂直部材であり得る。いくつかの実施例では、噴流は、垂直部材の背面の下半分に位置する表面領域に向けられる。ピッグ又はツールのマンドレル体に対抗する噴流の部分もまた、ピッグを上昇させて垂直力（例えば、重量）を減少させ、それにより、摩擦の影響力が軽減される。送達の直後、流体の一部分がバレルの片側からもう片側へ横断する従来技術とは対照的に、噴流の全体がピッグに対して作用する。
【００２９】
本システム及び方法は、単一のピッグ若しくは診断ツール又は複数のピッグ若しくはツールの発射を開始するのに必要とされるハードウェア及び溶接物を、著しく減少させることができる。費用の節約は、かなりの額になり得る。例えば、発射機に入り込む分岐回路又はキッカ管路のサイズは、典型的には、同じサイズの従来技術の発射機における場合になるであろうサイズよりも小さくなり、したがって、製造費用が削減される。限定的でない実例として、ノズル管路の断面積は、典型的な分岐又はキッカ管路の断面積の１／１２であり得る（例えば、２．５４ｃｍ（１インチ）のノズル管路、１０．１６ｃｍ（４インチ）のキッカ管路ノズル管路）。他の実施例では、管路の断面積は、キッカ管路の断面積の１／１０であり得る。キッカ管路を有する発射機もまた、インゼクタ又はノズルの位置として使用されるこれらの管路を用いて改良され得る。いくつかの実施例では、インゼクタ組立体は、キッカ管路フランジにより所定の位置に保持される一体の部分組立体としてキッカ・ポータル内に滑り込むことができる。
【００３０】
いくつかの実施例では、一連の制御弁により流体流がインゼクタ又はノズルへ送達されることを可能にするために、分離ヘッダが、１つ又は複数の適用点を維持する。流体は、液体又は気体であってもよく、且つ、主パイプライン製品流の一部分であってもよい。制御弁は、電磁弁であってもよい。次いで、どの制御弁を開くか、いつ制御弁を開くか、及び、どれくらいの時間にわたって開くかを決定するために、制御スキームが用いられる。図１、２、及び９を参照すると、本発射システム及び方法の実施例は、バレル１１を含むピッグ・トラップ又は発射機１０によって動作するように構成されてもよく、このバレル１１は、その側壁１２に沿った主管路バイパス（ヘッダ）１３に接続するように構成された一方の端部に閉鎖扉２２を有する。ヘッダ１３は、主管路に接続され、且つ、１つ又は複数のＴ字区間若しくはキッカ管路（分岐接続部）１７を含み得る。いくつかの実施例では、発射機１０は、発射機／受機として構成され得る。主管路バイパス弁２１−蝶形弁又は逃し穴式蝶形弁であってもよい−が、主製品又は伝達流体をヘッダ１３内へ導き分岐接続部１７を通じて発射機１０のバレル１１内へ導くために配置されてよく、この場合、流体は、少なくとも１つのインゼクタ若しくはノズル８１を含む１つ又は複数のノズル組立体８０を通じて送達される。ノズル組立体８０は、ノズルの吐出領域をバレル１１の内部空間に露呈した状態で、分岐接続部１７のバレル側端部１４に向かって配置され得る。いくつかの実施例では、ノズル組立体８０は、ノズル８１がバレル壁１２と面一に又はほぼ面一になるように構成され得る。バレル１１内では、発射ピン１８が、ピッグ又は診断ツール「Ｐ」をその発射位置に保持して、バレル１１内への主製品又は伝達流体の流れを待ち受けることができる。
【００３１】
いくつかの実施例では、本開示の指向性噴流システム及び方法は、その主題が参照により本開示に組み込まれている米国特許出願公開第２０１６／０３６９９３０Ａ１号で開示されているものと同じ又は類似した「流体トレイ」システムと結合され得る。この組合せは、過度に重いピッグが発射されなければならない場合に有用であり得る。例えば、トレイを使用すると、６８．０４ｋｇから９０．７１ｋｇ（１５０ポンドから２００ポンド）（又はそれ以上）の範囲のピッグの発射が支援され得る。指向性噴流システムは、そのような重いピッグをなおも効率的に発射することができ、また、一箇所に複数の噴流が適用され得る。ポート１６を含む有孔の基材又はシートの形態であり得る流体トレイ１５は、低浮力媒体内の摩擦を軽減して、それらの大型のピッギング・デバイスの自動発射をより良く可能にする。複数のポート１６が、発射方向に角度を付けられ得る。
【００３２】
位置決めピン１３１もまた、ステージングのための複数のピッグ又はツールを位置決めするために、バレル１１に沿って配置され得る。例えば、図１５を参照されたい。ピン１３１は、ステージングに対応する所定の間隔で離間されてもよく、且つ、空気圧式又は液圧式のピン（又はそれらの均等物）であってもよい。実施例はまた、二方向性のピッグ発射能力を可能にし得る。例えば、受機ピッグ・トラップが発射機になって、ピッグをそれが発射された位置に向かって送り返すことができる。
【００３３】
主管路バイパス弁２１が部分的に閉じられるか又は絞られると、制御されたわずかな量の主製品又は伝達流体が、ノズル組立体８０を含む管路１７内へ流れる。発射機バレル１１内の圧力は、一時的に（通常、約１秒間前後）降下してノズル８１における圧力差を作り出し、この圧力差が、ピッグ又は診断ツール「Ｐ」の作業面７１に向けられる高速噴流を確立する。ノズル８１は、パイプライン・システム内に発射されるピッグ又は診断ツール「Ｐ」の作業面へ集中した流体の噴流を送達するように構成及び配向される。ノズル８１によって吐出される噴流のいずれも、直接の仕事を行う前に噴流の一部分がバレル１１を横断するようには向けられない。むしろ、噴流は、ピッグ又はツールの作業面７１に直接に作用する。いくつかの実施例では、噴流は、音速の又は近音速の吐出速度で移動し得る。伝達流体が気体である用途では、吐出速度は、３０４．８ｍｐｓ（毎秒１，０００フィート）を上回り得る。中細（若しくはラバル）ノズル又はその均等物が使用される場合、速度は、超音速領域に及び得る。
【００３４】
ノズル８１への流体流は、１つ又は複数の制御弁８３によって制御され得る。制御弁８３は、高められた圧力がノズル接合部において実現されることを可能にするために、開かれ得る。制御弁８３は、電磁弁であってもよい。どの制御弁８３を開くか、それをいつ開くか、及び、どれくらいの時間にわたって開くかを決定するために、制御スキームが用いられ得る。
【００３５】
ピッグが発射されると、主管路へのピッグの通過を示すために、ピッグ信号表示器３９が使用され得る。弁−主管路バイパス弁２１、キッカ弁２５、遮断弁２９、及びノズル弁８３を含み得る−は、弁２１、２５、２９、８３が既知の状態を正しく示しているかどうかを判定するために、それぞれの弁表示器２３、２７、３１、８５によって監視され得る。弁表示器は、弁の状態を監視するための当技術分野において知られた種類の表示器であってよい。
【００３６】
発射ピン１８、弁表示器２３、２７、３１、８５、及びピッグ信号表示器３９は、流れ保証モジュール６０を有するコンピューティング・デバイス５０と通信している通信インタフェース４０−ＰＬＣネットワーク若しくはモバイル・ネットワークに接続されるか又はその一部であり得る−と通信していてもよい。これは、圧力センサ又は圧力表示器１９、３３及び流量計３５、３７にも当てはまる。流れ保証モジュール６０は、その内容が参照により本明細書に組み込まれているＴＤＷ  Ｄｅｌａｗａｒｅ，Ｉｎｃへの米国特許第９，６５１，１９０Ｂ１号で開示されている流れ保証モジュールと同じか又は類似したものであってよい。分配格子が使用される場合、独立した格子弁９が使用され且つ監視され得る。
【００３７】
弁表示器２３、２７、３１、８５からの弁状態データ、圧力表示器１９、３３からの差圧データ、及び、メータ３５、３７からの流量データは、コンピューティング・デバイス５０の１つ又は複数のマイクロプロセッサ５５による処理のために、インタフェース４０に通され得る。マイクロプロセッサ５５は、コンピュータ可読媒体５１、及びコンピューティング・デバイス５０の記憶装置５３と一緒に、流れ保証モジュール６０を実装するように構成され得る。引込式ピン１８及びピッグ信号表示器３９からのデータに加えて、発射機バレル１１に装填されたピッグの既知の数が、利用可能なピッグの状態を判定するために使用され得る。
【００３８】
次に、図３〜７及び９を参照すると、本開示のインゼクタ又はノズル組立体８０が、入口端部９９に向かって配置された又は入口端部９９に配置された平坦な輪郭のフランジ８９を有する、長手方向に延在する管８７と、出口（ノズル又は吐出）端部１０１に向かって配置された又は出口端部１０１に配置された、湾曲した輪郭のフランジ又はプレート９１と、２つの端部９９、１０１間の少なくとも１つの屈曲部１０５とをも含み得る。実施例では、管８７は、平坦な輪郭のフランジ８９と同軸ではなく、入口端部９９は、フランジ８９の中心線からオフセットしている。湾曲した輪郭のフランジ９１は、ノズル８１を受け入れるサイズとなされたノズル開口部８２を含み得る。屈曲部１０５は、水平線に対して斜角αで位置し得る。（角度αは、この説明ではノズル角度と呼ばれる場合もある）。
【００３９】
パンケーキ（薄肉）フランジであり得る平坦な輪郭のフランジ８９は、分岐接続部１７のフランジ「Ｆ」間に位置決めされ得る。フランジ８９内のボルト穴１０３は、ノズル８１が発射機１１に対して径方向に位置決めされることを可能にする。フランジ８９は、絞りとして機能する。いくつかの実施例では、フランジ８９は、圧力均一化のための漏れ経路１１１を提供する１つ又は複数のポートを含み得る。他の実施例では、フランジ８９は、ポートを含まない。
【００４０】
湾曲した輪郭のフランジ９１は、バレル１１の壁１２の曲率に適合し得る。いくつかの実施例では、プレート９１は、湾曲したクーポン・フランジであり得る。曲率は、ノズル８１を割出しし、且つ、通路又は漏れ経路１１１により環状領域１１３がノズル組立体８０の外側環状表面１１５の周りを流体で満たして加圧できることを可能にする。この構造は、ノズル体の（圧縮可能な）外側の周りの圧力差がゼロであることを確実にし、そのため、ノズル組立体８０は、変形されること又は押しつぶされることがない。いくつかの実施例では、プレート９１は、漏れ経路１１１を提供するために、完全には溶接されない場合がある。他の実施例では、プレート９１は、漏れ経路１１１を提供するために、１つ又は複数のポート９２を含み得る。例えば、図１２を参照されたい。
【００４１】
図８、９、及び１１を参照すると、実施例では、バレル１１内に装填された各ピッグ又はツールに対して、少なくとも１つのノズル８１が存在する。他の実施例では、必要とされる場合、各ピッグに対して複数のノズル８１が存在する。ノズル８１は、垂直部材７１の背面又は後方に面した側７５の下半分の部分又は領域７３に向けられ得る。いくつかの実施例では、ノズル８１は、垂直部材の上半分の部分又は領域７７に向けられ得る。ピッグがノズル８１のそばを通るときに、第２の又は後続の垂直部材７１の裏側７５は、ノズル８１のそばを通るときのピッグの背面又は後方側と同様に、作用され得る。ピッグは、典型的には、２つ以上の垂直部材７１を含む。
【００４２】
次に図１２〜１４を参照すると、インゼクタ又はノズル組立体８０の実施例は、主たる流れがノズル８１に入り且つ圧力に応じて制御され得ることを確実にするために、縮小した断面又は閉塞物１２３を有するハウジング又はノズル体１２１を含み得る。閉塞物１２３は、プレートであってもよく、且つ、圧力均一化のための漏れ経路１１１を提供する１つ又は複数のポートを含み得る。いくつかの実施例では、体１２１は、スペースを節約するために、又は、分岐接続部などのより大径の管において必要とされる位置決めを可能にするために、偏心レジューサとされ得る。偏心レジューサは、入口端部９９よりもノズル端部１０１に向かって広がっていてもよい。体１２１は、ノズル組立体８０の外側環状表面１１５の周りを流体で満たして加圧する環状領域１を提供するサイズとなされ得る。
【００４３】
ノズル制御される吐出の適切な絞りにより、ポンプ又は圧縮機が同じことを行う必要性を生じさせることなしに、３３５ｍｐｓ（毎秒１１００フィート）を超える速度が達成され得る。いくつかの実施例では、発射システム及び方法の一部として、追加のポンプ又は圧縮機は必要とされない。流体の噴流がノズルからバレル内に吐出されるときに、噴流からの衝撃又は推進力は、強力な再循環ゾーンを作り出す働きをし、この再循環ゾーンは、膨張する噴流に流れ込み、二次流体を捕捉して、噴流に含まれる質量を増大させる。噴流が前方に伝播して速度を失うときに、噴流に吸収される追加の質量により、運動量は大きいままである。この機構は、噴流が膨張するので、噴流のかなりの長さにわたって仕事が遂行されることを可能にする。いくつかの実施例では、この長さは、多くのピッグの長さよりも長い、１０１．６ｃｍ（４０インチ）を上回るように測定されている。単一のインゼクタのみを使用した試運転では、２２８．６ｃｍ（９０インチ）を超えるピッグの移動が、３２ｃｍ（１２．６２５インチ）のピッグにおいて示された。
【００４４】
インゼクタ又はノズルの吐出領域は、下流に向けられ、且つ、先導するウレタン要素（ディスク又はカップ）などのピッグの垂直部材の背面又は後方に面した側に対向し得る。ノズルによって送達される流体の噴流は、部材に衝突して静止摩擦を弱め、次いでピッグの各後続の垂直部材と相互作用し、さらなる圧力又は力を加えて、ピッグが噴流から離れる方向に移動するときにピッグを前方へ加速させる。噴流は、最終的には、ピッグの一番後ろの垂直部材がノズルから離れる方向に移動するときに、その垂直部材と相互作用することになる。噴流は自由噴流として自然に膨張するので、相互作用の表面積は、約１５°の夾角（これは、膨張する噴流に固有のものである）において増大する。したがって、噴流速度は、垂直部材の裏側に対抗する静圧の前面のために停滞して、ピッグの前進を維持する。
【００４５】
インゼクタ又はノズルの吐出径又は吐出サイズは、静止摩擦を弱め動摩擦を克服して既知の重量及びサイズのピッグを発射するための力を供給するのに必要とされるような、任意の直径であってよい。様々な重量のピッグ及び摩擦に関する問題に対処するために、様々な直径及び様々な圧力が利用され得る。
【００４６】
噴流の位置決めは、必要とされる任意の径方向角度に設定されてよく、また、ピッグの前面又は背面に向かって位置決めされてよい。いくつかの実施例では、ノズルは、噴流が底位置又は６時位置にあり且つ最も前方の垂直要素の後部表面に向かって作用するように向けられるように、位置決めされる。これは、ピッグを上昇させて摩擦に関連する垂直力を減少させ、且つ、ピッグが発射方向において前進するときに、加速のためにピッグに対するいくつかの衝撃点を作り出す。他のクロック・ポジションが使用されてもよい。
【００４７】
ノズル８１は、単一のポート、又はポートのアレイを有し得る。ノズル８１の角度αは、バレルの中心線に対して垂直ではなく、また、ピッグの垂直部材に対して最適な軸方向噴流を送達するように用途ごとに設計され得る。実施例では、水平軸からのノズル角度αは、５°から８５°までの範囲内の斜角であり、このより広い範囲内には５°＋Ｘ、８５°−Ｘの部分的な範囲が存在し、Ｘは、１°から３５°までの範囲内の角度である。他の実施例では、ノズル角度αは、１０°から８０°までの範囲内であり、このより広い範囲内には１０°＋Ｘ、８０°−Ｘの部分的な範囲が存在し、Ｘは、１°から３０°までの範囲内の角度である。
【００４８】
限定的ではない実例として、一実施例では、インゼクタ又はノズルは、直径が３６ｍｍ（１．４２インチ）であり、水平線から３８°の角度に位置し、且つ、膨張する気体又は液体の噴流をピッグの垂直部材の下方表面領域に対して向けるように配置されて、ピッグに対抗する力を伝達する。いったんピッグが移動し、静止摩擦が著しく減少されると、ピッグは、前進することになる。連続的な垂直部材に噴流が衝突するにつれて、ピッグはより高速度に加速することになる。次いで、ノズルの範囲からいったん外れたピッグの運動量は、それをパイプライン内へと前方に運び、圧力が、ピッグの背後で高まる。レジューサにおいて、圧力は、いったん主パイプラインの圧力に統合されて、主パイプラインの圧力になる。本システム及び方法の試験における瞬間的な速度は、加速度計を使用して６０．９６ｍｐｓ（２００ｆｐｓ）を超えて測定された。従来技術の発射ユニットは、典型的には、２．２ｍｐｓ（７．３ｆｐｓ）を超える流体の流れを可能にせず、また、パイプライン製品流がそれらの速度を支持するための範囲内にある非常にまれな状況では、せいぜい９．１ｍｐｓ（３０ｆｐｓ）を可能とする。さらに、それらの従来技術の流れの速度の大半は、流れがどのようにしてピッグに関してバレルに侵入するかにより、失われて、有効な仕事を行わない。
【００４９】
本開示の実施例は、典型的なキッカ管路運転では得ることができない９．１ｍｐｓ（３０ｆｐｓ）をはるかに超える速度とパイプライン製品流とを提供する。速度は、それらの速度によってカバーされる範囲及び部分的な範囲を含んで、以下の表で示されるように３０．５ｍｐｓ（１００ｆｐｓ）を超えて達成され得る。
【表１】
2020531752.tif 000003
【００５０】
ピッグが前進するにつれて、インゼクタ又はノズルの吐出は、後続の垂直部材がそばを移動するときにその垂直部材と相互作用して、後続の各垂直部材におけるさらなる加速を可能にする。次いで、ピッグの最後の又は一番後ろの垂直部材がノズルを通過するときに、気体又は液体の自由噴流は、１５°の夾角において膨張して、ピッグが遠ざかるにつれて表面積を増大させながらピッグに対して作用し続ける。自由噴流はまた、速度及び膨張能力を維持しながら膨張するにつれて周囲の気体を自由噴流の包絡面内にますます拡散させていくので、質量が増大していくことになる。したがって、ピッグの裏側１１に対抗する力は、ピッグがノズルを通過してから、かなりの距離にわたってピッグと相互作用し続けることができる。これは、ピッグが前進し続けることを確実にし、また、ピッグが減速を始めるまでの間加速し続けることを確実にする。力は、圧力、及びノズルの吐出径の直径によって制御され得る。力はまた、ノズルを出入りする流体を弁によって調節することによって制御され得る。中細ノズル又はその均等物などの、しかしそれらに限定されない超音速ノズルもまた、力の能力を増大させることができる。
【００５１】
実施例では、噴流が前方に伝播しピッグを発射位置まで移動させてピッグを発射するのにかかる合計時間は、おおよそ１秒間以下である。多くの場合、実際の発射時間は、約０．５秒間以下である。これらの発射時間は、主たる管路内の機器には主バイパス弁のスロットリングと摩擦、ポンプ、及び下流の濾過などの発生源に関する動作上の雑音とを区別することができるはずがないほどに短いものである。第１のピッグが発射されると、機械類（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）は、それらの通常の動作位置に戻る。
【００５２】
噴流の速度は、発射されるピッグのごく近くにおいて極めて高く、次いで、予測可能な形で噴流包絡面の長さにわたって減衰する。この予測可能性は、設計者が所与の発射用途のための適切なインゼクタ・ノズルを設計又は指定することを可能にする。いくつかの実施例では、噴流は、かなりの速度を維持することができる。例えば、６０．９６ｍｐｓ（２００ｆｐｓ）以上の速度を（音速まで、また、気体の場合には超音速まで）達成することができ、また、それらのより速い速度は、吐出点の下流の７６．２ｃｍから１０１．６ｃｍ（３０から４０インチ）の範囲内の長さにわたって維持され得る。これは、噴流に固有のエネルギー（運動量）がその長さに沿ったどこにでも衝撃力を作り出すことを可能にし、この衝撃力は、ピッグの垂直部材に対して反応することによりピッグを押し進めることができる。気体を含まない噴流の性質は、膨張、再循環ゾーン、及び高速度流体と低速度流体との間の運動量交換によって作り出される再循環ゾーンに起因する、二次気体のかなりの量の巻込みを可能にする。この流体交換の全体的な仕組みは、指向性噴流が膨張して速度を下げるにつれて質量を得ることを可能にする。
【００５３】
これらの速度は、噴流の質量流と相まって、数百ポンド以上の衝撃力を作り出して、数百ポンドの重さのあるピッグを移動させるのに必要な力を与えることができる。作用する噴流の包絡面の有効長さは、ノズルの設計に応じて、１０１．６ｃｍ（４０インチ）の長さを優に上回ることができる。ほとんどのピッグの長さはこの有効長さを下回るので、本システム及び方法は、この包絡面内に含まれる長さを有するピッグを発射するのに非常に有効であり得る。より長いピッグに対しては、噴流の作用長さを増大させるようにノズルの設計を変更することができ、又は、複数のノズルを組み合わせて、ピッグに対抗する力のいくつかの点を（又は、２つのいくつかの組合せを）提供することができる。
【００５４】
インゼクタ又はノズルから出る噴流のモデル化は、ノズルが音速状態及び超音速状態において速度を作り出すことができることを示した。音速又は近音速の自由噴流は、従来技術の発射システムにおいて現在認められる典型的な動作パラメータのおおよそ１００倍以上の力が（ノズルに近接近している）ピッグに印加されることを可能にする。これらの速度の下では、静止摩擦は容易に弱められ、ピッグは、管セグメントに垂直な強化された摩擦のゾーンに起因する失速の可能性を伴わずに、パイプライン内へ前進することが可能とされる。
【００５５】
限定的でない実例として、インゼクタ又はノズルが約０．４５ｋｇ／ｓ（毎秒１ポンド）の気体質量流を送達するように設計された場合、二次気体の巻込み率は、約４．１ｋｇ／ｓ（おおよそ毎秒９ポンド）になるであろう。したがって、ノズルから２５．４から３８．１ｃｍ（１０から１５インチ）の位置における全体の率は、約４．５ｋｇ／ｓ（おおよそ毎秒１０ポンド）になり、この位置での速度は、７６．２ｍｐｓ（約２５０ｆｐｓ）になるであろう。この流れによって作り出されて１秒間の相互作用にわたってピッグが利用できる運動量は、約１１３４ｋｇ  ｍｐｓ（毎秒約４．５ｋｇ  ｘ毎秒７６．２メートルｘ１秒間）（２５００ポンドｆｐｓ（毎秒１０ポンドｘ毎秒２５０フィートｘ１秒間））である。適用規格及び要求事項に応じて、ノズルは、毎秒０．４５４ｋｇ（１ポンド）未満か、それに等しいか、又はそれを上回る質量流量を送達するように設計され得る。
【００５６】
したがって、本発射システム及び方法は、最小の流体量で、ピッグに対してかなりの力を作り出すことができる。多くの場合、パイプライン・オペレータは、非常に低い主パイプライン流量又は速度において流体を要求している。場合により、この指定された速度は、３．２ｋｐｈ（２ｍｐｈ）（約２．９５ｆｐｓ又は０．９ｍｐｓ）未満とされることがあり、また、他の場合では、１．６ｋｐｈ（１ｍｐｈ）（約１．４７ｆｐｓ又は０．４５ｍｐｓ）未満とされることがある。本発射システム及び方法の実施例は、これらの低速度で実行可能な発射計画を提供することができる。侵入流体（インゼクタ又はノズルを通る）の速度は、バレル内のバルク流体よりも高い速度において制御されて、設計により噴流がピッグに対するかなり強力な力を生成することを可能にする。このことはまた、ピッグが前進するにつれてインゼクタがこの力を複数の点において印加することを可能にする。ピッグは、レジューサの最終的な組込点に押し込められて、その組込点において、成功した発射としてパイプライン内へ移動することになる。それに対し、従来技術は、これらの低流量での又はこれに満たない流量での計画において発射速度を生じさせるのが非常に困難であろうし、これらの低流量においてピッグを自動発射機内で押し進めるのに十分な静圧を形成しないであろう。
【００５７】
実施例では、明確に離間されたインゼクタ又はノズルの使用は、適切に離間されたピッグの割出し及び制御された発射を、電磁弁などの制御弁のみを使用して可能にする。この手法は、保持ピン又は機械的インターロックなしに、必要に応じた第１のピッグの発射と、その後の必要とされたときの次のピッグの発射とを可能にする。第２のピッグは、第２のインゼクタ・ノズルによって提供される噴流によりピッグに印加される衝撃力によって前進する。次いで、第２のピッグは、第１のピッグによって空けられた領域内へ移動し、この領域では、第１のインゼクタが、ピッグの垂直部材に第２の衝撃力を印加することができる。この第２の衝撃力は、ピッグを加速させ、且つ、発射機のバレルを通してその運動を続けて、バレルを通るピッグの制御された運動を確実なものとする。
【００５８】
第２のピッグが必要とされる場合、同じ計画が再度繰り返されるが、第２の指向性噴流が付勢される。第１の噴流は、ピッグが第２の衝撃ゾーンから出て第１の衝撃ゾーンに入るときに、ピッグに印加される力が強力であり続けることを可能にするために、再び付勢され得る。第２の噴流によって作り出された第２の衝撃ゾーンの力が低下し始めると、設計は、ピッグを第１のインゼクタ又はノズルによって作り出された第１の衝撃ゾーン内へ移動させ、それにより、ピッグがパイプラインに取り込まれてその後で発射されるまで、ピッグの作業面に対抗する強い力を維持する。次いで、このことが、管路内の各後続のピッグに対して繰り返される。
【００５９】
ピッグを十分に分離すると、ピッグを引き留めるための液圧式又は空気圧式のピンの必要性は、もはや必要とされず、また、液圧ユニット、制御装置、及びホースも、もはや必要ではない。システムは、大いに単純化され、安価なマルチ・ループ・コントローラによって駆動され得る小型で安価な弁が、ごく少数必要とされる。いくつかの実施例では、必要とされるのであれば、発射ピッグがレジューサに向かって突き進んでいる間、並んでいるピッグを保持するために、対向する噴流が使用され得る。例えば、対向する噴流は、発射方向のそれとは反対の方向に（例えば、閉鎖扉から離れるのとは対照的に、閉鎖扉に向かって）向けられたインゼクタ又はノズルによって達成され得る。これは、駆動力及び反対の力を管理するためのさらなる制御を提供するであろう。
【００６０】
本発射システムはまた、バレルの端部に配置された管レジューサにピッグを押し込むために内部ねじ式デバイス（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｓｃｒｅｗ−ｔｙｐｅ  ｄｅｖｉｃｅ）を目下使用するピッグ発射機において使用され得る。ねじデバイスは、ピッグが発射位置まで確実に送達されるのを保証するのに役立ち、また、ピッグを発射から留め得るいかなるデブリ又は堆積物をも克服するのに役立つことができる。集中した噴流によって作り出される乱流もまた、発射機内のきれいなバレル区間を維持するのに役立つはずである。巻込み能力もまた、噴流の運動量が固形物及び堆積物を巻き込んでそれらをパイプライン内へ押し流すことを可能にするはずであり、パイプラインでは、より速い速度が、固形物及び堆積物を巻き込み続けるであろう。
【００６１】
侵入する流体を音速流体事象に近づく速度まで加速することは、実際的な運用手順では成し遂げられない相当な性能が実現されることを可能にする。形成された自由噴流は、ピッギング・デバイスに関連付けられた基本的な構成要素と相互作用する前に、膨張する。噴流がピッグによって形成された表面にぶつかって停滞するときに、ピッグに対する相当な力が、従来技術の手法で実現され得る力をはるかに凌いで実現され得る。
【００６２】
この指向性噴流の手法は、ピッグ又はツールをパイプラインに首尾良く組み入れるのに必要とされる力を最終使用者が有することを保証するために、発射機の設計及び製作中にいくつかの著しい変更がなされることを可能にする。例えば、より大径のインゼクタ又はノズルは、圧力が保存されている場合、より小径のインゼクタ又はノズルが可能とするのよりも、同じ速度でより多くの質量流量を可能にする。より高い差圧は、所与のピッグに対する力プロフィルを上昇させる、高められた速度とそれに続くより高いよどみ点圧力とを可能にする。ノズルに対する角変化は、必要とされる場所に噴流が配置されることを可能にして、ピッグに対抗する力が、初期にもピッグが吐出点から離れるように移動するときにも最適化されることを保証する。複数のノズルが、過度に大きく且つ重いピッグに適用されて、必要とされたときにより多くの力が印加されることを可能にしてもよい。発射機はまた、顧客がそのようなデバイスを特に必要とする場合に二方向性の使用を可能にするように構築され得る。
【００６３】
この力の適用を達成するにあたって使用されるハードウェアはまた、現場での容易な組込み（ｅａｓｙ  ｆｉｅｌｄ  ｒｅｔｒｏｆｉｔ）を可能にする。適切に隔離された現場機器は、必要な追加のキッカ管路又は管スタブの存在を可能にするために、炎−又はプラズマ−切断され得る。追加された管スタブ内にインゼクタを設置することは、ピッグの手動発射のために設計された発射機を、自動発射機に変える。
【００６４】
本発射システム及び方法の実施例の試験では、３つのインゼクタ又はノズルを含む発射機バレル内に３つのピッグが装填され、各ノズルは、既存のキッカ管路の場所に配置された。ピッグは、第１の（最も下流の）ノズルが第１のピッグの垂直部材の後面に向けられるように、互いに離間された。第２及び第３のノズルは、第２及び第３のピッグの垂直部材の後面にそれぞれ向けられた。インゼクタに接続されたヘッダ内へ流れを迂回させるために、主管路バイパス弁が絞られた。第１のインゼクタに接続された第１の制御弁が開かれ、インゼクタ・ノズルは、集中した流体の噴流を送達した。ピッグは、発射位置まで移動され、続いて発射されたが、第２及び第３のピッグの位置に影響を及ぼすことはなかった。この第１のピッグが発射された後、プロセスは、今回は第２の弁を開くことにより、第２のピッグに対して繰り返された。第１のピッグによって空けられた領域にこのピッグが侵入したときに、第１のインゼクタは、ピッグをさらに加速させる集中噴流を送達した。プロセスは、第３のピッグに対して再び繰り返された。
【００６５】
ピッグ・トラップでの使用のために構成された本開示のインゼクタ又はノズル組立体の実施例は、水平線に対して９０°未満の斜角でピッグ・トラップの内側壁に沿って配置され、且つ、ピッグ・トラップ・ノズル組立体と流体連通している主パイプライン製品流の速度を上回る速度で流体の噴流を下流方向に送達するためのサイズとなされた、少なくとも１つのノズルを含み得る。主パイプライン製品流のうちのノズル組立体に侵入する部分は、ピッグのピッグ要素の裏側に向けられ得る。ピッグ要素は、ウレタン・ディスクなどの垂直部材であってもよく、又は
【００６６】
本開示のピッグ・トラップ流体インゼクタ組立体の実施例は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含み得る：
入口端部、出口端部、及び、水平線に対して斜角αで前述の端部間に配置された少なくとも１つの屈曲部を含む、長手方向に延在する管；
入口端部に配置され、且つ、複数のボルト穴を含む、平坦な輪郭のフランジ；
フランジを貫通する漏れ経路を提供するための１つ又は複数のポートを含む、平坦な輪郭のフランジ；
出口端部に配置された湾曲した輪郭のフランジであって、ノズルのための開口部を含む、湾曲した輪郭のフランジ；
フランジを貫通する漏れ経路を提供するための１つ又は複数のポートを含む、湾曲した輪郭のフランジ；
出口端部に配置されたノズル；
設置された状態では、ノズルは、バレルの中心線に対して非垂直に配向されて、ピッグ・トラップの閉鎖扉の方向とは反対の方向に流体の噴流を送達する；
設置されていない状態では、側壁開口部と湾曲した輪郭のフランジの外周との間に、少なくとも１つの漏れ経路が形成される；
ノズルを収容するハウジング；
入口端部よりも出口端部に向かって広がっている、ノズルを収容するハウジング；
ピッグ・トラップの側壁の曲率に相補的に構成された、湾曲した輪郭のフランジ；
弁を含むノズル；
弁と連通している弁状態表示器；
円周方向通路である、側壁開口部と湾曲した輪郭のフランジとの間の少なくとも１つの通路。
【００６７】
本開示のピッグ・トラップは、上記の特徴及び以下の特徴のうちの１つ又は複数を含み得る：
側壁開口部を含むバレル；
水平線に対して非垂直な角度αで側壁開口部内に配置され、且つ、ピッグ・トラップの閉鎖扉の方向とは反対の方向に流体の噴流を送達するように配向された、少なくとも１つのノズル；
側壁開口部と少なくとも１つのノズルの外周との間に配置された、少なくとも１つの流体漏れ経路；
弁を含む、少なくとも１つのノズル
弁と連通している弁状態表示器；
弁及び弁状態表示器と連通している、実行可能命令を含むコントローラ；
バレルの床に沿って配置され且つバレル内にあるときのピッグの軸方向位置を示すように構成された少なくとも１つの位置決めピンを含む、バレル；
少なくとも１つのノズルと連通しており、且つ、バレルの床の上方でバレルの下半分内に配置された、湾曲した流体分配格子であって、複数のポートを含む有孔基材を具備する、湾曲した流体分配格子。
【００６８】
パイプライン・システム内にピッグ又はツールを発射する方法が、上記のノズル組立体及びピッグ・トラップ特徴のうちの１つ又は複数、並びに以下のステップのうちの１つ又は複数を含み得る：
主パイプライン製品流の一部分をピッグ・トラップのバレルの側壁開口部内に配置されたノズル内へ迂回させるステップであって、ノズルが水平線に対して斜角αで配向されている、ステップ；
迂回された部分の一部を、ノズルを通じてピッグの垂直要素の裏側に向けて吐出するステップであって、吐出分が垂直要素の裏側に衝突する、ステップ；
吐出された部分が、ピッグがバレル内で前進するにつれて、ピッグの少なくとも１つの他の従垂直要素に衝突するステップ；
３０．５ｍｐｓ（１００ｆｐｓ）を超える、吐出された部分の速度；
従来の発射機の発射力の１０から１５倍よりも大きい発射力。
【００６９】
本明細書において説明された実施例は、本開示の発射システム及び方法の実例又は翻案を提供する。それらの実例から逸脱することなく、その構成又は使用法において修正がなされ得る。以下の特許請求の範囲は、本発明を定義し、且つ、記載された各要素を享受できるあらゆる均等物を含む。
【図１】
2020531752.tif 000004
【図２】
2020531752.tif 000005
【図３】
2020531752.tif 000006
【図４】
2020531752.tif 000007
【図５】
2020531752.tif 000008
【図６】
2020531752.tif 000009
2020531752.tif 000010
【図７】
2020531752.tif 000011
2020531752.tif 000012
【図８】
2020531752.tif 000013
【図９】
2020531752.tif 000014
【図１０】
2020531752.tif 000015
【図１１】
2020531752.tif 000016
【図１２】
2020531752.tif 000017
【図１３】
2020531752.tif 000018
【図１４】
2020531752.tif 000019
【図１５】
2020531752.tif 000020
【国際調査報告】
2020531752.tif 000021
2020531752.tif 000022
2020531752.tif 000023
2020531752.tif 000024
2020531752.tif 000025
2020531752.tif 000026