СПОСОБ ВРЕЗКИ И ПЕРЕКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДА ПОД ДАВЛЕНИЕМ
METHOD OF CUTTING AND CLOSING PIPELINE UNDER PRESSURE

Изобретение относится к трубопроводному транспорту жидких или газообразных сред и может быть использовано при ремонте трубопроводов распределительных сетей с рабочим давлением ≤1,2 МПа без остановки перекачки жидкой или газообразной среды, когда требуется выполнение работ по присоединению ответвлений и монтажу обводной линии к трубопроводу распределительной сети.
Ремонт газопроводов, сооружений на них и подключение новых потребителей выполняют двумя способами. Первый - с прекращением подачи газа. При этом работы по отключению потребителей, снижению и восстановлению давления природного газа, продувке газопроводов и повторному пуску требуют более значительных временных и финансовых затрат, чем сами ремонтные работы. Другой способ - выполнение работ на газопроводах под давлением газа с использованием сверлильных машин и устройств блокировки для перекрытия потока. По сравнению с первым способом эта технология позволяет осуществлять бесперебойное снабжение потребителей природным газом в течение всего времени производства ремонтных работ.
Известен способ врезки и перекрытия трубопровода под давлением (патент RU 2527924, дата публикации 10.09.2014 г.), в котором для монтажа обводной линии трубопровода осуществляют установку на трубопровод муфтовых тройников, монтаж на тройники задвижек, снабженных фланцами, установку на фланцы задвижек устройств холодной вырезки отверстий, вырезку отверстий в трубопроводе посредством указанных устройств при открытых задвижках, закрытие задвижек, сброс избыточного давления из корпусов задвижек, демонтаж устройств вырезки, соединение фланцев задвижек обводной линией трубопровода. При этом перед вырезкой отверстий в корпус каждой задвижки подают негорючую жидкость для охлаждения режущего инструмента устройства вырезки.
Недостатком данного способа является необходимость при осуществлении врезания заполнять рабочую область негорючей жидкостью, которая потом может попадать в транспортируемый по трубопроводу носитель, снижая его качество и возлагая дополнительные требования к хранению и манипуляциям с этой жидкостью, а также использование массивных муфтовых тройников, состоящих из двух частей, что повышает расход материала, а также снижает оперативность и увеличивает сложность осуществления данного способа.
Известен также способ врезки и перекрытия трубопровода под давлением (патент RU 2343330, опубл. 10. 01. 2009), в котором на время ремонта дефектного участка трубопровода создают обводную линию - байпас. Для этого при помощи эластичных диафрагм, заполняемых воздухом, перекрывают проток в трубопроводе в обоих направлениях. Диафрагмы в трубопроводе устанавливают при помощи устройства для врезки в трубопровод под давлением, установки переходной камеры, через которую в трубопровод вводятся диафрагмы и превентора, обеспечивающие герметичность между внутренней полостью трубопровода и внешней средой.
Недостатком является конструкция эластичных диафрагм, которая при наличии заусенцев и облоя на краях вырезанного отверстия может повредиться в процессе установки и позиционирования в трубопроводе, что может привести к разрыву диафрагмы и невозможности дальнейшей эксплуатации.
Известен способ врезки и перекрытия трубопровода под давлением (T.D. Williamson (США) http://www.tdwilliamson.ru). При осуществлении способа производят установку на трубопровод приварных фитингов, монтаж на них шиберных задвижек, установку устройства сверления и вырезку отверстий в трубопроводе при открытой задвижке, установку блокирующего устройства для перекрытия участка трубопровода, монтаж обводной (байпасной) линии на этом участке.
Однако недостатком способа компании Williamson (США) является то, что оборудование сконструировано для работы на магистральных сетях с рабочим давлением свыше 1,2 МПа и из-за этого оборудование имеет значительные массогабаритные характеристики и следовательно требует большой трудоемкости при выполнении работ и привлечения необходимой специализированной техники. Очистку внутренней полости магистрального трубопровода производят специализированными установками, требующими значительных трудовых и временных ресурсов. Кроме этого не осуществляют зачистку сварного шва трубы, что приводит к снижению плотности прилегания уплотнительного элемента блокирующего устройства к стенкам трубопровода и появлению утечек.
Известны также способы врезки и перекрытия трубопровода под давлением: RAVETTI (Италия) (https://www.ravetti.com), Hutz Baumgarten (Германия) (https://www.huetz-baumgarten.de). В этих компаниях при осуществлении способа после вырезки отверстий в трубопроводе дополнительно производят установку через вырезанное отверстие устройства очистки и очистку внутренней поверхности трубопровода, а затем устанавливают блокирующее устройство и производят монтаж обводной линии на этом участке.
Недостатком способа компании Hutz Baumgarten (Германия) является трудоемкость операции по очистке трубопровода т.к. используют только устройство для очистки полости трубы в виде штанги с магнитом небольшой площади. Кроме этого в блокирующем устройстве для перекрытия трубопровода используют пневматические шары, что снижает герметичность и надежность перекрытия газопровода.
Недостатком способа компании RAVETTI (Италия) является сложность позиционирования устройства очистки при установке и перемещении во внутренней полости трубопровода из-за сложной и жесткой конструкции крепления устройства очистки на штанге, с помощью которой устройство очистки размещают в полости трубопровода. При этом для проведения очистки используют две поочередно устанавливаемые насадки на шток - магнит и корщетку. Все это снижает оперативность выполнения работы по очистке. Абразивное устройство (корщетка) для очистки имеет небольшую площадь поверхности, что затрудняет выполнение очистки.
В качестве прототипа можно выбрать способ врезки и перекрытия трубопровода под давлением (патент ЕР 2562457, опубл. 27.02.2013, System and process for intercepting and bypassing gases on risers). В данном патенте также производят установку на трубопровод приварных фитингов, монтаж на них шиберных задвижек, установку устройства сверления при закрытой шиберной задвижке и вырезку отверстий в трубопроводе при открытой задвижке, установку устройства очистки и осуществление очистки внутренней поверхности трубопровода через отверстие в трубопроводе, установку блокирующего устройства для перекрытия участка трубопровода, монтаж обводной линии на этом участке, при этом при установке устройств производят выравнивание давления выше и ниже шиберной задвижки, а затем производят сброс остаточного давления
Недостатком прототипа является то, что способ осуществляется только на трубопроводах низкого давления, поставляющих газ для бытовых нужд. А также (как в системах компании RAVETTI) осуществляют сложное позиционирование устройства очистки и блокирующего устройства при установке во внутренней полости трубопровода из-за жесткой конструкции крепления устройства очистки и блокирующего устройства на штанге, что снижает оперативность и увеличивает время выполнения работ, а также снижает качество блокировки участка трубопровода при выполнении ремонтных работ.
Технической задачей является создание способа врезки и перекрытия трубопровода под давлением, который позволяет повысить оперативность выполнения работ при установке, эксплуатации и замене используемых устройств, снизить время выполнения этих работ, унифицировать процесс монтажа используемого оборудования для трубопроводов с диаметром близких типоразмеров и при этом повысить качество блокировки участка трубопровода при выполнении ремонтных работ.
Поставленная задача достигается тем, что способ врезки и перекрытия трубопровода под давлением включает установку на трубопровод приварных фитингов, монтаж на них шиберных задвижек, установку устройства сверления при закрытой шиберной задвижке и вырезку отверстий в трубопроводе при открытой задвижке, установку устройства очистки и осуществление очистки внутренней поверхности трубопровода через отверстие в трубопроводе, установку блокирующего устройства для перекрытия участка трубопровода, монтаж обводной линии на этом участке. При установке устройств производят выравнивание давления выше и ниже шиберной задвижки, а затем производят сброс остаточного давления. Новым является то, что установку устройств сверления, очистки и блокирующего устройства осуществляют на дополнительно установленный коллектор с фланцами. При этом нижний фланец коллектора соединяют с фланцем шиберной задвижки, а на верхнем фланце закрепляют поочередно устройство сверления и металлические диски, установленные с помощью сферического шарнирного соединения на штангах устройств очистки и блокирующего устройства для перемещения рабочих узлов этих устройств в продольном и поперечном направлении при установке в трубопроводе. Кроме этого шиберная задвижка имеет перепускной узел, соединяющий верхнюю и нижнюю камеры корпуса задвижки и выравнивание давления при установке устройств производят с помощью перепускного узла шиберной задвижки. Дополнительный коллектор имеет спускной штуцер и патрубок с запорной арматурой и сброс остаточного давления производят через спускной штуцер коллектора при закрытой шиберной задвижке, а монтаж обводной линии осуществляют на патрубках коллектора. Сферическое шарнирное соединение представляет собой кинематическую пару в виде неподвижного корпуса со сферической внутренней поверхностью и шаровой головки с наружной поверхностью, повторяющей внутреннюю поверхность корпуса и имеющей осевое цилиндрическое отверстие.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид участка трубопровода с установленным оборудованием, на фиг. 2 представлена шиберная задвижка, на фиг. 3 - коллектор, на фиг. 4 - устройство очистки с металлическим диском, на фиг. 5 - блокирующее устройство с металлическим диском, на фиг. 6 - сферическое шарнирное соединение, на фиг 7 продольный разрез сферического шарнирного соединения.
Способ врезки и перекрытия трубопровода под давлением осуществляется следующим образом. Определяют участок трубопровода 1 (фиг. 1), на котором необходимо осуществить монтаж оборудования для врезки под давлением (ремонтируемый участок трубопровода 2). Производят очистку поверхности участка для производства работ на трубопроводе. По краям выбранного участка 2 трубопровода монтируют приварные фитинги 3. Рядом с приварными фитингами приваривают и вырезают спускные (продувочные) штуцера 4 и устанавливают на них шаровые краны. Шаровые краны спускных штуцеров после врезки в трубопровод закрыты. На приварные фитинги 3 устанавливают и закрепляют шиберные задвижки 5 с переходными фланцами 6 для перекрытия потока газа из трубопровода, зафиксировав их в рабочем положении (перпендикулярно трубопроводу) комплектами крепежа. Шиберная задвижка (фиг. 2) состоит из корпуса 7, разделенного закрытой задвижкой на две камеры - верхнюю 8 и нижнюю 9 (верхняя и нижняя камеры рассматриваются по отношению к трубопроводу на установленной закрытой шиберной задвижке). Шиберная задвижка имеет перепускной узел 10, который соединяет верхнюю и нижнюю камеры корпуса задвижки. Перепускной узел выполнен в виде штуцера или резьбового отверстия с винтом, выполненного на корпусе в нижней камере задвижки и соединенного воздушным каналом с верхней камерой корпуса задвижки. При закрытой шиберной задвижке открывают штуцер или отверстие в нижней камере корпуса и транспортируемая среда, например, газ из трубопровода, поступает в верхнюю камеру для выравнивания давления в нижней и верхней камерах корпуса. На шиберную задвижку устанавливают коллектор 11 (фиг. 3). Коллектор представляет собой цилиндрический корпус 12 с двумя фланцами 13. На корпусе коллектора установлены спускной штуцер 14 и патрубок 15 для присоединения обводной (байпасной) линии. Нижний фланец коллектора соединяют с фланцем шиберной задвижки. На патрубки коллекторов монтируют шаровые краны, которые закрывают. На верхнем фланце коллектора при закрытой шиберной задвижке устанавливают и закрепляют в исходном положении устройство сверления и подключают к нему привод. С помощью перепускного узла на шиберной задвижке производят выравнивание давления в нижней и верхней камерах корпуса задвижки и корпусе коллектора - заполняют верхнюю камеру и корпус коллектора рабочей средой. Переводят шиберную задвижку в открытое положение и осуществляют врезку в трубопровод. Выключают устройство сверления и переводят в исходное положение. Закрывают шиберную задвижку. Производят сброс остаточного давления с помощью спускного штуцера на коллекторе. Производят демонтаж устройства сверления. Затем на фланец коллектора устанавливают при закрытой шиберной задвижке и закрепляют комплектом крепежа устройство очистки 16 (фиг. 4) с подсоединенным к нему приводом. Устройство очистки соединяют с коллектором с помощью металлического диска 17 с центральным отверстием и установленным на нем по центру сферическим шарнирным соединением 18, через которое проходит штанга 30 устройства очистки. Сферическое шарнирное соединение 18 (фиг. 6, 7) представляет собой кинематическую пару - неподвижный корпус 19 и шаровая головка 20. Неподвижный корпус выполнен в виде двух плоских колец 21 и 22, соединенных между собой. Корпус имеет цилиндрическую наружную поверхность 23 и сферическую внутреннюю поверхность 24. Шаровая головка имеет наружную сферическую поверхность, повторяющая внутреннюю поверхность корпуса и осевое цилиндрическое отверстие 25 для установки штанги устройства очистки. В корпусе 19 вставлены кольцевые резиновые уплотнения 26, установленные в пазы, выполненные, например, между плоскими кольцами корпуса. За счет этого сферическая поверхность головки скользит по внутренней поверхности корпуса. На внутренней цилиндрической поверхности шаровой головки так же выполнены поперечные пазы 27, расположенные с определенным шагом, для резиновых кольцевых уплотнений, по которым перемещают штангу устройства очистки. По периметру корпуса сферического шарнирного соединения выполнены отверстия 28 для присоединения к металлическому диску. Диск также имеет крепежные отверстия 29 по периметру для соединения с фланцем шиберной задвижки. После присоединения устройства очистки производят выравнивание давления в нижней и верхней камерах корпуса шиберной задвижки и корпусе коллектора с помощью перепускного узла шиберной задвижки. Затем открывают шиберную задвижку, опускают устройство очистки с помощью штанги в отверстие трубопровода и осуществляют очистку полости трубопровода при вращении рабочего узла со щетками 31. За счет сферического шарнирного соединения, перемещающегося по окружности, штангу устройства очистки можно свободно перемещать и осуществлять позиционирование рабочего узла устройства очистки в продольном и поперечном направлениях в полости трубопровода, позволяя производить тщательное удаление оставшихся продуктов резания по всей внутренней поверхности трубопровода. За счет удобного перемещения штанги можно произвести качественную и быструю очистку полости трубопровода. Это позволяет повысить оперативность и снизить время выполнения работы по очистке. По окончанию очистки полости трубопровода устройство очистки выводят в исходное положение, закрывают шиберную задвижку, шаровым краном на спускном штуцере коллектора производят сброс остаточного давления. Производят демонтаж устройства очистки. Затем устанавливают и комплектом крепежа закрепляют на коллекторах металлический диск 17 со сферическим шарнирным соединением 18 блокирующего устройства 32 (фиг. 5). Производят монтаж обводной линии 33 между двумя коллекторами при закрытых шаровых кранах на патрубках коллектора. Производят наполнение корпуса коллектора транспортируемой средой для выравнивания давления в обоих коллекторах, установленных по краям выбранного участка с помощью перепускного узла шиберной задвижки. Открывают шиберные задвижки. Затем открывают сначала шаровой кран со стороны подачи транспортируемой среды на патрубке коллектора, для заполнения обводной линии транспортируемой средой. Затем открывают шаровой кран на патрубке второго коллектора для осуществления транспортировки среду по обводной (байпасной) линии. С помощью штанги 30 устанавливают поочередно по ходу потока рабочей среды уплотнительные элементы 34 блокирующих устройств в полость трубопровода и перекрывают поток транспортируемой среды на заданном участке. За счет сферического шарнирного соединения на металлическом диске штангу и уплотнительный элемент (рабочий узел) блокирующего устройства свободно перемещают и позиционируют в полости трубопровода в продольном и поперечном направлениях, устанавливая уплотнительные элементы блокирующих устройств перпендикулярно к направлению потока среды, что позволяет произвести полную блокировку трубопровода. За счет удобного перемещения штанги полную блокировку можно произвести быстро. Это позволяет повысить оперативность выполнения работы. Блокировку трубопровода производят путем увеличения диаметра резинового уплотнительного элемента до величины внутреннего диаметра трубопровода с усилием фиксации резинового уплотнения в трубопроводе, необходимым для герметичного перекрытия потока рабочей среды в трубопроводе. Посредством спускных штуцеров 4 трубопровода производят стравливание избыточного давления рабочей среды на перекрытом участке трубопровода и проводят ремонтные работы на этом участке.
Использование коллектора в данном способе позволяет повысить оперативность выполнения всех операций, поскольку упрощает процесс монтажа и последовательной установки устройств, используемых в способе: устройства сверления, устройства очистки и блокирующего устройств с помощью металлического диска, установленного на штанге устройств очистки и блокирующего устройства. Использование коллектора обеспечивает стационарное и простое крепление обводной линии. Также в отличии от прототипа за счет использования коллектора и металлических дисков данный способ позволяет применять одни и те же устройства независимо от диаметра и размера трубопровода, изменяя при этом только размер приварных фитингов, нижнего переходного фланца шиберной задвижки и металлических дисков. Это позволяет унифицировать данный способ - один комплект используемых устройств позволяет выполнять работы на газопроводах, имеющих диаметры трех близлежащих типоразмеров. Крепление металлического диска к штанге устройств очистки и блокирующего устройства с помощью сферического шарнирного соединения позволяет удобно и в большом диапазоне перемещать рабочие узлы этих устройств в полости трубопровода, что обеспечивает качественную очистку внутренней поверхности трубопровода и сокращает время выполнения этой работы. За счет тщательной и качественной очистки внутренней полости трубопровода уплотнительные элементы блокирующего устройства более плотно прилегают к стенкам трубопровода, обеспечивая надежность и герметичность его перекрытия, что повышает надежность блокировки. Кроме этого увеличение диапазона перемещения уплотнительных элементов блокирующего устройства в полости трубопровода позволяет точно и быстро позиционировать его рабочий узел в полости трубопровода, что также повышает надежность блокировки и оперативность ее выполнения.
Наполнение корпуса коллектора транспортируемой средой для выравнивания давления осуществляется через перепускной узел шиберной задвижки, что исключает необходимость монтажа на трубопроводе двух устройств регулировки давления, что также упрощает способ. Сброс избыточного давления производят с помощью шарового крана коллектора.
Таким образом, предложен способ, который позволяет повысить оперативность выполнения работ при установке, эксплуатации и замене используемых устройств, снизить время выполнения этих работ, унифицировать процесс монтажа используемого оборудования на газопроводах, имеющих диаметры трех близлежащих типоразмеров и при этом повысить качество блокировки участка трубопровода для выполнения ремонтных работ.