ПОСАДОЧНЫЙ УЗЕЛ ОЧИСТНОГО УСТРОЙСТВА ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к трубопроводному транспорту различной продукции и, в частности, нефти, нефтепродуктов, газа, воды, химической продукции. Устройство по полезной модели может быть использовано при последовательной перекачке высоковязких и высокопарафинистых нефтей, предусматривающей очистку внутренней полости трубопроводов от асфальто-смолисто-парафиновых отложений (далее - АСПО) и механических примесей, продуктов коррозии.
Известен посадочный узел очистного устройства трубопровода (в системе других узлов), включающий участок трубопровода, примыкающий к посадочному узлу, рабочую камеру, сообщенную через задвижку с предшествующим примыкающим участком трубопровода, и обводной трубопровод с задвижками (см., RU 2449209, 27.04.2012).
Недостатком известного устройства является то, что оно предусматривает очистку трубопровода одиночными очистными устройствами без каких-либо мер по очистке самих очистных устройств и рабочих камер с накопленными в них продуктами очистки разной природы и свойств. Все технологические операции, связанные с этим предполагают долговременные ручные операции.
Известен посадочный узел очистного устройства трубопровода (подводного), включающий участок трубопровода, примыкающий к посадочному узлу, рабочую камеру, сообщенную через задвижку с предшествующим примыкающим участком трубопровода, дистанционную систему управления, при этом рабочая камера выполнена с размерами, обеспечивающими эффективность извлечения очистного устройства (см. US 6454492, 24.09.2002).
Недостатки этого устройства, по существу, те же, что и предшествующего устройства.
Известно множество других решений по данному вопросу (см., например, US 5927319, 27.07.1999, US 8052801, 08.11.2011; RU 2394657, 20.07.2010).
Однако, известные решения не обеспечивают эффективной очистки трубопроводов при перекачке продукции с повышенным содержанием высокомолекулярных соединений, обладающих свойствами неньютоновских жидкостей, затрудняющих как саму очистку линейной части трубопроводов механическими очистными устройствами, так и извлечение и очистку самого очистного устройства на посадочном узле, например, на промежуточном пункте трубопровода, для возможности оперативного продолжения следующего цикла очистки.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности очистки трубопровода, транспортирующего продукцию, содержащую высокомолекулярные АСПО, за счет возможности применения множества - серии механических очистных устройств и оперативной комплексной очистки самих очистных устройств для подготовки к другому циклу их использования.
Указанный технический результат достигается тем, что посадочный узел очистного устройства трубопровода включает участок трубопровода, примыкающий к посадочному узлу, рабочую камеру, по меньшей мере, одну, выполненную на одно очистное устройство с продуктами очистки трубопровода и сообщенную, через задвижки, одним концом с примыкающим участком трубопровода, а другим концом с камерой гидрообработки, выполненной на одно очистное устройство с продуктами очистки трубопровода и содержащей концевой гермолюк и патрубки с задвижками для подвода и отвода промывочного агента, при этом один из патрубков для подвода промывочного агента содержит механизм генерирования ударов с заданной частотой в потоке промывочного агента, выполненный с возможностью механического воздействия через стенку патрубка с необходимой энергией на камеру гидрообработки и/или рабочую камеру, по меньшей мере, одну.
Кроме того, посадочный узел очистного устройства трубопровода характеризуется тем, что:
- рабочая камера снабжена сигнализатором времени подхода продуктов очистки в эту камеру и времени их прохождения в рабочую камеру;
- рабочая камера снабжена сигнализатором, позволяющим определить объем продуктов очистки перед очистным устройством;
- его задвижки и концевой гермолюк электрифицированы и имеют возможность приведения в действие с командного пункта по заданной программе, предусматривающей порядок открытия-закрытия задвижек и гермолюка;
- механизм генерирования ударов имеет возможность генерирования поперечных ударов и выполнен в виде шара диаметром 0,9-0,98 от внутреннего диаметра патрубка для подвода промывочной жидкости, при этом шар подвешен на гибком элементе или размещен на опоре;
- сигнализатор выполнен в виде системы пластин, установленных на шарнире параллельно потоку.
Заявленная полезная модель поясняется графическими материалами, где с целью наилучшего понимания ее сущности на фиг.1 показан пример посадочного узла очистного устройства трубопровода с четырьмя рабочими камерами (вид в плане), а на фиг.2 посадочный узел очистного устройства трубопровода показан с видом в профиль.
Посадочный узел очистного устройства (далее - ОУ) трубопровода может быть соединен с остальной частью, например, подводного трубопровода через стояк 1 и участок 2 с заданным радиусом кривизны. Посадочный узел имеет последовательно установленные рабочие камеры 3-3′′′ (количество рабочих камер 3-3′′′ на фиг.1 показано в качестве примера реализации заявленной полезной модели и равно количеству принимаемых ОУ), приемный трубопровод 4. Рабочие камеры 3-3′′′ соединены с примыкающим участком трубопровода и между собой через задвижки 5-5′′′′. Последняя по потоку рабочая камера 3′′′ соединена с камерой гидрообработки 6, снабженной патрубками для подвода 7, 7′ и отвода 8, 8′ промывочного агента с задвижками 9, 9′ и 10, 10′, соответственно. Камера гидрообработки 6 может быть снабжена электрифицированным концевым гермолюком 11 для отвода ОУ из трубопровода наружу. Рабочие камеры 3-3′′′ патрубками 12-12′′′ через обратные клапаны 13-13′′′ и задвижки 14-14′′′ соединены с приемным трубопроводом 4, который через задвижки 15 и 15′ соединен с приемными коллекторами 16 и 16′. Последние соединены с трубопроводом через стояк 1 и задвижки 17 и 17′ соответственно. Сигнализатор 18 (на фиг.1 обозначен условно), по меньшей мере, один, для контроля продуктов очистки трубопровода, например, АСПО смонтирован, например, на горизонтальном участке 2 стояка 1, в каждой из рабочих камер 3-3′′′ (на фиг.1 сигнализаторы 18′-18′′′′) и на магистральном трубопроводе (на фиг. не показан). Этот сигнализатор фиксирует прохождение продуктов очистки и ОУ. Для устранения гидравлических ударов в момент приема ОУ в соответствующую рабочую камеру и при переходе ОУ из рабочих камер 3-3′′′ для приема их в камеру гидрообработки 6 установлены патрубки 19-19′′′ и патрубок 20 с обратным клапаном 21. Управление всей работой устройства предусмотрено с командного пункта при помощи компьютера, скоммутированного с пультом 22, по заданной программе. Для обеспечения перевода ОУ в камеру гидрообработки 6 из рабочих камер 3-3′′′ последние снабжены задвижками 24-24′′′′ для подвода перекачиваемой по трубопроводу среды.
Основной функцией сигнализатора 18 является фиксация времени подхода к рабочей камере ОУ, приема ОУ, объема скоплений продуктов очистки и продолжительности прохождения их по участку, где установлен этот сигнализатор.
Принцип действия сигнализатора 18 заключается в следующем. Он может быть выполнен, например, в виде механического узла и, в частности, состоять из набора металлических пластин, например, шести. Эти пластины могут быть установлены под нишей свободно на оси - на шарнире параллельно направлению движения перекачиваемой среды с возможностью поворота пластин вокруг оси - шарнира с заходом их в нишу полностью или частично под действием ОУ или продуктов очистки. Пластины, находясь под постоянным динамическим действием потока и благодаря значительной площади обтекания, резко реагируют на изменение гидравлического сопротивления. Сигнализатор может быть отрегулирован таким образом, что в процессе работы трубопровода (при перекачке маловязкой продукции) пластины в исходном положении занимают свободное - вертикальное положение. В момент прохождения ОУ пластины поворачиваются на 90 градусов, заходят в нишу и полностью освобождают живое сечение потока. Когда в рабочую камеру ОУ начинают поступать продукты очистки, для которых характерны высокая пластическая вязкость и динамическое напряжение сдвига, пластины испытывают более высокое гидравлическое сопротивление, и благодаря чему поворачиваются вокруг оси на определенный угол и занимают некое промежуточное положение, тем самым выводя часть своей трущейся о движущуюся жидкость поверхности из потока. Все эти позиции поворотных пластин сигнализатора контролируют и четко фиксируют автоматизированной системой управления с компьютером, оснащенным заданной программой. Продолжительность времени движения продуктов очистки, при известной скорости ОУ, позволяет определить протяженность и, следовательно, и величину объема продуктов очистки перед каждым ОУ в момент их подхода к рабочей камере, а угол наклона пластин к оси трубопровода позволяет оценить среднее содержание высоковязких высокомолекулярных соединений в продуктах очистки.
Посадочный узел очистного устройства трубопровода (фиг.1, 2) работает следующим образом.
Перекачиваемая среда из трубопровода через задвижки 17 и 17′ попадает в приемный коллектор 16 или 16′, при этом все остальные задвижки устройства закрыты. По сигналу от сигнализатора 18 о подходе первого ОУ к рабочей камере 3 открываются задвижки 5, 5′, 5′′, 5′′′, 14′′′, 15 или 15′ и закрываются задвижки 17 или 17′. При этом скопления продуктов очистки трубопровода (высокомолекулярные соединения) последовательно проходят через задвижку 5, рабочую камеру 3, задвижку 5′ рабочую камеру 3′, задвижку 5′′ рабочую камеру 3′′, задвижку 5′′′, рабочую камеру 3′′′, обратный клапан 13′′′, патрубок 12′′′, задвижку 14′′′, приемный трубопровод 4, задвижку 15 или 15′ и попадают в соответствующий коллектор 16 или 16′. По информации сигнализатора 18′′′′ о поступлении первого ОУ в рабочую камеру 3′′′ закрываются задвижки 14′′′ и 5′′′, открывается задвижка 14′′. При этом перекачиваемая среда, следующая за первым ОУ, проходит последовательно через задвижку 5, рабочую камеру 3, задвижку 5′, рабочую камеру 3′, задвижку 5′′, рабочую камеру 3′′, обратный клапан 13′′, патрубок 12′′, задвижку 14′′, приемный трубопровод 4 и задвижку 15 или 15′ в приемный коллектор 16 или 16′. При поступлении второго ОУ продукты очистки трубопровода проходят тот же путь, что и чистая жидкость, и направляются в коллектор 16 или 16′. По информации сигнализатора 18′′′ о поступлении ОУ открывается задвижка 14′ и закрываются задвижки 5′′, 14′′. Следующие ОУ имеют возможность перемещения аналогичным образом. После поступления всех ОУ идущая за ними перекачиваемая среда поступает в приемные коллекторы 16 или 16′. При этом закрываются все задвижки посадочного узла и открываются задвижки 17 или 17′. Открываются задвижки 10, 10′, 5′′′′, 24′′′′, 24 и перекачиваемой жидкостью через патрубок 23, задвижку 24, обводную трубу 25, задвижку 24′′′′, патрубок 23′′′′ ОУ переводят из рабочей камеры 3′′′ через задвижку 5′′′′ в камеру гидрообработки 6. При этом все остальные задвижки устройства закрыты. Затем закрываются задвижки 24, 24′′′′, задвижка 5′′′′, открываются патрубки 7, 7′ и в камеру гидрообработки 6 через задвижки 9, 9′, патрубки 7, 7′ подается промывочный агент, который отводится через задвижки 10, 10′ и патрубки 8, 8′. Для лучшей промывки ОУ камера гидрообработки 6 выполнена с диаметром на 9-13% большим, чем диаметр рабочих камер 3-3′′′. Именно такое соотношение диаметров упомянутых камер обеспечивает возможность получения в данном зазоре, при определенном расходе промывочного агента, поперечных перемещений ОУ и образование за ним, по потоку, кавитационных явлений с перепадами давлений, способствующих оптимальной обработке ОУ.
При этом, существенным средством обработки ОУ является механизм генерирования ударов с заданной частой в потоке промывочного агента. Он установлен в одном из патрубков подвода промывочного агента, 7 или 7′ (на фиг. условно не показан). Этот механизм выполнен с возможностью механического воздействия через стенку упомянутого патрубка с необходимой энергией на камеру гидрообработки и/или рабочую камеру, по меньшей мере, одну. Воздействие на одну или несколько упомянутых камер определяется силой удара, которая зависит от расхода промывочного агента. Удары заданной частоты обеспечивают существенное снижение вязкости продуктов очистки еще в рабочей камере и свободу перемещений ОУ из одной камеры в другую особенно после непреднамеренных - аварийных остановок потока в трубопроводе. Такие удары существенно снижают усилие страгивания в среде неньютоновских систем, которыми, как правило, являются высокомолекулярные среды. Одним из простейших и наиболее оптимальных вариантов для данного случая является выполнение механизма генерирования ударов в виде шара диаметром 0,9-0,98 от внутреннего диаметра патрубка для подвода промывочного агента. При этом шар может быть подвешен на гибком элементе или размещен на опоре, или размещен между опорами. В последнем случае расстояние между опорами должно обеспечивать возможность осевого перемещения шара в пределах 0,5-1 диаметра шара. Шар при этих условиях в потоке жидкости совершает поперечные колебания. Управлять их силой и частотой можно путем изменения режима потока. После промывки ОУ промывочный агент сливают через клапан 21, патрубок 20, задвижку 10′. По сигналу открывается концевой гермолюк 11 и вручную извлекают ОУ из камеры гидрообработки 6. После этого концевой гермолюк 11 закрывают и описанным образом производят промывку второго ОУ, а затем и всех остальных. После этого закрывают все задвижки, кроме 17 или 17′ и технический персонал подготавливает посадочный узел ОУ трубопровода к приему следующей серии ОУ.
В качестве пояснения сущности заявленной полезной модели и причинно-следственной связи совокупности ее существенных признаков с достигаемым техническим результатом следует отметить.
Если к посадочному узлу ОУ трубопровода примыкает наземный трубопровод, то это характеризует крайне нестабильные условия, определяемые, например, сезонными перепадами температур и зависимостью реологических характеристик высокомолекулярных соединений в трубопроводах от внешних температурных условий среды, например, сезона года и конкретной температуры суток. Эти условия для таких трубопроводов необходимо каждый раз конкретно просчитывать вплоть до предварительного проведения модельных испытаний на саму возможность очистки без порыва участков трубопровода при данных температурных условиях внешней среды, количество ОУ, их рассредоточение. При высокой температуре реологические характеристики высокомолекулярных соединений (их низкая вязкость под действием тепла) позволяют использовать для качественной очистки трубопровода, например, одно ОУ. Посадочный узел ОУ трубопровода для этого случая используют с одной рабочей камерой. В менее вязкой среде очистка самих ОУ не представляет особого труда. Механизму генерирования ударов достаточно воздействовать на камеру гидрообработки. При низкой температуре и повышенной вязкости высокомолекулярных соединений в трубопроводе количество ОУ увеличивают, например, до трех-четырех. В вязкой среде затруднена очистка самих ОУ. В этих случаях механизм генерирования ударов обеспечивает воздействие на камеру гидрообработки и рабочую камеру. В подземном или подводном трубопроводах условия по температуре более стабильные - без значительных температурных перепадов и не требуют, например, предварительных модельных испытаний. В типовом случае для таких трубопроводов обходятся, как правило, двумя-тремя ОУ, а посадочный узел применяют с двумя-тремя рабочими камерами. Особый случай, когда трубопровод частично наземный и частично подземный или подводный, когда стабильные температурные условия могут сочетаться с нестабильными условиями и приводить к нарушениям режимной эксплуатации трубопровода. Для этого случая устройство должно иметь резерв рабочих камер, например, составлять пять-шесть штук, а механизм генерирования ударов должен иметь возможность воздействия, например, на две-три рабочие камеры.
Если к посадочному узлу примыкает участок трубопровода с нефте-водо-газовой смесью, продукцией нефтяной скважины, находящейся на поздней стадии разработки нефтяной залежи, протяженностью, например, не менее 200 м, то при ламинарном (стратифицированном) режиме, например, под действием гравитации происходит естественная сепарация упомянутой смеси - разделение фракций на газ (занимает верхнюю часть трубопровода), нефть (занимает среднюю часть трубопровода) и воду (занимает нижнюю часть трубопровода). Очистка трубопровода в условиях фракционирования транспортируемой смеси - отдельная задача. С учетом внешних температурных условий среды необходимо учитывать и явления на границах фаз. Условия очистки могут быть наиболее сложными. Для них количество рабочих камер и очистных устройств может быть увеличено до восьми единиц, а механизм генерирования ударов должен иметь возможность воздействия на все рабочие камеры.
В случае затруднений в очистке и необходимости оперативной очистки самих ОУ наиболее предпочтительно использование конечного участка трубопровода. Посадочный узел может быть смонтирован в минимальные сроки через одно соединение, а следовательно и очистка самих ОУ может быть осуществлена тоже в минимальные сроки.
При необходимости очистки трубопровода на любой его части, в том числе средней, посадочный узел очистного устройства трубопровода предусмотрен с отдельным соединением (широко известным быстро сборно-разборным соединением), обеспечивающим возможность подсоединения к любой части трубопровода с двух сторон в кратчайшие сроки.
Оперативность в очистке трубопровода необходима потому, что высокомолекулярные соединения, как правило, представляют собой неньютоновские системы, характеризующиеся резким набором вязкости в статических условиях вплоть до характеристики вязкой среды параметрами условно твердого тела (по терминологии академика П.А. Ребиндера, «твердообразного»). В этих условиях важно осуществить необходимые мероприятия в ограниченные сроки, что учитывает заявленное устройство.