КОМПЛЕКС ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Область техники
Предлагаемый комплекс относится к устройству для обработки швов и удаления с поверхности трубопровода наплавленного эпоксидного покрытия, окалины, ржавчины, оксидных пленок, органических смазок и различных загрязнений.
Данный комплекс может быть использован при выполнении ремонта на глубоководных трубопроводах с применением дистанционно управляемых аппаратов.
При эксплуатации глубоководных трубопроводов могут возникать их повреждения из-за внутренней или внешней коррозии, водородного растрескивания под воздействием напряжений, изменения условий на морском дне, сцепления с якорями и т.п.
При выполнении ремонта на глубоководных трубопроводах с использованием дистанционно управляемых аппаратов выполняются следующие основные операции: 1) обнаружение поврежденного участка и определение мест его отрезки; 2) подъем участка трубопровода со дна и установка его на опоры для обеспечения доступа к трубе по всей ее окружности; 3) отрезка поврежденного участка трубопровода в случае невозможности использования хомутов и скоб для устранения повреждения и подъем этого участка трубопровода на судно, с которого производятся работы, или перемещение в сторону; 4) механическое удаление бетонной грузовой рубашки и наплавленного на трубу эпоксидного покрытия на свободных концах трубопровода для обеспечения последующего герметичного соединения с концевыми модулями по всей окружности концов; 5) удаление с концов трубопровода заусениц, образовавшихся при резке; 6) установка концевых модулей; 7) вставка отрезка трубы в концевые модули взамен удаленного поврежденного участка трубопровода [Pipeline Repair Equipment For 2,000(+) Meter Water Depths. D.S. Cox. Pipeline & Gas Journal, vol. 228, №4, April 2001].
Среди перечисленных операций одной из наиболее сложных является очистка свободных концов или участков трубопровода от наплавленного эпоксидного покрытия. Такая очистка, при необходимости, может требоваться и тогда, когда поврежденный участок трубопровода не подлежит вырезке. Она производится, в основном, механическими методами с использованием режущих дисков, абразивного инструмента, щеток и т.п. Данная операция требует значительных временных затрат (в зависимости от плотности и качества прилегания наплавленного покрытия). При этом выполняемая механическая очистка трудно поддается контролю качества по той же самой причине неравномерности плотности прилегания наплавленного покрытия.
Предшествующий уровень техники
Известно несколько близких по типу комплексов для обработки подводных трубопроводов (патент США №6200068 В1, кл. F16L 1/12, 2001, патент США №5425599 А, кл. F16L 1/12, 1995, патент США №5458439 А, кл. F16L 1/12, 1995, патент РФ №107186 U1, кл. E02D 23/00, 2001). Общим недостатком вышеперечисленных комплексов является наличие механической очистки поверхности трубопровода с использованием режущих дисков, абразивного инструмента, щеток и т.п., которая требует значительных временных затрат. При этом качество механической очистки трудно поддается контролю.
Целесообразно, для очистки трубопроводов использовать известное устройство для электродуговой очистки трубопроводов (патент РФ №2374046 С1, кл. В23Н 1/00, 2009).
Сущность полезной модели
Техническим результатом полезной модели является повышение производительности и качества очистки трубопровода от наплавленного эпоксидного покрытия. Указанный технический результат достигается тем, что комплекс для электродуговой обработки (ЭДО) подводных трубопроводов, содержащий судно поддержки с установленными на нем: крановым спуско-подъемным устройством, обеспечивающий подъем и закрепление обрабатываемой части трубопровода при помощи подводных лебедок и тросов судового крана на колоннах над дном моря, дистанционно управляемыми средствами для выполнения работ на дне моря и поддержки. При этом комплекс дополнительно содержит кессон с модулем для ЭДО, монтируемый вокруг обрабатываемой поверхности трубопровода, системы питания ЭДО, подачи воздуха под кессон, вакуумирования модуля ЭДО, расположенные на судне поддержки, комплекс передвижения кессона вдоль трубопровода на заданное расстояние.
Применение ЭДО для обработки поверхности подводного трубопровода позволяет повысить производительность и качество очистки трубопровода от наплавленного эпоксидного покрытия.
Целесообразно, чтобы кессон с модулем ЭДО был выполнен с возможностью перемещения в заданном направлении по ходу трубопровода на заданную дистанцию. Такое выполнение кессона позволяет очистить поверхность трубопровода на заданном участке.
Целесообразно, чтобы модуль включал в себя электродный (анодный) блок элементов с электродами, разнесенными по кругу на равные дистанции, направляющие ролики контролирующие движение обечайки вдоль трубы, систему подводов и распределения электрических кабелей, систему вакуумирования и систему крепления к кессону.
Целесообразно, чтобы электродная (анодная) сборка модуля ЭДО содержала блок из двух и более анодов механически не сцепленных напрямую между собой. Электродная (анодная) сборка может также представлять собой сборку из электрически соединенных элементов. Указанное выполнение модуля дает возможность работать вокруг трубопровода электродной группе, в которой электроды (аноды) равномерно расположены поперек обрабатываемого изделия перпендикулярно его поверхности.
Конкретное число электродов в анодном блоке и их расположение вокруг трубы может быть выбрано с учетом требований конкретного применения. Обычно предпочтительным вариантом является такой, когда создаваемый ЭДР покрывает кольцом весь внешний диаметр трубы, что существенно ускоряет процесс очистки.
Целесообразно, чтобы кессон содержал помост для персонала, работающего с электродуговой системой очистки.
Целесообразно, чтобы кессон и обечайка модуля с электродным блоком могли быть одеты и сняты на поднятый над дном моря участок трубы в любое время.
Целесообразно, чтобы гидравлические затворы на кессоне были снабжены гидравлической системой для запирания/открывания их с помощью системы дистанционного управления.
Целесообразно, чтобы источник питания электродного блока, насосно-вакуумная станция для поддержания заданной атмосферы в зоне работы ЭДР были расположены на судне поддержки.
Целесообразно, чтобы кессон содержал отдельные первичные двигатели для движения системы вдоль трубы.
Это упрощает обслуживание кессона при эксплуатации.
При электродуговой очистке обрабатываемое металлическое изделие (трубопровод) служит катодом, а в качестве материала анода используется графит. Саму очистку проводят в области возрастающего участка вольтамперной характеристики (ВАХ). При достаточно высокой температуре расходуемый графитовый анод является источником восстановительной углеродной плазмы, что повышает производительность и качество очистки изделий.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии условию "новизна".
Перечень фигур и чертежей
На фиг.1 схематично представлен способ установки трубопровода на опоры и позиционирования на трубопроводе комплекса ЭДО и введены следующие обозначения:
1 - судно поддержки с пультовой, насосно-вакуумной станцией, системой электропитания ЭДР и крановым спуско-подъемным устройством;
2 - система подвода и распределения электрических кабелей;
3 - трубопровод системы вакуумирования;
4 - магистральный подводный трубопровод;
5 - опоры;
6 - кессон с модулем ЭДО.
На фиг.2 представлена схема установки, крепления и перемещения модуля ЭДО на подводном трубопроводе и введены следующие обозначения:
7 - направляющий ролик кессона с электроприводом (не показан);
8 - входной гидравлический запор кессона;
9 - выходной гидравлический запор кессона;
10 - обечайка модуля ЭДО с направляющими роликами и электроприводом (не показан);
11 - отдельный анодный элемент в анодном блоке;
12 - помост для персонала;
13 - гидрозатвор кессона
14 - трубопровод наддува кессона
На фиг.3 представлена схема анодной сборки и введены следующие обозначения:
15 - анодный блок (в сборке);
16 - система крепления анодных элементов в бок;
17 - зона генерации анодных пятен (показана пунктиром);
18 - зажимное устройство крепления модуля ЭДО на трубе.
На фиг.4 представлена схема установки, крепления и перемещения модуля ЭДО на торце подводного трубопровода и введены следующие обозначения:
18 - схема байпас ремонтируемой части трубопровода;
19 - заглушка трубопровода.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели
На фиг.1 изображен собранный и готовый к работе комплекс ЭДО трубопровода. Часть трубопровода (4), включая обрабатываемую поверхность, поднято над дном на опоры (5) для обеспечения доступа к ремонтируемому участку по всей окружности. После того, как с ремонтируемого участка сбивается бетонная рубашка, на него с судна поддержки (1) при помощи направляющих тросов опускается кессон (6) и фиксируется на трубе при помощи дистанционно управляемых гидравлических запоров (8, 9). Под кессон через систему наддува (14) нагнетается воздух. Далее, водолазами, под кессон заводятся элементы сборной обечайки модуля ЭДО (10). Элементы обечайки содержат уплотнители, которые обеспечивают герметичность прилегания к трубе, аноды (11) и систему крепления анодных элементов (16). Обечайку (10) собирают вокруг трубы, фиксируя зажимным устройством (18). Входные и выходные уплотнители обечайки могут быть выполнены в виде резиновых колец или полипропиленовых вставок с направляющими и прижимными элементами различных типов.
После сборки обечайки для достижения рабочего давления в 0,10-10 Па над ремонтируемым участком при помощи системы вакуумирования (3) из рабочего зазора между электродами (11) и поверхностью трубы откачивается воздух. При этом, в случае необходимости, дополнительно, внутри камеры может быть создана восстановительная или защитная атмосфера путем ввода в камеру соответствующей газовой смеси.
Под обечайкой, при заданном рабочем давлении, которое контролируется системой вакуумирования расположенной на судне поддержки, производится очистка изделия с помощью ЭДР постоянного тока, создаваемого между электродами анодного блока (11) и ремонтируемым участком трубопровода (4). Постоянный ток подается с судна поддержки от блока питания по электрическим кабелям (2). При этом электроды анодного блока подключаются к положительным клеммам источника (источников) питания, а трубопровод - к отрицательным. При горении ЭДР в вакууме или восстановительной атмосфере, на поверхности изделия образуется множество хаотически перемещающихся катодных пятен (17), которые и обеспечивают зачистку поверхности за счет выделения в них основной энергии разряда. При этом электроды анодного блока расположены в системе крепления (16) перпендикулярно обрабатываемой поверхности трубы, чтобы по возможности катодные пятна могли генерироваться на поверхности очищаемого участка по всему периметру. Данное устройство позволяет производить очистку ремонтируемого участка трубопровода в непрерывном режиме. По мере очистки трубопровода устройство перемещают под кессоном (или совместно с кессоном при помощи направляющих роликов (7) в заданном направлении (либо в поступательном либо в возвратно-поступательном направлениях) пока не будет зачищен весь ремонтируемый участок трубопровода.
В случае зачистки торцевых участков труб (фиг.4а, б), в магистральный трубопровод врезается байпас (18) в обход ремонтируемого участка, а в торцевые концы трубы, которые образуются вследствие удаления заменяемого участка трубопровода, вставляются заглушки (19) для удержания кессона и модуля ЭДО (6) на торцах труб и перемещения направляющих роликов (7). Этим обеспечивается работа модуля ЭДО по всему периметру внешней торцевой поверхности трубы.
Качество зачистки обрабатываемой поверхности может контролироваться как визуально в непосредственной близости к месту обработки (при нахождении водолазов на помосте (12) под кессоном), так и дистанционно при помощи камер видеонаблюдения.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленное устройство для электродуговой обработки металлических изделий может быть реализована на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. она соответствует критерию «промышленная применимость».