ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ СТОЯКА ОТБОРА ГАЗА ПРИ РЕМОНТЕ НИЖНЕГО ШАРОВОГО КРАНА

Полезная модель относится к вспомогательным герметизирующим средствам для обеспечения ремонта нижнего шарового крана, установленного на патрубке стояка отбора газа действующего магистрального трубопровода.
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 разъёмного 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 надёжную 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.
Известно устройство для герметизации трубопровода при замене шарового крана, содержащее присоединяемый к крану корпус, размещенный в нём 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, закреплённой 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 при незначительном 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).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является 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, которые 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, направляющие резьбовые элементы выполнены в виде шпилек с шайбами и гайками с двух сторон опор, на нижнем участке штанги колонны выполнены внутренняя резьба, наружный конусный упор и внутренняя канавка с уплотнительным кольцом, в нижней части винта выполнена наружная резьба, сопрягаемая с внутренней резьбой штанги, герметизирующее уплотнение выполнено с 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 и продольные пазы, 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 на винтах установлены регулировочные полукольца (см. описание полезной модели к патенту №121025, МПК F16K 43/00, публикация 10.10.2012).
Недостатком ближайшего аналога является низкая безопасность ремонта шарового крана, обусловленная следующими причинами:
- при ремонте нижнего шарового крана для перемещения верхней опоры необходимо крутить две гайки одновременно под большой нагрузкой, что приводит к быстрому износу и выходу из строя резьбы направляющих шпилек и гаек, увеличению вероятности разрушения опорной конструкции, и снижению безопасности проведения ремонтных работ;
- при ремонте нижнего шарового крана при перемещении верхней опоры с колонной в рабочее положение, требуется строгое соблюдение горизонтального положения верхней опоры на протяжении всего процесса приведения устройства в рабочее положение. Нарушение горизонтальности опоры может привести к заклиниванию сопрягаемых элементов устройства, повышению риска выброса газа в рабочую зону вследствие перекоса герметизирующих элементов и снижает безопасность проведения ремонтных работ;
- при ремонте нижнего шарового крана герметизирующий элемент колонны имеет большую контактную поверхность, вследствие чего, для герметизации газопровода, требуются большие усилия, возникающие в резьбовом соединении колонны, а также требуется качественная подготовка поверхности под установку герметизирующего элемента, что повышает риск выброса газа в рабочую зону, вследствие разгерметизации патрубка стояка отбора газа и снижению безопасности проведения ремонтных работ;
- при ремонте нижнего шарового крана узел уплотнения стакана имеет одно уплотнительное кольцо. В совокупности с низким качеством поверхности и возможными отклонениями геометрических параметров поперечного сечения наружной поверхности патрубка стояка отбора газа, значительно повышает риск выброса газа в рабочую зону и снижает безопасность проведения ремонтных работ.
Технической проблемой, решение которой было обеспечено заявляемой полезной моделью, является создание рационального, надежного и безопасного приспособления для ремонта нижних шаровых кранов стояка отбора газа на действующих магистральных трубопроводах, находящихся под давлением без прекращения транспортировки газа, в котором за счет того, что приспособление снабжено опорой с домкратом, многорядным кольцевым уплотнением, дополнительными уплотнительными кольцами и втулками направляющими, обеспечивается возможность надежного и безопасного использования приспособления для герметизации стояка отбора газа при ремонте нижнего шарового крана.
Технический результат, получаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в повышении безопасности ремонта нижнего шарового крана.
Технический результат достигается тем, что приспособление для герметизации стояка отбора газа при ремонте нижнего шарового крана, содержащее опорную конструкцию, колонну и узел уплотнения, при этом опорная конструкция включает в себя нижнюю составную опору, среднюю составную опору, среднюю цельную опору и два направляющих резьбовых элемента, выполненные в виде шпилек с шайбами и гайками с двух сторон опор, размещенных посредством выполненных в них осевых каналах на направляющих резьбовых элементах с возможностью их поступательного перемещения при помощи вращения гаек;колонна включает в себя полую штангу, на нижнем участке которой выполнены внутренняя резьба, наружный конусный упор, уступ, продольные пазы и внутренняя канавка с уплотнительным кольцом; внутри штанги размещен цельный винт, в нижней части которого выполнены поперечное отверстие и наружная резьба с возможностью сопряжения с внутренней резьбой штанги, а на нижнем конце винта установлено герметизирующее уплотнение и подвижный конусный упор с штифтом; нижняя составная опора выполнена из скрепленных между собой основания и накладки, сверху которых установлены упоры с цилиндрическими головками, при этом основание и накладка имеют общее отверстие, внутри которого установлены регулировочные полукольца; узел уплотнения включает в себя полый корпус, с одной стороны соединенный с краном высокого давления, при этом корпус с двух торцевых сторон имеет расточки разного диаметра с канавками, в которых помещено по одному уплотнительному кольцу, согласно полезной модели приспособление содержит верхнюю опору с закрепленным на ней домкратом, в средней цельной опоре жестко установлены четыре направляющие втулки, герметизирующее уплотнение выполнено многорядным кольцевым, а узел уплотнения содержит дополнительные уплотнительные кольца.
Безопасность ремонта шарового крана достигается тем, что перемещение колонны осуществляется домкратом, новая форма уплотнения снижает усилие на рукоятке применяемых для затяжки уплотнения гаечных ключей и снижает износ резьбы колонны, корпус узла уплотнения с двух сторон имеет расточки разного диаметра, посередине которых выполнены по 2 канавки и в них помещены 4 уплотнительных кольца, а в средней цельной опоре жестко установлены четыре направляющие втулки.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - изображено приспособление для герметизации стояка отбора газа при ремонте нижнего шарового крана, сборочные чертежи главного вида с продольным разрезом;
на фиг. 2 - изображено приспособление для герметизации стояка отбора газа при ремонте нижнего шарового крана, сборочный чертеж вида сбоку;
на фиг. 3 - тоже, колонна, сборочный чертеж с продольным разрезом;
на фиг. 4 - тоже, единый узел уплотнения, сборочный чертеж с продольным разрезом;
на фиг. 5 - тоже, нижняя опора, сборочный чертеж, вид сверху.
На фигурах позиции обозначены следующим образом:
1 - опорная конструкция,
2 - колонна,
3 - узел уплотнения,
4 - шпилька,
5 - шайба,
6 - гайка,
7 - нижняя составная опора,
8 - средняя составная опора,
9 - болт,
10 - шайба,
11 - гайка,
12 - средняя цельная опора,
13 - направляющая втулка,
14 - стакан,
15 - болт,
16 - верхняя опора,
17 - домкратом,
18 - полая штанга,
19 - внутренняя резьба,
20 - конусный упор,
21 - внутренняя канавка,
22 - резиновое кольцо,
23. цельный винт,
24 - наружная резьба,
25 - уплотнение многорядное кольцевое,
26 - подвижный конусный упор,
27 - шайба,
28 - внутренняя канавка,
29 - резиновое кольцо,
30 - поперечное отверстие,
31 - резьба,
32 - гайка,
33 - штифт,
34 - продольный паз,
35 - уступ,
36 - ремонтируемый кран,
37 - стакан,
38 - кран,
39 - боковое отверстие,
40 - патрубок,
41 - пробка,
42 - расточка,
43 - расточка,
44 - канавка,
45 - канавка,
46 - уплотнительное кольцо,
47 - уплотнительное кольцо,
48 - основание,
49 - накладка,
50 - болт,
51 - шайба,
52 - гайка,
53 - упор,
54 - цилиндрическая головка,
55 - отверстие основания,
56 - накладка,
57 - регулировочное полукольцо,
58 - винт с потайной головкой,
59 - паз,
60 - сухарь,
61 - опорная деталь,
62 - резьба,
63 - гайка,
64 - огранка,
65 - газоотборный патрубок,
66 - участок газоотборного патрубка,
67 - ручка.
Согласно полезной модели приспособление для герметизации стояка отбора газа при ремонте нижнего шарового крана (см. фиг 1), содержит опорную конструкцию 1, колонну 2 и узел уплотнения 3.
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 среднюю цельную опору 12 с приварными направляющими втулками 13, на опоре 12 закреплен болтами 15 стакан 14, в верхней части шпилек 4 устанавливается верхняя опора 16 с закрепленным домкратом 17 (см. фиг 2), опора 16 закрепленная гайками 6 с шайбами 5, 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 18 (см. фиг. 3), на нижнем участке которой выполнены внутренняя резьба 19, наружный конусный упор 20 и внутренняя канавка 21, в которую установлено резиновое кольцо 22. В полую штангу 18 установлен цельный винт 23, на нижнем участке которого выполнена наружная резьба 24 для взаимодействия с внутренней резьбой 19 штанги 18. На нижнем конце винта 23 размещены герметизирующее уплотнение многорядное кольцевое 25, подвижный конусный упор 26 и две шайбы 27. При этом упор 26 выполнен с внутренней канавкой 28, в которую установлено резиновое кольцо 29. На нижнем конце винта 23 выполнено поперечное отверстие 30 и резьба 31, на которую навинчена гайка 32, застопоренная штифтом 33, для фиксации подвижного конусного упора 26. На наружной поверхности нижнего участка полой штанги 18 выполнены продольные пазы 34 для размещения экстракторов (на чертеже не показаны) нижнего седла ремонтируемого шарового крана и уступ 35 для упора средней опоры 8 при снятии с колонны и замене деталей ремонтируемого крана 36.
Узел уплотнения 3 (см. фиг. 4) включает в себя полый корпус, в виде стакана 37, полость которого соединена с краном 38 высокого давления. Стакан 37 выполнен с двумя боковыми отверстиями 39, соосно с которыми приварены два патрубка 40, на одном из которых на конической резьбе установлен кран 38 высокого давления, а на другом на конической резьбе установлена пробка 41. При этом стакан 37 с двух сторон имеет расточки 42 и 43 разного диаметра, посередине которых выполнены по две канавки 44 и 45 и в них помещены уплотнительные кольца 46 и 47.
Нижняя опора 7 включает в себя основание 48 (см. фиг 5) и накладку 49, которые скреплены между собой четырьмя болтами 50 с шайбами 51 и гайками 52. На основание и накладку сверху на резьбе установлены четыре упора 53 с цилиндрическими головками 54. При этом внутри центрального отверстия основания 55 и накладки 56 установлены регулировочные полукольца 57, закрепленные винтами 58 с потайной головкой.
Для фиксации полой штанги 18 от проворачивания вместе с винтом 23 на ее верхнем конце выполнены два паза 59, в которых помещены сухари 60, которые приварены к опорной детали 61 верхней опоры 12. При этом в верхней части винта 23 выполнена резьба 62, на которую навинчена гайка 63. На верхнем конце винта 23 выполнена огранка 64 под ключ.
Приспособление для герметизации трубопровода при ремонте нижнего шарового крана работает следующим образом:
Верхняя часть газоотборного патрубка 65 (далее верхний патрубок) выше неисправного шарового крана 36 обрезается безискровым способом (ножовкой по металлу или труборезом) на необходимую длину. Верхний конец патрубка обрабатывается изнутри и снаружи для прохождения герметизирующего уплотнения 25 колонны 2 через расточку 43 стакана 37 единого узла уплотнения 3. На очищенный от изоляции участок газоотборного патрубка 66 ниже неисправного шарового крана 36 устанавливается нижняя составная опора 7 с размещением цилиндрических головок 54 упоров 53 в канавке нижнего полукорпуса шарового крана 36. Основание 55 и накладка 56 с предварительно установленными в них регулировочными полукольцами 57 (для соответствия наружному диаметру патрубка 65) соединяются болтами 50 с шайбами 51 и гайками 52. В отверстиях основания 55 устанавливаются и крепятся шпильки 4 необходимой длины с шайбами 5 и гайками 6. Внутрь верхнего патрубка 56 устанавливается колонна 2 до упора её в шар закрытого шарового затвора ремонтируемого крана. Сверху на колонну 2 и патрубок 65 устанавливается единый узел 3 уплотнения до упора торца расточки 43 стакана 37 в торец верхнего патрубка 65. При этом, в случае отсутствия утечки через шаровой затвор ремонтируемого крана, кран 38 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 37 единого узла 3 уплотнения и контрятся вращением гаек 6 с шайбами 5. На шпильки 4 и винт 23, выступающий из штанги 18 колонны 2 устанавливается верхняя опора 12 с размещением её сухарей 60 в пазах 61 штанги 18 и слегка поджимается вниз шпилечными гайками 6 с шайбами 5. В верхней части шпилек 4 устанавливается верхняя опора 16 при помощи гаек 6 и шайб 7, на опоре 16 закреплен домкрат 17 в сжатом состоянии, который упирается в стакан 14.
Шаровой затвор ремонтируемого крана 36 открывается и вращением ручки 67 домкрата 17 над средней опорой 8 колонна 2 перемещается вниз на величину её рабочего хода, при котором герметизирующее уплотнение многорядное кольцевое 25 колонны 2 устанавливается на уровне расточки патрубка нижнего полукорпуса ремонтируемого крана 36. В этом положении колонны 2, при вращении гаечным ключом за грани 64 винта 23 против часовой стрелки, производится герметизация ремонтируемого шарового крана 36 за счет сжатия герметизирующего уплотнение многорядное кольцевое 25 между конусным упором 20, подвижным конусным упором 26 и внутренней стенкой патрубка нижнего полукорпуса крана 36. Для сброса давления в полости над уплотнение многорядное кольцевое 25 и проверки степени герметизации открывается кран 38 единого узла 3 уплотнения. Если истечение газа из крана 38 происходит, то винт 23 доворачивается до прекращения истечения газа из открытого крана 37. После герметизации снимается опора с домкратом 17 и опора 12 стопорится гайками 6 с шайбами 5. В этом положении откручиваются гайки, стягивающие полукорпуса ремонтируемого крана 36 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 18 и снимается с верхнего патрубка 65 стакан 37, после чего вверх по штанге перемещаются верхний полукорпус с уплотнительным седлом, специальное уплотнительное кольцо, шаровая пробка и шпиндель с втулкой ремонтируемого крана 36. Все поднятые детали поднимаются до упора в среднюю опору 12 и крепятся к ней при помощи вязальной проволоки или цепочки с крючками. При помощи крючков экстрактора, размещаемых в продольных пазах 34 на наружной поверхности нижней части штанги 18 колонны 2, извлекается уплотнительное седло с пружинами из нижнего полукорпуса ремонтируемого крана 36. После чего средняя опора 8 вновь устанавливается в нижнее положение с упором в уступ 35 колонны 2, поджимается к нему и контрится шпилечными гайками 6 с шайбами 5. Затем откручиваются и снимаются шпилечные гайки 6 с шайбами 5 над средней опорой 12, которая снимается с винта 23 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 36.
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 средняя опора 12, которая поджимается к верхнему торцу штанги 18 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 35. 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 65 и затем средняя опора 8 в своё верхнее положение с поджатием её к стакану 37 гайками 6 с шайбами 5. Вращением винта 23 по часовой стрелке подвижный упор 26 отводится от неподвижного упора 20, герметизирующее уплотнение многорядное кольцевое 25 освобождается и за счет упругих свойств занимает своё начальное положение. На винт 23 колонны накручивается гайка 63. При откручивании гаек 6 над средней опорой 12 под действием давления газа в газоотборном патрубке, колонна 2 с уплотнение многорядное кольцевое 25 перемещается вверх и размещается выше шарового затвора. После чего ремонтируемый шаровой кран 36 закрывается. При малом давлении в газоотборном патрубке колонна 2 перемещается вверх при помощи равномерного вращения гаек 6, установленных под средней опорой 12. Контроль процессов герметизации и разгерметизации (работы уплотнение многорядное кольцевое 25), а также сброс давления на различных этапах производится открытием крана 38 единого узла 3 уплотнения.
Приспособление демонтируется с патрубка стояка отбора газа действующих магистральных газопроводов после стравливания давления при открытии крана 38, и отсутствии дальнейшего его истечения, а также после проверки герметичности отремонтированного шарового крана по затвору, разъёму и шпинделю.