УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ТРУБОПРОВОДА ПРИ РЕМОНТЕ ШАРОВОГО КРАНА ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к вспомогательным запорным средствам трубопроводов и предназначена для обеспечения ремонта шаровых кранов и задвижек, находящихся под рабочим давлением среды на магистральных газонефтепроводах и других напорных коммуникациях.
Известно устройство для герметизации трубопровода при замене шарового крана, содержащее присоединяемый к крану корпус, размещенный в нем полый стержень с наружной резьбой и запорным органом на его конце и шток с гайкой, расположенный внутри стержня с возможностью осевого перемещения, причем гайка установлена с возможностью контакта с торцом стержня на конце штока, противоположном запорному органу, при этом устройство снабжено направляющей втулкой с внутренней резьбой, закрепленной в корпусе фиксатором осевого положения втулки, и дисковым элементом, установленном на внутреннем конце штока, запорный орган выполнен в виде цанговой втулки, охваченной эластичным уплотнительным кольцом, полый стержень со штоком ввернут в направляющую втулку, а дисковый элемент установлен с возможностью контакта с внутренней поверхностью цанговой втулки, в корпусе выполнено сливное отверстие, заглушенное при помощи резьбовой втулки (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1560867, МПК F16K 43/00, публикация 30.04.1990).
Недостатком известного устройства является то, что оно способно герметизировать только незначительное давлении среды, поскольку в его конструкции отсутствуют элементы, компенсирующие осевую силу от давления среды в положении, когда корпус устройства и заменяемый кран демонтированы (кроме силы трения эластичного уплотняющего кольца о внутреннюю поверхность трубопровода, которая ограничена допускаемыми контактными напряжениями и коэффициентом трения соответствующих поверхностей).
Известно устройство для смены задвижек на устье скважины под давлением, содержащее опорную конструкцию, колонну и узел уплотнения. При этом опорная конструкция включает в себя два направляющих резьбовых элемента в виде винтов с гайками, нижнюю составную опору в виде разъемного фланца, среднюю составную опору в виде разъемной плиты и верхнюю цельную опору в виде плиты, которые посредством выполненных в них осевых каналов размещены на направляющих резьбовых элементах с возможностью их поступательного перемещения посредством вращения гаек. Колонна включает в себя разъемный полый шток на нижнем конце с пакером, содержащим упругие герметизирующие элементы, а верхний конец полого штока заведен в расточку центрального осевого канала средней составной опоры, внутри полого штока установлен приводной вал, выполненный разъемным для возможности изменения своей длины, составные части приводного вала соединены между собой посредством муфт, нижний конец приводного вала соединен с приводным валиком пакера, а на верхнем конце приводного вала закреплен диск вращения, последняя верхняя составная часть приводного вала выполнена в виде винта, содержащего упорный бурт, опирающийся через упорный подшипник на среднюю составную опору в направлении пакера. Узел уплотнения включает в себя полый корпус с присоединительным фланцем, соответствующим фланцу задвижки, кольцевой упругий уплотнительный элемент, охватывающий полый шток по его наружной поверхности, грундбуксу и нажимную резьбовую крышку для сжатия кольцевого упругого уплотнительного элемента, при этом на полом корпусе установлены последовательно соединенные между собой краны высокого давления и манометр (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1756533, МКП E21B 33/03, публикация 23.08.1992).
Недостатками этого известного устройства являются:
- отсутствие возможности производить ремонт приварных шаровых кранов на газоотборных патрубках магистральных газопроводов, так как узел крепления к фонтанной арматуре не позволяет закрепить устройство на патрубке до крана, а узел уплотнения полого штока не позволяет осуществить герметизацию известного устройства на патрубке после крана;
- применение конструкции пакера с осевым сжатием плоскоцилиндрических упругих элементов не обеспечивает надежную герметизацию проходного канала крана, так как радиальная деформация упругих элементов меньше начального зазора между этими элементами и каналом, принимаемого с учетом прохождения пакера через внутренние «усиления» сварных швов приварки корпуса ремонтируемого крана к соответствующим патрубкам;
- невозможно демонтировать нижнее седло ремонтируемого шарового крана, поскольку отсутствует необходимый зазор для прохождения экстрактора между колонной и внутренней поверхностью седла.
Задачей заявляемой полезной модели является создание рациональной конструкции устройства для ремонта приварных шаровых кранов (задвижек) под давлением, в котором за счет того, что устройство снабжено направляющими шпильками, единым узлом уплотнения, нижней разъемной опорой с упорами и регулировочными полукольцами, герметизирующим уплотнением с внутренними коническими поверхностями и соответствующими им разжимающими конусными упорами, а также уступом и пазами на наружной поверхности нижней части штанги колонны, обеспечивается возможность использования устройства на газоотборных патрубках магистральных газопроводов.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем.
Устройство для герметизации трубопровода при ремонте шарового крана под давлением, содержащее опорную конструкцию, колонну и узел уплотнения, при этом опорная конструкция включает в себя два направляющих резьбовых элемента с гайками, нижнюю составную опору, среднюю составную опору и верхнюю цельную опору, опоры посредством выполненных в них осевых каналов размещены на направляющих резьбовых элементах с возможностью их поступательного перемещения посредством вращения гаек, колонна включает в себя полую штангу, внутри которой размещен цельный винт, на нижнем конце которого установлено герметизирующее уплотнение и подвижный упор, узел уплотнения включает в себя полый корпус, полость которого соединена с краном высокого давления, отличающееся тем, что:
направляющие резьбовые элементы выполнены в виде шпилек с шайбами и гайками с двух сторон опор;
на нижнем участке полой штанги выполнены внутренняя резьба, наружный конусный упор и внутренняя канавка, в которую установлено уплотнительное кольцо, в нижней части цельного винта, выполнена наружная резьба, сопрягаемая с внутренней резьбой штанги, герметизирующее уплотнение из упругого материала выполнено с наружной цилиндрической и внутренними коническими поверхностями, подвижный конусный упор выполнен с внутренней канавкой, в которую установлено уплотнительное кольцо, на самом конце винта выполнены поперечное отверстие и резьба, на которую навинчена гайка с двумя шайбами и застопорена штифтом для фиксации подвижного конусного упора, на наружной поверхности нижнего участка штанги выполнен уступ для упора средней опоры после разборки ремонтируемого крана и продольные пазы для размещения экстракторов нижнего седла ремонтируемого шарового крана; узел уплотнения штанги и верхнего патрубка крана выполнен единым, имеющим корпус в виде стакана с двумя боковыми отверстиями, соосно с которыми приварены два патрубка, на одном из которых на конической резьбе установлен кран высокого давления, а на другом на конической резьбе установлена пробка, при этом стакан с двух сторон имеет расточки разного диаметра, посередине которых выполнены канавки и в них помещены уплотнительные кольца;
нижняя опора состоит из скрепленных между собой четырьмя болтами с шайбами и гайками основания и накладки, сверху которых на резьбе установлены четыре упора с цилиндрическими головками, при этом внутри центрального отверстия основания и накладки установлены на винтах регулировочные полукольца.
Это позволяет обеспечить безопасный ремонт приварного шарового крана, установленного на газоотборном патрубке действующего магистрального газопровода, находящегося под рабочим давлением и не прекращающем транспортировку газа.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображено устройство для герметизации трубопровода при ремонте шарового крана под давлением, сборочный чертеж с продольным разрезом;
на фиг.2 - тоже, колонна, сборочный чертеж с продольным разрезом;
на фиг.3 - тоже, единый узел уплотнения, сборочный чертеж с продольным разрезом;
на фиг.4 - тоже, нижняя опора, сборочный чертеж, вид сверху.
Устройство для герметизации трубопровода при ремонте шарового крана под давлением содержит опорную конструкцию 1, колонну 2 и единый узел 3 уплотнения.
Опорная конструкция 1 включает в себя два направляющих резьбовых элемента в виде шпилек 4 с шайбами 5 и гайками 6, нижнюю составную опору 7, среднюю составную опору 8 в виде двух одинаковых деталей, которые соединены между собой двумя болтами 9 с шайбами 10 и гайками 11, и верхнюю цельную опору 12, при этом опоры 7, 8 и 12 посредством выполненных в них осевых каналов размещены на шпильках 4 с возможностью их поступательного перемещения посредством вращения гаек 6.
Колонна 2 включает в себя единую полую штангу 13, на нижнем участке которой выполнены внутренняя резьба 14, наружный конусный упор 15 и внутренняя канавка 16, в которую установлено резиновое кольцо 17. В полую штангу 13 установлен цельный винт 18, на нижнем участке которого выполнена наружная резьба 19 для взаимодействия с внутренней резьбой 14 штанги 13. На нижнем конце винта 18 размещены герметизирующее уплотнение 20, подвижный конусный упор 21 и две шайбы 22. При этом упор 21 выполнен с внутренней канавкой 23, в которую установлено резиновое кольцо 24. На самом нижнем конце винта 18 выполнено поперечное отверстие 25 и резьба 26, на которую навинчена гайка 27, застопоренная штифтом 28, для фиксации подвижного конусного упора 21. На наружной поверхности нижнего участка полой штанги 13 выполнены продольные пазы 29 для размещения экстракторов (на чертеже не показаны) нижнего седла ремонтируемого шарового крана и бурт 59 для упора средней опоры 8 при снятии с колонны и замене деталей ремонтируемого крана 57.
Единый узел уплотнения включает в себя полый корпус в виде стакана 30, полость которого соединена с краном 31 высокого давления. Стакан 30 выполнен с двумя боковыми отверстиями 32, соосно с которыми приварены два патрубка 33, на одном из которых на конической резьбе установлен кран 31 высокого давления, а на другом на конической резьбе установлена пробка 34. При этом стакан 30 с двух сторон имеет расточки 35 и 36 разного диаметра, посередине которых выполнены канавки 37 и 38 и в них помещены уплотнительные кольца 39 и 40.
Нижняя опора 7 включает в себя основание 41 и накладку 42, которые скреплены между собой четырьмя болтами 43 с шайбами 44 и гайками 45. На основание и накладку сверху на резьбе установлены четыре упора 46 с цилиндрическими головками 47. При этом внутри центрального отверстия основания 41 и накладки 42 установлены регулировочные полукольца 48, закрепленные винтами 49 с потайной головкой.
Для фиксации полой штанги 13 от проворачивания вместе с винтом 18 на ее верхнем конце выполнены два паза 50, в которых помещены сухари 51, которые приварены к опорной детали 52 верхней опоры 12. При этом в верхней части винта 18 выполнена резьба 53, на которую навинчена гайка 54. На верхнем конце винта 18 выполнена огранка 55 под ключ.
Устройство для герметизации трубопровода при ремонте шарового крана под давлением работает следующим образом.
Верхняя часть газоотборного патрубка 56 (далее верхний патрубок) выше неисправного шарового крана 57 обрезается безискровым способом (ножовкой по металлу или труборезом) на необходимую длину. Верхний конец патрубка обрабатывается изнутри и снаружи для прохождения герметизирующего уплотнения 20 колонны 2 через возможное внутреннее усиление сварного шва и соответствия расточке 36 стакана 30 единого узла уплотнения 3. На очищенный от изоляции участок газоотборного патрубка 58 ниже неисправного шарового крана 57 устанавливается нижняя составная опора 7 с размещением цилиндрических головок 47 упоров 46 в канавке нижнего полукорпуса шарового крана 57. Основание 41 и накладка 42 с предварительно установленными в них регулировочными полукольцами 48 (для соответствия наружному диаметру патрубка 58) соединяются болтами 43 с шайбами 44 и гайками 45. В отверстиях основания 41 устанавливаются и крепятся шпильки 4 необходимой длины с шайбами 5 и гайками 6. Внутрь верхнего патрубка 56 устанавливается колонна 2 до упора ее в шар закрытого шарового затвора ремонтируемого крана. Сверху на колонну 2 и патрубок 56 устанавливается единый узел 3 уплотнения до упора торца расточки 36 стакана 30 в торец верхнего патрубка 56. При этом, в случае отсутствия утечки через шаровой затвор ремонтируемого крана, кран 31 может быть закрыт, при наличии утечки кран должен быть открыт. Сверху на колонну 2 и шпильки 4 устанавливаются и соединяются болтами 9 с шайбами 10 и гайками 11 две части средней составной опоры 8, которые поджимаются до упора в дно стакана 30 единого узла 3 уплотнения и контрятся вращением гаек 6 с шайбами 5. На шпильки 4 и винт 18, выступающий из штанги 13 колонны 2 устанавливается верхняя опора 12 с размещением ее сухарей 51 в пазах 50 штанги 13 и слегка поджимается вниз шпилечными гайками 6 с шайбами 5. Шаровой затвор ремонтируемого крана 57 открывается и равномерным вращением верхних гаек 6 над верхней опорой 8 колонна 2 перемещается вниз на величину ее рабочего хода, при котором герметизирующее уплотнение 20 колонны 2 устанавливается на уровне расточки патрубка нижнего полукорпуса ремонтируемого крана 57. В этом положении колонны 2, при вращении гаечным ключом за грани 55 винта 18 против часовой стрелки, производится герметизация ремонтируемого шарового крана 57 за счет сжатия герметизирующего уплотнения 20 между конусным упором 15, подвижным конусным упором 21 и внутренней стенкой патрубка нижнего полу корпуса крана 57. Для сброса давления в полости над уплотнением 20 и проверки степени герметизации открывается кран 31 единого узла 3 уплотнения. Если истечение газа из крана 31 происходит, то винт 18 доворачивается до прекращения истечения газа из открытого крана 31. В этом положении откручиваются гайки, стягивающие полукорпуса ремонтируемого крана 57 и шпилечные гайки 6 над средней опорой 8, откручиваются и снимаются также гайки 11 с шайбами 10, соединяющие обе части средней опоры, которые снимаются со шпилек 4 опорной конструкции 1. После этого перемещается вверх по штанге 13 и снимается с верхнего патрубка 56 стакан 30, после чего вверх по штанге перемещаются верхний полукорпус с уплотнительным седлом, специальное уплотнительное кольцо, шаровая пробка и шпиндель с втулкой ремонтируемого крана 57. Все поднятые детали поднимаются до упора в верхнюю опору 12 и крепятся к ней при помощи вязальной проволоки или цепочки с крючками. При помощи крючков экстрактора, размещаемых в продольных пазах 29 на наружной поверхности нижней части штанги 13 колонны 2, извлекается уплотнительное седло с пружинами из нижнего полукорпуса ремонтируемого крана 57. После чего средняя опора 8 вновь устанавливается в нижнее положение с упором в бурт 59 колонны 2, поджимается к нему и контрится шпилечными гайками 6 с шайбами 5. Затем откручиваются и снимаются шпилечные гайки 6 с шайбами 5 над верхней опорой 12, которая снимается с винта 18 колонны 2 и шпилек 4. После чего снимается единый узел 3 уплотнения, верхний полукорпус с седлом, специальное уплотнительное кольцо, шаровая пробка, шпиндель с втулкой и нижнее седло ремонтируемого крана 57.
После очистки, осмотра и, при необходимости, замены узлы и детали шарового крана устанавливаются на колонну сверху средней опоры 8 в обратной последовательности. Затем устанавливается единый узел 3 уплотнения и верхняя опора 12, которая поджимается к верхнему торцу штанги 13 гайками 6 с шайбами 5. После чего узлы и детали шарового крана вместе с узлом 3 уплотнения приподнимаются над средней опорой 8, которая демонтируется из нижнего положения, когда она упирается в бурт 59. Узлы и детали ремонтируемого шарового крана устанавливаются в рабочее положение, полукорпуса которого стягиваются штатными шпильками и гайками. Сверху устанавливается единый узел 3 уплотнения с упором в торец верхнего патрубка 56 и затем средняя опора 8 в свое верхнее положение с поджатием ее к стакану 30 гайками 6 с шайбами 5. Вращением винта 18 по часовой стрелке подвижный упор 21 отводится от неподвижного упора 15, герметизирующее уплотнение 20 освобождается и за счет упругих свойств занимает свое начальное положение. На винт 18 колонны накручивается гайка 54. При откручивании гаек 6 над верхней опорой 12 под действием давления газа в газоотборном патрубке, колонна 2 с уплотнением 20 перемещается вверх и размещается выше шарового затвора. После чего ремонтируемый шаровой кран 57 закрывается. При малом давлении в газоотборном патрубке колонна 2 перемещается вверх при помощи равномерного вращения гаек 6, установленных под верхней опорой 12. Контроль процессов герметизации и разгерметизации (работы уплотнения 20), а также сброс давления на различных этапах производится открытием крана 31 единого узла 3 уплотнения.
Устройство демонтируется с газоотборного патрубка действующего магистрального газопровода после стравливания давления при открытии крана 31, и отсутствии дальнейшего его истечения, а также после проверки герметичности отремонтированного шарового крана по затвору, разъему и шпинделю.
Заявленная полезная модель позволяет обеспечить безопасный ремонт приварного шарового крана, установленного на газоотборном патрубке действующего магистрального газопровода, находящегося под рабочим давлением и не прекращающем транспортировку газа.