УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ ЗОНДА
PROBE INSTALLATION DEVICE

Данное изобретение относится к устройству, предназначенному для монтажа и демонтажа зонда в технологических трубопроводах, резервуарах и т.д., как изложено в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Существуют отдельные предложения по монтажу и демонтажу зондов в технологических трубопроводах, резервуарах и т.д. Подобные зонды применяют для измерения степени коррозии, давления, температуры и т.д. внутри системы, используемой, например, в нефтяной, газовой промышленности и в обрабатывающих отраслях промышленности. Вместе со штуцером зонд может быть установлен в трубе через отверстие в оборудовании, чтобы обеспечить контакт со средой, обрабатываемой в данном технологическом процессе.
Монтаж и демонтаж зондов предпочтительно выполняют при нормальных рабочих условиях, что означает, что систему не выводят из работы при необходимости замены или проверки зондов. Что касается технологических трубопроводов, то при этом поддерживается нормальное рабочее давление и отсутствует необходимость в спуске жидкости/газа. Это обстоятельство позволяет значительно снизить расходы по техническому обслуживанию.
Недостатком известных гидравлических и/или механических извлекателей является возможность утечки при монтаже или демонтаже зондов с нанесением вреда окружающей среде.
В морском нефтяном промысле технологические трубопроводы и транспортные трубопроводы размещают на морском дне. Условие содержания подобного трубопровода требует наблюдения и необходимости монтажа и демонтажа зондов для проведения технического обслуживания и реконструкции, при этом вследствие различных преимуществ желательно использовать аппараты с дистанционным управлением (АДУ). Использование работы водолазов на морском дне такой глубины может быть опасным и даже невозможным, и с экономической точки зрения более выгодным является использование АДУ. Надежность подобной работы должна быть высокой, так как утечка может вызвать значительные экономические и экологические последствия.
Технология предшествующего уровня техники в основном опирается на механические принципы работы, например использование резьбовых соединений между извлекателем и зондом и между трубой доступа и извлекателем, а также использование рычагов с механическим приводом для открытия и закрытия клапанов. Подобные механические операции являются сложными для того, чтобы выполнять их с помощью АДУ.
Был проведен ряд научно-исследовательских работ, направленных на уменьшение количества операций и замену некоторых резьбовых соединений на более простые приспособления. В описании патента США №3589388 (Haneline, 1971) описан извлекатель с пневматическим управлением, предназначенный для извлечения сопла инжектора из среды, находящейся под высоким давлением. Эта конструкция содержит шаровой клапан, который в открытом состоянии создает проход для введения сопла инжектора. Кроме того, она содержит частично полое или трубчатое соединительное устройство с двумя или тремя пазами для разграничения множества пальцев. На каждом пальце расположен радиально направленный язычок, который расположен в отверстии за иглой инжектора. Данные пальцы обладают упругостью, обеспечивающей соединение с данным отверстием, благодаря которому зонд может быть удален извлекателем.
Недостатком при использовании этой системы является необходимость выполнения винтового соединения в радиальном направлении трубы доступа для прикрепления иглы инжектора. Данное соединительное устройство может быть извлечено из отверстия без иглы инжектора только при затянутом винте.
В описании патента США №4275592 (Atwood и др., 1981) описан извлекатель, в котором используются пальцы с выступами, обеспечивающие извлечение зонда. Также показано некоторое количество резьбовых соединений. Проиллюстрированный извлекатель не подходит для замены зондов, используемых в подводных трубопроводах.
В описании патента США №4002059 (Jeffers и др., 1977) показан извлекатель, предназначенный для монтажа и демонтажа зондов с контрольными пластинками для определения коррозионного эффекта в технологических трубопроводах. Во время работы такой зонд плотно закреплен в пазах в трубе доступа посредством подпружиненного фиксирующего средства, расположенного на зонде. Извлекатель может быть перемещен вниз по зонду посредством троса, содержащего крюкообразное средство и стержнеобразное тело. По мере продвижения извлекателя вниз по зонду стержнеобразное тело опускается через отверстие в верхней части зонда, обеспечивая освобождение подпружиненного фиксирующего средства. Зонд может быть поднят из трубы доступа после захвата кольцевой канавки, расположенной у верха зонда, плечиками захватного средства.
Недостатком этого извлекателя является необходимость в наличии двух различных инструментов, предназначенных для монтажа и демонтажа зонда. Кроме того, для опускания и вытягивания зонда необходимы груз и трос. И это устройство не годится для работы с АДУ.
Из описания патента Норвегии №317390 (CorrOcean, 2004) известно устройство для монтажа зонда в технологическом трубопроводе или технологическом резервуаре, которое также не годится для работы с АДУ.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основной целью данного изобретения является создание устройства для монтажа и демонтажа зондов, которое подходит для использования с АДУ. Данное устройство должно обеспечивать возможность извлечения и/или установки зонда без прекращения рабочего режима. Данное устройство должно содержать средство управления фиксирующим средством, предназначенным для прикрепления зонда к трубе доступа надежным и простым способом.
Кроме того, важным является создание надежной герметизации между зондом и трубой доступа. Еще одной целью данного изобретения является создание зонда, подходящего для использования с таким устройством.
Описание изобретения изложено в пункте 1 формулы изобретения, а в пункте 9 изложено описание зонда, подходящего для использования с таким устройством. В частности, предпочтительные варианты выполнения описаны в п.п.2-8 и 10-13. Ниже приведено дополнительное описание данного изобретения со ссылкой на два варианта выполнения.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже приведено описание примеров вариантов выполнения данного изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает разрез технологического трубопровода, трубы доступа и зонда в состоянии нормального рабочего режима,
фиг.2 изображает разрез варианта выполнения инструментального средства АДУ во взаимодействии с рабочим средством, предназначенным для фиксации и освобождения зонда,
фиг.3 изображает продольный разрез варианта выполнения устройства для монтажа и демонтажа зонда, установленного на трубе доступа, при этом зонд находится в рабочем режиме,
фиг.4 изображает осевой разрез, соответствующий разрезу, показанному на фиг.3, когда зонд извлечен,
фиг.5 изображает увеличенную часть разреза, показанного на фиг.3, с захватами для захвата инструментального средства АДУ для извлечения и введения последнего, при этом зажимы находятся в режиме освобождения,
фиг.6 изображает продольный вид еще одного варианта выполнения держателя зонда, предназначенного для введения и присоединения к фланцу, выполненному за одно целое с трубопроводом или другой конструкцией, предназначенной для использования зонда,
фиг.7 изображает осевой разрез гидравлической системы, предназначенной для монтажа и замены зондов в держателе, как показано на фиг.6.
На фиг.1 показан технологический трубопровод 10 с трубой 12 доступа, в которой установлен зонд 14 для обеспечения контроля состояния технологического процесса. Данная труба имеет кольцевой внутренний канал с коническим сужением 16 в направлении трубопровода 10. Труба 12 дополнительно содержит наружный фланец 18 для крепления направляющего защитного колпачка 20, а также фланец 22 приемного устройства, предназначенный для размещения и прикрепления извлекателя. В трубе 12 в радиальном направлении выполнена канавка 24.
Зонд 14 на внутреннем конце содержит измерительное устройство 15, расположенное внутри технологического трубопровода 10 и снабженное датчиками, которые обеспечивают контроль состояния данного трубопровода и дополнительное описание которых в силу их известности не приводится. Зонд 14 дополнительно содержит центральный трубчатый сердечник 17, на котором расположено измерительное устройство 15 и который содержит два наружных уплотнительных элемента, предотвращающих утечку между зондом 14 и трубой 12. Первый элемент представляет собой уплотнение 19 типа «металл-металл» в виде гофрированной трубки, а второй - сдвоенное уплотнение 21 из полимерного материала с промежуточным опорным кольцом 23. Уплотнение 19 «металл-металл» расположено внутри сужения 16 трубы 12.
Через трубчатый сердечник 17 проходит кабель от измерительного устройства 15 к трубчатому корпусу 24, в котором расположена печатная плата. Трубчатый корпус 24 присоединен к приемному устройству 25, предназначенному для АДУ, и содержит соединитель 26 для кабеля 27, проходящего к центральному блоку мониторинга (не показан). Трубчатый корпус 24 присоединен к трубчатому сердечнику 17 гайкой 28, которая может быть снята вручную при ремонте после удаления зонда 14 из трубопровода 10.
Снаружи уплотнительного средства на трубчатом сердечнике расположена втулка 29 с наружным фланцем 30, предназначенным для захвата зажимным инструментом, как показано на фиг.2. Внутренний конец втулки 29 имеет наружный буртик 31, который при нахождении во внутреннем положении находится в пределах досягаемости кольцевого ряда зажимов 32 и обеспечивает возможность их перемещения радиально внутрь. При нахождении втулки 29 в наружном положении данные зажимы выталкиваются наружу в зацепление с кольцевой канавкой 33 в трубе 12, при этом выполняется фиксация зонда 14.
Втулка 29 проведена в наружную направляющую втулку 34, имеющую наружный захватный фланец 35. Направляющая втулка 34 имеет ряд радиальных отверстий для зажимов 32 и входит во взаимодействие с уплотнительным средством.
При освобождении зажимов 32 относительно трубы доступа зонд может быть извлечен вместе с уплотнительным средством. Захватный фланец 35 на направляющей втулке выполнен в соответствии с наружным захватным фланцем 30 для обеспечения работы с инструментальным средством АДУ. Наружное положение втулки 29 в открытом положении обозначено буквой «О», а в запертом положении - буквой «L».
Соединитель 26 может быть отсоединен от корпуса до извлечения зонда 14 и присоединен обратно при монтаже зонда.
Фиксирующая втулка 29 предпочтительно подпружинена, причем фиксирующая пружина прижимает втулку в фиксированное положение, при котором зажимы 32 выталкиваются в радиальном направлении в канавку 33.
На фиг.2 показан рабочий конец зажимного инструмента 36. Зажимной инструмент 36 содержит трубчатую захватную часть 37 с рядом захватных пальцев 38, обеспечивающих сопряжение внутренней кольцевой канавки 39 с захватным фланцем 30 и захватным фланцем 35 на направляющей втулке 34 при их смежном расположении. Таким образом, захватная часть 37 может перемещать наружный захватный фланец 29 в свободное положение с последующим извлечением зонда 14 из технологического трубопровода, как показано на фиг.4. Снаружи трубчатой захватной части 37 расположен активирующий элемент, соответствующий элементу, показанному на фиг.5.
На фиг.3 и 4 показан извлекатель 40 с зажимным инструментом 36 внутри. Извлекатель 40 содержит два корпуса 50, 51 клапанов, трубку 41 и зажимной инструмент 36.
Каждый корпус 50, 51 содержит соединительное средство 42, 43 с гидравлическим управлением, обеспечивающее прикрепление к фланцу, шаровой клапан 44, 45, внутренний зажимной инструмент 36 и внутреннюю резьбовую часть 46, 47 у наружного конца каждого корпуса клапанов. Соединительное средство 42, 43 содержит привод 48, 49 в виде втулки с гидравлическим управлением, который при перемещении к трубе 12 и от нее в продольном направлении извлекателя перемещает ряд зажимов 52, 53 соответственно в фиксированное и открытое положение. Извлекатель 40 также содержит каналы для регулируемой подачи гидравлической среды к приводам 48, 49.
Шаровой клапан 50, 51 может иметь известную конструкцию, и его назначение заключается в закрытии прохода к технологическому трубопроводу 10, когда зонд 14 извлечен из трубы 12. Открытие и закрытие каждого шарового клапана предпочтительно выполняется с гидравлическим управлением от АДУ с помощью захватных элементов 54, 55, расположенных на поворотных валах шаровых клапанов. При открытом положении клапанов 50, 51 корпус клапана создает цилиндрическую полость, обеспечивающую скольжение внутреннего инструмента 36 назад и вперед вдоль продольной оси извлекателя 40.
Управление приводами внутренних клапанов выполняется гидравлическим способом для обеспечения скольжения на некоторое расстояние назад и вперед в продольном направлении извлекателя 40, назначение которого рассмотрено ниже.
На фиг.5 показано положение освобождения соединительного средства 42, а также привод 48, предназначенный для фиксации и освобождения зажимов 52. Соединительные средства 43 выполнены с соответственным конструктивным решением.
Далее приведено описание способа присоединения и использования извлекателя 40. Извлекатель содержит корпус 50 первого внутреннего клапана, предназначенный для прикрепления к фланцу 22 трубы 12 с помощью соединительного средства 42. Соединительный элемент 56, который содержит приемный фланец, подобный фланцу 22 приемного устройства на трубе 12, и резьбовую часть на противоположном конце, входит в соединение с внутренней резьбовой частью 46 корпуса 50 первого клапана. Таким образом, соединительное средство 43 на корпусе 51 второго клапана может быть присоединено к приемному фланцу данного соединительного элемента. Кроме того, наружные резьбовые части трубки 41 извлекателя находятся во взаимодействии с внутренней резьбовой частью 47 корпуса 51 второго клапана. Следовательно, корпусы 50, 51 и трубка 41 собраны в узел, который не требует выполнения резьбовых соединений во время монтажа и демонтажа зонда 14.
Далее приведено описание использования данного извлекателя для демонтажа зонда. Сначала с помощью АДУ удаляют соединитель 26, расположенный в наружном конце зонда. Затем извлекатель 40 перемещают вдоль направляющего защитного колпачка 20 к фланцу 22 приемного устройства на трубе 12. Корпус 50 внутреннего клапана прикрепляют к фланцу 22 приемного устройства путем приведения в действие привода 48, расположенного на соединительном средстве 42, для обеспечения соединения фиксирующего средства 52 с фланцем 22. При этом уплотнительный элемент обеспечивает герметичное соединение. На этом этапе работы оба шаровых клапана 50 и 51 предпочтительно закрыты. Затем шаровые клапаны открывают и перемещают внутренний инструмент 36 к зонду 14 до тех пор, пока крюки гибких захватных пальцев не захватят фланец 30.
Затем внутренний привод перемещают так, чтобы покрыть захватные пальцы 38 для сдерживания их перемещения наружу в радиальном направлении и соответственно фланец 30. Далее увеличивают давление в трубке 41 извлекателя до значения, превышающего давление в технологическом трубопроводе 10, чтобы не допустить неконтролируемого выталкивания зонда 14 и возможного повреждения оборудования. Путем перемещения внутреннего инструмента 36 в трубку захватные пальцы 38 давят на фланец 30 в сторону фланца 35 зонда. В результате втулка 29 не вталкивается в трубу, при этом на зажимы 38 больше не оказывается давление, прижимающее их к канавке 33 в трубе 12. Внутренний привод извлекают, при этом захватные пальцы захватывают фланцы 30 и 35. Теперь зонд 14 находится в открытом положении. Путем постепенного понижения давления в трубке 41 извлекателя до значения, которое ниже значения давления в трубопроводе 10, зонд 14 перемещают в трубку 41.
Шаровой клапан 45 корпуса 51 наружного клапана закрывают, и технологическая текучая среда выплескивается обратно в технологическую трубу, прежде чем закроется шаровой клапан 44 корпуса 50 клапана. Наружный корпус 51 клапана и трубку 41 с внутренним инструментом 36 и зондом 14 отсоединяют от корпуса 50 путем отсоединения привода 43 до тех пор, пока зажимы 53 не ослабят свой захват на смежном фланце.
Затем выполняют установку новой трубки извлекателя с новым зондом или колпачком и корпуса нового клапана и далее монтаж зонда в основном выполняют в порядке, обратном вышеописанному способу.
В данном документе не приведены описание и иллюстрации некоторых элементов, например соединительных элементов и оборудования системы с гидравлическим управлением. Также не приведено подробное описание системы, выравнивающей давление, которая необходима и важна с точки зрения безопасности. Подобные системы должны быть очевидны для специалиста данной области техники.
Приведенный вариант выполнения данного изобретения может иметь другое решение. Например, крюк захватных пальцев может быть направлен радиально наружу, и управление им выполняется регулирующим элементом, выполненным в виде внутреннего буртика. Кроме того, внутренний привод, предназначенный для фиксации захватывающих пальцев, не обязательно должен составлять часть корпуса клапана, например, он может быть расположен у внутреннего инструмента.
Фиг.6 изображает держатель 61 зонда, предназначенный для монтажа на стандартизованном фланце, например на трубе или коллекторе. Держатель 61 на внутреннем конце содержит зонд 62, а на наружном конце - соединительную втулку 63 с осевыми пальцами 63А. Центральная основная часть 64 держателя зонда выполнена с коническим участком 65, обращенным к фланцу, к которому он должен быть прикреплен, и наружным фиксирующим средством с рядом зажимов 66, проходящих через отверстия в наружной втулке 67 на основной части 64. Эти зажимы отжимаются в наружном направлении или освобождаются посредством перемещения фиксирующей втулки 68, имеющей периферическую канавку 69 для зажимов 66 и выступающую шейку 70 с торцевым фланцем 71, предназначенным для обеспечения управления от подходящего средства дистанционного управления. Втулка 68 установлена с возможностью перемещения на сердечнике 72, который имеет выступ для удержания соединительной втулки 63.
Указанная коническая поверхность имеет два уступа, каждый со сдвоенным уплотнительным средством 73, 74, соответственно очищающим кольцом и уплотнительным кольцом, в качестве которых могут использоваться известные элементы. Держатель 61 зонда имеет внутреннее отверстие 75, предназначенное для его введения и извлечения.
На фиг.7 показана сборка элементов, которые требуются для замены зондов и присоединения зонда к наружной системе измерения и регистрации.
На фланце 77 установлена направляющая конструкция 76, которая предназначена для направления деталей, присоединяемых к держателю зонда. Фланец 77 имеет внутреннюю периферическую канавку, выполненную для вхождения в соединение с зажимами 66 (фиг.6).
На держателе 61 зонда расположено перепускное устройство 78, предназначенное для направления двух перепускных клапанов 79, 80, выполненных в виде шаровых клапанов, которые при открытии обеспечивают прохождение зонда. Поверх перепускных клапанов 79, 80 выполнен узел 81, приводящий в действие указанные клапаны и имеющий захватный рычаг 82 для управления работой перепускного устройства посредством АДУ. Перепускное устройство 78 содержит захватные крюки 83, обеспечивающие захват фланца 77, и соответствующие уплотняющие данный фланец элементы.
На наружном конце узла 81, приводящего в действие данные клапаны, расположен корпус 84, обеспечивающий присоединение гидравлического шланга 85. Управление перепускными клапанами 79, 80 может выполняться дистанционно.
На наружном конце отверстия в перепускном устройстве 78 расположены соосно фланец 86 и направляющая конструкция 87. Фланец 86 и направляющая конструкция 87 присоединены к цилиндру 88, содержащему поршень 89 и шток 90 с захватом 91 для зонда, обеспечивающим перемещение держателя 61 зонда. На наружном конце цилиндр 88 содержит блок 92 управления, присоединенный к гидравлическому шлангу 93. Цилиндр 88 содержит захватные и уплотнительные средства 93, которые могут быть присоединены с возможностью отсоединения и уплотнения к прикрепляющему фланцу 86 с помощью дистанционного управления.
Захватная рукоятка 94 присоединена к соединительному корпусу 84, а две захватные рукоятки 95, 96 присоединены соответственно к цилиндру 88 и его блоку 92 управления, при этом все они предназначены для работы с АДУ.
При замене зонда 62 сначала с помощью АДУ удаляют соединительный узел (не показан), который присоединен к фланцу 77 с помощью разъемного соединения. Затем перепускное устройство 78 присоединяют и прикрепляют к фланцу 77 при закрытых перепускных клапанах 79, 80. Далее цилиндр 88, обеспечивающий управление зондом, прикрепляют к фланцу 86. Цилиндр 88 будет создавать закрытую систему, обеспечивающую открытие перепускных клапанов 79 и 80. При открытых перепускных клапанах 79 и 80 захват 91 может быть введен в соединение с концевым фланцем 71, при этом держатель 61 зонда освобождается, и его извлекают в цилиндр 88 вместе зондом 62. Затем перепускные клапаны 89, 90 могут быть закрыты, а цилиндр освобожден от перепускного устройства 78 для замены использованного зонда 62 на новый. Оставшиеся действия по замене могут быть выполнены в обратной последовательности.