СИСТЕМА ДЛЯ ОЧИСТКИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ

Полезная модель относиться к области техники предназначенной для очистки поверхности промышленных объектов, а конкретно к системам для очистки насосно-компрессорных труб.
Из уровня техники известно устройство электрогидроимпульсной обработки внутренней цилиндрической перфорированной поверхности, содержащей в зоне обработки воду [1]. Устройство состоит из системы электрического питания с пультом управления, а также помещаемого в водную среду в районе перфорированного фильтра скважины корпуса рабочей камеры, укомплектованного первым и вторым электродами. Эти электроды позиционированы посредством диэлектрика первого электрода и диэлектрика второго электрода в вертикальной плоскости оппозитно друг другу. При этом указанные электроды последовательно подключенных к системе электрического питания высоковольтного преобразователя с накопителем электрической энергии, выполненным в виде, по меньшей мере, одного конденсатора, причем высоковольтный электрический импульс с конденсатора подается в рабочую камеру посредством высоковольтного кабеля, первая жила которого присоединена к первому электроду, а вторая жила которого присоединена ко второму электроду соответственно. Помимо этого, рабочая камера имеет проводящую перемычку, по крайней мере, один из концов которой контактирует с нижним электродом. Устройство снабжено расположенными вне пределов трубы скважины электро-механическим коммутатором и лебедкой, оснащенной редуктором, при этом электро-механический коммутатор выполнен в виде барабана с двумя скользящим контактом, к статорной части которого подведен выход накопителя электрической энергии, а к роторной части присоединены первая и вторая жилы высоковольтного кабеля, частично наматываемого на упомянутый барабан. Привод лебедка выполнен на базе электрического мотора, а устройство дополнительно укомплектовано блоком контроля состояний внутренней поверхности трубы скважины, снабженного, по меньшей мере, одним датчик. Датчик представляет собой защищенные от воды видеокамеру и/или ультразвуковой дефектоскоп, причем видеокамера снабжена подсветкой в видимом спектре излучения.
Недостаток этого устройства заключается в невозможности высокопроизводительной очистки насосно-компрессорных труб, поскольку последние предназначены для перекачки неполярных жидкостей (в основном, углеводородов). Данное обстоятельство требует предварительного трудоемкого удаления неполярной жидкости из очищаемого объема трубы и последующего заполнения его полярной жидкостью (водой, спиртом и т.д.).
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки внутренних поверхностей труб [2], содержащее источник формирования ударных волн в жидкости, который выполненен в виде пневмотарана с приданным ему источником сжатого воздуха. Это устройство также снабжено емкостью для слива рабочей жидкости и имеет в своем составе средство для ввода-вывода рабочей жидкости, в качестве которой преимущественно используют воду. Средство для ввода-вывода конструктивно представляет собой гидроблок в виде креста, сообщающийся одной парой патрубков с пневмотараном и трубой трубопровода, а второй парой - с источником рабочей жидкости и емкостью для ее слива. Патрубки выполнены с возможностью попеременного попарного соединения в сочетании «рабочая жидкость - труба трубопровода», «пневмотаран - трубопровода» и «труба трубопровода - емкость для слива рабочей жидкости». Следует отметить, что при этом патрубок, сообщающийся с трубопроводом, снабжен фланцевой гайкой с переходником для присоединения к трубам трубопровода различного диаметра, а остальные патрубки снабжены шаровыми вентилями. Помимо этого патрубок, сообщающийся с трубой трубопровода, дополнительно снабжен эластичной упругой муфтой, состоящей из насаженных на трубку резиновых тарельчатых колец, попарно обращенных друг к другу вогнутыми полостями и закрепленных на торцах металлическими шайбами меньшего диаметра.
Недостатком устройства-прототипа является низкая скорость очистки внутренней поверхности трубы, обусловленная, во-первых, необходимостью периодической попарной коммутации патрубков на залив-слив рабочей жидкости в обрабатываемый объем трубы и, соответственно, выполнением затратной по времени операции по наполнению и опустошению указанного обрабатываемого объема трубы от рабочей жидкости, а во-вторых, недостаточной мощностью собственно гидроимпульса, вырабатываемого пневмотараном (не превышающей значения 150 Дж).
Задача, решаемая настоящей полезной моделью, заключается в создании современной высокопроизводительной системы для поточной очистки насосно-компрессорных труб, что особенно актуально для нашей страны, являющейся одной из мировых лидеров добычи углеводородов и потребляющей в связи с этим статусом сотни тысяч тонн насосно-компрессорных труб.
Технический результат, ожидаемый от использования заявленной полезной модели, состоит в повышении скорости очистки насосно-компрессорных труб.
Заявленный технический результат достигается тем, что в системе для очистки насосно-компрессорных труб, которая состоит из средства наполнения трубы полярной жидкостью, средства подачи в трубу рабочего органа и источника формирования в упомянутой полярной жидкости ударных волн, в качестве средства наполнения трубы жидкостью применяют ванну, а средство подачи в трубу рабочего органа выполняют на базе электропривода. При этом источник формирования ударных волн представляет собой снабженный рабочим органом электрогидроимпульсный генератор, рабочий орган которого выполнен в виде двухжильного кабеля, предпочтительно коаксиального, первым из свои двух концов подключенного к накопителю энергии.
Желательно, чтобы второй конец кабеля был снабжен электродной системой, содержащей, по меньшей мере, два оппозитно размещенных металлических, предпочтительно из антикоррозионного сплава, электрода.
Предпочтительно, чтобы в качестве металлических электродов были применены электроды из нержавеющей стали.
Целесообразно, чтобы система была дополнительно снабжена роботизированным манипулятором размещения в ванне подлежащей очистке трубы и извлечения ее из ванны после электрогидроимпульсной обработки.
Имеет значение, чтобы в качестве полярной жидкости использовали воду.
Выгодно, чтобы система была дополнительно снабжена блоком контроля качества очистки.
Удобно, чтобы блок контроля качества очистки внутренней поверхности трубы был выполнен на базе перфорированной шторки и оптически взаимодействующего с ней фототранзистора.
Полезная модель иллюстрируется рисунками. На Фиг.1 схематично изображены основные компоненты заявленной системы и взаимосвязь между ними, а на Фиг.2 условно изображено размещение рабочего органа в обрабатываемой трубе.
Перечень позиций:
1. Ванна.
11. Подставка.
2. Электропривод.
3. Источник ударных волн.
4. Рабочий орган.
41. Коаксиальный кабель.
42. Электродная система.
43. Зона формирования электрогидроимпульсов.
5. Роботизированный манипулятор.
51. Эстакада.
52. Захваты манипулятора.
53. Труба.
6. Полярная жидкость.
Система для очистки насосно-компрессорных труб состоит из ванны 1 (Фиг.1 и Фиг.2), которая должна быть выполнена из коррозионно-стойкого материала, раскрытого, например, в работе [3]. Функциональное назначение ванны состоит в сохранении в, по крайней мере, части своего объема рабочей жидкости. По размерам она должна превышать габариты любой из подлежащей очистке в ней насосно-компрессорных труб. В ванну 1 (Фиг.1 и Фиг.2) устанавливают профилированную (т.е. с выемкой в виде ложемента под трубу в целях самофиксации ее положения под действием сил гравитации) подставку 11 (Фиг.1 и Фиг.2), которую желательно изготовить из ударно-прочного диэлектрического материала, например, керамики (в частности, по технологии раскрытой в источнике [4]). В состав системы также входит электропривод 2 (Фиг.2), аналогичный электроприводу запорной арматуры магистральных газопроводов [5]. Конструкция и принципы действия источника ударных волн 3 (Фиг.1) в жидкости могут быть подобны ранее раскрытому в аналоге [1], т.е. представляют собой генератор высоковольтных импульсов на базе накопителя энергии в виде высоковольтного конденсатора. Рабочий орган 4 (Фиг.1 и Фиг.2) служит для формирования ударной электрогидроимпульсной волны и может быть воплощен в системе либо в виде коаксиального кабеля 41 (Фиг.1 и Фиг.2), например, геофизического коаксиального кабеля (обеспечивающего передачу существенной мощности, см. работу [6]), либо коаксиального кабеля с электродной системой, содержащей, по меньшей мере, два оппозитно размещенных электрода-разрядника, изготовленных, например, из высокопрочной нержавеющей стали [7]. Требования к высокой прочности этой стали обусловлены тем, что в зоне электрического разряда (т.е. в зоне формирования электрогидроимпульсов 43 (Фиг.2) в жидкости, прилегающей к электродам-разрядникам, возникают импульсы давления до 1500 атмосфер и продляется кавитация (с локальными зонами давления в десятки тысяч атмосфер), приводящая к обширному питтинго-ванию (обуславливающую, в свою очередь, ускоренную эрозию) поверхности упомянутых электродов.
Роботизированный манипулятор 5 (Фиг.1) устанавливают между эстакадой 51 (Фиг.1) и ванной 1 (Фиг.1). Он снабжен захватами 52(Фиг.1) для приема и переноса труб 53 (Фиг.1), которые приспособлены для размещения труб 53 (Фиг.1) в полярной жидкости 6 (Фиг.1 и Фиг.2), в частности, воде. Конструктивно захваты 52 (Фиг.1) могут быть реализованы в виде, форма которых раскрыта в источнике [8]. Для контроля очищенной поверхности система оснащена простейшим блоком контроля качества очистки (не показан), реализуемого как устройство для контроля формы поверхности (см. источник [9]).
Система для очистки насосно-компрессорных труб работает следующим образом. Подлежащие очистки трубы 53 (Фиг.1) размещают на эстакаде 51 (Фиг.1). Роботизированный манипулятор 5(Фиг.1) своими захватами 52 (Фиг.1) снимает очередную насосно-компрессорную трубу 53 (Фиг.1) с эстакады 51 (Фиг.1) и помещает ее на подставку 11 (Фиг.1) ванны 1 (Фиг.1). Труба 53 (Фиг.1) незамедлительно самотеком заполняется полярной жидкостью (например, водой) 6 (Фиг.1) из расчета, чтобы слой воды над верхней точкой трубы 53 (Фиг.1) имел толщину, примерно равную диаметру очищаемой трубы 53 (Фиг.1). Помещенная роботизированным манипулятором 5 (Фиг.1) на подставку 11 (Фиг.1) труба 53 (Фиг.2) самоцентрирована благодаря выполненному на ее поверхности углублении. Затем электроприводом 2 (Фиг.2) через шлюз, содержащий кольца-уплотнители, (выполненный, например, в соответствии с рекомендациями из работы [10]), в заполненную полярной жидкостью 6 (Фиг.2) трубу 53 (Фиг.2) плавно вводят электродную систему 42 (Фиг.2). Первоначально, ее помещают у противоположенного вводу торца трубы 53 (Фиг.2). По коаксиальному кабелю 41 (Фиг.2) на электродную систему 42 (Фиг.2) из источника ударных волн 3 (Фиг.1) поступает высоковольтный электрический импульс (или их серия). В полярной жидкости 6 (Фиг.1) происходит электрический разряд и в зоне формирования электрогидроимпульсов 43 (Фиг.2) возникают ударные волны с пиковым давление около 1500 атмосфер. Они воздействуют на внутреннюю поверхность стенки трубы 53 (Фиг.1) и разрушают накопившиеся там загрязнения. Сопутствующая этому процессу кавитация также вносит свой дополнительный вклад в процесс разрушения связей загрязнений с поверхностью трубы 53 (Фиг.2). При напряжении на обкладках высоковольтного конденсатора-накопителя 45000-60000 Вольт, энергия электрогидроимпульса превышает значение 650 Дж. Набором количества разрядов высоковольтного конденсатора (если в этом возникает потребность) суммарную энергию воздействия на загрязнения трубы 53 (Фиг.2) можно довести до величины 6-8 млн. Дж, что сравнимо с тротиловым эквивалентом 1 Кг этого взрывчатого вещества. Перемещая электродную систему по трубе 53 (Фиг.1) обеспечивают последовательную очистку ее внутренней поверхности от загрязнений. Затем рабочий орган 4 (Фиг.2) извлекают их ванны 1 (Фиг.2), а очищенную трубу 53 (Фиг.2) при помощи роботизированного манипулятора 5 (Фиг.1) извлекают из ванны 1 (Фиг.2) и помещают в контейнер с очищенной продукцией (не показан). Контроль качество очистки трубы 53 (Фиг.2) производят путем коаксиального протягивания через нее дископодобной шторки, зазор между краем которой и внутренней поверхностью стенки трубы 53 (Фиг.2) модулирует поток света, фиксируемый фототранзистором. По величине тока от фототранзистора судят о степени очистки поверхности трубы 53 (Фиг.1 и Фиг.2).
К основным факторам, влияющим на производительность (скорость) очистки насосно-компрессорных труб, относятся энергетические характеристики ударной волны, скважность формируемых импульсов со сравнимыми энергиями воздействия и межоперационное время подготовки к очистке. По основным характеристикам (в частности, пиковому давлению и суммарному набору энергии воздействия) предлагаемая система значительно (в разы по первой и в сотни раз по второй характеристикам) превосходит пневмоудар, реализуемый в устройстве-прототипе. Скважность импульсов давления с приведенными параметрами по величине энергии в предлагаемой системе также в разы больше, чем у прототипа вследствие применения накопителя энергии в виде высоковольтного конденсатора, а не инертного газового дросселя. Предлагаемая система не предусматривает затрат времени на подключения к очищаемой трубе патрубка с целью заполнения трубы (и его демонтаж, соответственно, после очистки трубы) через него жидкостью внутреннего объема данной трубы, поскольку при помещении очищаемой нами трубы 53 (Фиг.2) в ванну 1 (Фиг.2) полярная жидкость самотеком заполняет упомянутый объем. На этом экономиться до 30% суммарного времени затрачиваемого на очистку, соответственно, настолько же повышается скорость очистки конкретной трубы 53 (Фиг.1) с применением предложенной системы. Таким образом, по мнению Заявителя, очевидно достижение заявленного технического результата при использовании предложенной системы для очистки насосно-компрессорных труб 53 (Фиг.1 и Фиг.2). Что же касается соответствия предложения критерию охраноспособности полезной модели «промышленная применимость», то в конструкции заявленной нами системы используются известные из уровня техники узлы, блоки и материалы, а свойства электрического разряда в жидкости хорошо изучены, а электрогидроимпульсы широко используются в мире.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ на полезную модель №76256 «Устройство для восстановления производительности водоносной скважины», опуб. 20.09.2008 г.
2. Патент РФ на изобретение №2179082 «Способ очистки внутренней поверхности трубопроводов и устройство для его осуществления», опуб. 10.02.2002 г.
(прототип)
3. Патент РФ на полезную модель №73398 «Морской эколого-энергетический комплекс», опуб. 20.05.2008 г.
4. Патент на изобретение РФ №2286316 «Способ изготовления прочной керамики», опуб. 10.05.2006 г.
5. Патент РФ на изобретение №2330204 «Электропривод», опуб. 27.07.2008 г.
6. Патент РФ на изобретение №2200999 «Геофизический коаксиальный кабель», опуб. 20.03.2003 г.
7. Патент на изобретение РФ №2334823 «Высокопрочная горячекатаная нержавеющая сталь», опуб. 27.09.2008 г.
8. Заявка на изобретение РФ №2005137510 «Захватное устройство робота», опуб. 20.06.2007 г.
9. А.С. СССР №1839848 «Устройство для контроля формы поверхности», опуб. 20.06.2006 г.
10. Заявка на изобретение РФ №2007115702 «Устройство для устранения всасывания воздуха», опуб. 27.10.2008 г.