Узел запуска-приема внутритрубных устройств

Полезная модель относится к трубопроводному транспорту и может быть использована для диагностического обследования, очистки внутренней полости и внутритрубной дефектоскопии неравнопроходных участков преимущественно подводных переходов магистральных газопроводов (далее - ППМГ), не оборудованных стационарными узлами пуска и приема внутритрубных устройств.
При эксплуатации магистральных газопроводов регулярно встает задача очистки и диагностирования неравнопроходных участков ППМГ, не оборудованных стационарными узлами пуска и приема внутритрубных устройств. В соответствии с общепринятыми нормами для выполнения очистки и диагностики отдельно взятого локального участка используются мобильные или временные камеры приема и запуска, что существенно увеличивает стоимость и время проведения работ.
Более экономичным способом, который сегодня применяется, например, на объектах магистральных газопроводов ПАО «Газпром», является способ, включающий:
- подготовительные работы (вскрытие участка трубы, вырезку технологических отверстий и установку временного герметизирующего устройства, приварку с одной стороны сферических заглушек, а с другой вырезку лотков в секции трубы для пуска-приема внутритрубных снарядов);
- работы по техническому диагностированию (очистка полости диагностируемого участка, запасовка и последовательный пропуск снаряда-профилемера, запасовка и пропуск стресс-коррозионного снаряда). Данный комплекс работ осуществляется с помощью протягивания стального каната, используя тяговую и возвратную лебедку;
- заключительные работы по восстановлению участка ППМГ после проведения работ по внутритрубной диагностике (вырезка лотков пуска-приема снарядов и сферических заглушек, вварку катушки, заварку технологических отверстий, контроль сварных соединений, изоляционные работы, земляные работы по подбивке грунта под трубу и ее засыпке).
Общим недостатком данных технологических операций является длительный срок проведения комплекса подготовительных и заключительных работ по восстановлению участка ППМГ после проведения внутритрубной диагностики (далее по тексту - ВТД), а также наличие множества сварочно-монтажных работ и задействование большого количества специализированной техники. Кроме того, необходимо обеспечить требования промышленной и экологической безопасности.
Известны, например, камеры запуска и приема внутритрубных устройств (патент RU 187976, RU 180891). Известен тройник разрезной с патрубком усиливающим для трубопроводов, включающий полумуфту нижнюю. Патрубок усиливающий установлен на дефектный участок трубы и приварен одним концом к трубе, на патрубок установлена полумуфта верхняя, причем полумуфта верхняя изготовлена с помощью штамповки в заводских условиях, а к ней присоединена полумуфта нижняя, а вся конструкция приварена к ремонтируемой трубе кольцевыми угловыми швами, а верхняя полумуфта приварена к патрубку усиливающему кольцевым угловым швом, а на патрубок усиливающий сверху приварено стыковым кольцевым швом эллиптическое днище (патент RU 114744, МПК F16L 1/00, опубл. 10.04.2012 г.).
Недостатки использования известного тройника - большое количество сварочно-монтажных работ, увеличивающих время проведения ВТД.
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является повышение эффективности технологического процесса проведения внутритрубной диагностики ППМГ за счет оптимизации технологической процедуры проведения подготовительных и заключительных работ, обеспечения безопасности и экологичности, повышения надежности и обеспечения герметичности узла пуска/приема.
Технический результат - уменьшение времени проведения ВТД за счет полного исключения сварочно-монтажных работ с обеспечением герметичности и надежности узла пуска/приема.
Проблема решается, а технический результат достигается узлом запуска-приема внутритрубных устройств, включающим равнопроходной тройник, на одной из торцевых частей которого расположен воротниковый фланец, имеющий кольцевой паз и расположенный под пазом кольцевой выступ на внутренней поверхности фланца, при этом во внутренней полости указанного фланца зафиксирована дискообразная силовая пробка, причем по окружности торцевой поверхности пробки, прилегающей к фланцу, выполнена кольцевая канавка для эластомерного кольца, над которой расположена кольцевая выемка с возможностью плотной укладки на кольцевой выступ указанного выше фланца, кроме того, на воротниковый фланец установлен ответный глухой фланец, а на поверхности силовой пробки, обращенной к глухому фланцу, расположены три лепестковых элемента, имеющих вид сегментов круга, с возможностью их возвратно-поступательного перемещения в радиальном направлении относительно поверхности силовой пробки и выдвижения за пределы корпуса пробки, для чего на верхней поверхности каждого указанного элемента расположен штифт, а на нижней поверхности выполнен цельный Т-образный элемент с возможностью его перемещения в Т-образной канавке, проходящей в радиальном направлении в корпусе силовой пробки, причем в центральной части корпуса последней выполнено сквозное отверстие, в котором расположен запорный элемент с возможностью перемещения в указанном отверстии.
В частных случаях:
- силовая пробка выполнена из стали;
- запорный элемент имеет форму болта, имеющего головку на нижнем конце и часть увеличенного диаметра, навинченную на верхний конец запорного элемента;
- узел содержит защитный кожух, спроектированный для установки на фланцевую пару;
- защитный кожух выполнен полиэтиленовым или стальным.
Указанный технический результат достигается тем, что узел запуска-приема внутритрубных устройств единожды монтируется на обоих берегах ППМГ и используется на постоянной основе для очистки внутренней полости и внутритрубной дефектоскопии, что полностью исключает проведение сварочно-монтажных работ в будущем. Кроме того, обеспечивается герметичность и надежность узла запуска-приема внутритрубных устройств за счет конструктивных особенностей (силовая пробка внутри фланцевого соединения перекрывает внутреннюю полость фланца путем жесткой фиксации и плотного прилегания эластомерного кольца к внутренней поверхности фланца).
Сущность поясняется иллюстрациями, где показан заявляемый узел.
На фиг. 1 а, б) - общий вид;
а) основные элементы узла;
б) общий вид узла в сборе.
На фиг. 2 а, б) - участок трубопровода со смонтированным узлом;
а) последовательная сборка узла на участке трубопровода;
б) узел на участке трубопровода в сборе.
На фиг. 3 а, б) вид силовой пробки в исходном состоянии;
а) вид сверху силовой пробки, используемой при практическом применении узла;
б) вертикальный вид силовой пробки в исходном состоянии, показанный частично в поперечном сечении.
На фиг. 4 а, б) вид силовой пробки в рабочем состоянии;
а) вид сверху силовой пробки, лепестковые элементы показаны выдвинутыми наружу, как в положении, при котором силовая пробка зафиксирована внутри фланца, а запорный элемент находится в закрытом положении;
б) вертикальный вид силовой пробки в рабочем состоянии, показанный частично в поперечном сечении.
На фигурах обозначено:
1 - тройник равнопроходной;
2 - воротниковый фланец;
3 - силовая пробка;
4 - глухой фланец (в комплекте с болтами, гайками и прокладками);
5 - кожух для установки на фланцевую пару;
6 - корпус силовой пробки;
7 - Т-образная канавка в корпусе силовой пробки;
8 - кольцевая канавка для эластомерного кольца;
9 - эластомерное кольцо, расположенное в канавке 8;
10 - внутренняя поверхность воротникового фланца;
11 - сквозное отверстие в корпусе силовой пробки;
12 - лепестковые элементы силовой пробки (удерживающие пластины);
12 а) - внешний конец элемента 12;
12 б) - внутренний конец элемента 12;
13 - Т-образный элемент элемента 12;
14 - штифт, расположенный на верхней поверхности элемента 12;
15 - запорный элемент, расположенный в отверстии 11;
16 - головка запорного элемента 15;
17 - часть запорного элемента 15 увеличенного диаметра;
18 - пружина для поджатия запорного элемента 15;
19 - шайба, расположенная на головке 16;
20 - эластомерная прокладка, встроенная в шайбу 19;
21 - кольцевой выступ фланца 2;
22 - кольцевой паз фланца 2;
23 - торцевая поверхность силовой пробки;
24 - кольцевая выемка;
25 - участок трубопровода.
Узел применяют следующим образом.
Узел запуска-приема внутритрубных устройств (ВТУ) предназначен преимущественно для трубопроводов диаметром от 530 до 1420 мм, толщиной стенки 10-30 мм и давлением до 12,0 МПа.
До начала проведения внутритрубной диагностики (ВТД) в полевых условиях на участке ППМГ производится монтаж и приварка кольцевых стыков равнопроходного тройника 1 с фланцем 2 к действующему трубопроводу (фиг. 2). Толщина стенки тройника 1 определяется расчетом в зависимости от давления в трубопроводе, толщины стенки и класса прочности трубы. Разделка кромок под приварку кольцевых соединений тройника к телу трубопровода выполняется в заводских условиях. К торцевой части равнопроходного тройника 1 приварен фланец 2 с кольцевым пазом 22 и кольцевым выступом 21 для обеспечения более прочной фиксации силовой пробки 3. После фиксации силовой пробки 3 внутри паза 22 фланца 2 производится установка прокладки на фланец 2 и монтаж глухого фланца 4 с фиксацией болтами.
Силовая пробка 3 предназначена для обеспечения постоянного герметичного и надежного перекрытия внутренней полости торцевой части равнопроходного тройника 1, с целью предотвращения выхода взрывоопасных и горючих газожидкостных сред. Силовая пробка 3 образована корпусом 6 с кольцевой канавкой 8 для эластомерного кольца 9, уплотняющего поверхность 23 (периферия корпуса) корпуса 6 в проходном сечении фланца 2, обеспечивая герметичность. Корпус 6 имеет кольцевую выемку 24 над кольцевой канавкой 8 для плотной укладки на кольцевой выступ 21 фланца 2?. Корпус 6 имеет также проходящие в радиальном направлении Т-образные канавки 7, выточенные на его цилиндрической поверхности. В центральной части корпуса 6 имеется сквозное отверстие 11, которое включает верхнюю цилиндрическую часть с увеличенным внутренним диаметром. Толщина силовой пробки определяется расчетным путем в зависимости от рабочих параметров транспортируемой среды.
К верхней поверхности цилиндрического корпуса 6 прикреплены три лепестковых элемента в виде сегментов круга (удерживающие пластины) 12. Каждый элемент 12 имеет внешний конец 12а и внутренний конец 12б, а также цельный Т-образный элемент 13, расположенный на его нижней поверхности, предназначенный для перемещения в Т-образной канавке 7. Таким образом, лепестковые элементы 12 могут возвратно-поступательно перемещаться в радиальном направлении горизонтальной плоскости и выдвигаться за периметр цилиндрического корпуса 6. На верхней поверхности лепестковых элементов 12 расположен штифт 14, который используется для выдвижения или втягивания указанных элементов способом, который будет описан ниже.
В сквозном канале 11 установлен запорный элемент 15, который может быть, как показано на фиг. 3, 4, в форме болта, имеющего головку 16 на нижнем конце и часть 17 увеличенного диаметра, навинченную на верхний конец запорного элемента 15. Когда запорный элемент 15 находится в нижнем положении, как показано на фиг. 3, его часть увеличенного диаметра 17 входит в верхнюю расширенную часть сквозного отверстия 11. При этом пружина 18 сжимается, тем самым предотвращая стремление элемента 15 вернуться в исходное состояние (вверх). Кроме того, на головке 16 расположена шайба 19, имеющая встроенную эластомерную прокладку 20. Когда элемент 15 находится в верхнем положении, сквозное отверстие 11 герметично закрыто, как показано на фиг. 4, но когда элемент 15 находится в нижнем положении, как показано на фиг. 3, среда может свободно течь через сквозное отверстие 11, тем самым в случае необходимости позволяя уравнять давление с обеих сторон запорного элемента 15.
Также конструкция узла включает важное конструктивное звено - глухой фланец 4 в комплекте с болтами, гайками и прокладками, который монтируется после установки силовой пробки 3, обеспечивая дополнительную надежность и герметичность всего соединения, и кожух 5 для защиты фланцевого соединений от механических повреждений при необходимости.
Диагностика ППМГ производится методом протаскивания внутритрубных очистных и инспекционных снарядов с помощью тягового каната. Для этого во внутреннюю полость торцевой части равнопроходного тройника 1 устанавливается самоходное устройство (робот) со снаряженной видеоаппаратурой. С его помощью осуществляют протягивание стального каната проводника через диагностируемый участок ППМГ. При помощи троса-проводника вытягивают трос возвратной лебедки, после чего возвратная лебедка вытягивает основной трос тяговой лебедки. Усилий тяговой лебедки достаточно, чтобы обеспечить беспрепятственное и последовательное протягивание снаряда-скребка и всех диагностических снарядов с одного берега на другой.
После проведения диагностирования ППМГ производятся завершающие работы по восстановлению герметичности участка ППМГ, которые включают в себя последовательную сборку узла для обеспечения надежности всего соединения и безопасной работы газопровода, как показано на фиг. 1 и 2.
Механизм установки силовой пробки 3 во фланце 2, как показано на фиг. 1 и 2 вместе с фиг. 4, включает в себя ряд операций. Силовая пробка 3 вставляется внутрь фланца 2 таким образом, чтобы кольцевая выемка 24 силовой пробки упиралась в кольцевой выступ 21 фланца 2, как показано на фиг. 4. Чтобы закрепить силовую пробку 3 во фланце 2, вручную или от гидравлического привода, приводятся в движение штифты 14, чтобы переместить лепестковые элементы 12 в радиальном направлении наружу. Поскольку внешний конец 12а элемента 12 входит внутрь паза 22 фланца 2, это обеспечивает надежную фиксацию силовой пробки 3 во фланце 2. Кроме того, эластомерное кольцо 9 надежно герметизирует внутреннее проходное сечение фланца 2 путем заполнения пространства между двумя сопряженными поверхностями - поверхностью 23 силовой пробки 3 и внутренней поверхностью 10 фланца 2. После того, как лепестковые элементы 12 выдвинуты наружу и надежно зафиксированы внутри паза 22, пружина 18 перемещает запорный элемент 15 в верхнее положение, как показано на фиг. 4. Запорный элемент 15 выполняет две функции. Во-первых, он перекрывает поток среды через сквозное отверстие 11. Во-вторых, часть 17 запорного элемента 15 не позволяет лепестковым элементам 12 переместиться внутрь, то есть вернуться в исходное состояние, выйдя из паза 22 фланца 2. Внутреннее проходное сечение фланца 2 полностью герметизировано, и силовая пробка 3 заблокирована внутри фланца.
Как только силовая пробка 3 зафиксирована внутри паза 22 фланца 2, производится установка прокладки на фланец тройника и монтаж глухого фланца 4 с фиксацией болтами. Заключительным этапом выполнения работ является монтаж кожуха 5, который защищает фланцевое соединение от механических повреждений. Кожух изготавливается из стали, нержавеющей стали или полимерного материала, обеспечивающего необходимую степень защиты. Аналогичный комплекс завершающих работ производят последовательно и на другом конце участка ППМГ. По завершении всех монтажных работ производится изоляция узла запуска-приема.