УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЖИГА ТЕРМИТНОГО СОСТАВА
DEVICE FOR FIRING THERMIT COMPOSITION

Изобретение относится к взрывным работам и предназначено для применения в нефтегазовой промышленности в качестве устройства для поджига термитного состава, который приваривает выводы электрохимической защиты (ЭХЗ) к трубопроводам для защиты их от коррозии.
Надежность приварки выводов ЭХЗ определяется мощным импульсом поджига термитного состава, который более качественно производит приварку его к трубопроводу.
Приварка выводов ЭХЗ к действующим газонефтепроводам, согласно требованиям промышленной безопасности, должна осуществляться дистанционно на расстоянии порядка 300 м.
Известно устройство многоразового использования для дистанционного поджига термитных составов, которое состоит из тигель-формы, выполненной из графита, каркаса устройства, подвижного штока, термитной спички, спирали инициатора, бумаги, платы инициатора, термоконтакта, выводов ЭХЗ. Анализ указанного устройства для поджига термитного состава показывает ряд его недостатков, основным из которых является сложность и ненадежность его осуществления при повышенной влажности и осадках. Кроме того, после каждой приварки выводов ЭХЗ необходимо использовать новый подвижный шток, так как он оплавляется при горении термита. Высокая влажность (более 90%) и осадки делают невозможным применение данного устройства для поджига термитных составов (п. 4.11 «Инструкции по термитной сварке выводов ЭХЗ к магистральным газопроводам; «Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов (ВНИИГАЗ)», М.: 1984, с.7).
ООО НПО «Нефтегазкомплект - ЭХЗ» («Инструкция по термитной сварке выводов ЭХЗ с применением термоматериалов», Саратов, 2009, с.3) предлагает осуществлять приварку выводов ЭХЗ к действующим трубопроводам с использованием в многоразовой тигель-форме термокарандаша с запалом. При этом запал термокарандаша содержит шнур замедленного горения - 30 сек. Необходимо указать, что за 30 сек. можно удалиться от места выполнения газоопасной работы на 10-15 м. Поэтому, этот метод не отвечает требованиям промышленной безопасности.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для дистанционного поджига термитного состава в тигель-форме. В этом случае на термитный состав размещают легковоспламеняемый переходный заряд, который воспламеняется электрозапалом, выполненным в виде нихромового проводника, обмазанного легковоспламеняемым составом (пат. 2323075 Российская Федерация, МПК B23K 23/00. Устройство для термитной приварки выводов электрохимзащиты к магистральным трубопроводам [Текст] / Горчаков В.А., Потапов А.В., Якорнева Е.С.; заявитель и патентообладатель ООО «Электрохимизделия» - №2005139478/02; заявл. 16.12.2005.; опуб. 27.04.2008).
Дистанционный поджиг (300 м) термитного состава производится радиоуправляемым устройством, которое состоит из передатчика, работающего от батареи 12 B, и приемника, для питания которого требуется источник 9 B.
Метод с использованием дистанционного поджига термита радиоуправляемым устройством дорог и сложен. Он требует профессионализма исполнителя работ, не может применяться в лесистой и пересеченной местности, и непригоден в случае высокой влажности воздуха, а так же при отрицательных температурах воздуха и вблизи ЛЭП.
Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение эффективности действия устройства поджига термитного состава, конструкция которого позволяет значительно упростить технологию выполнения работ, удешевить стоимость работ, повысить надежность его действия в самых сложных условиях проведения поджигов, включая отрицательные температуры воздуха и работы в близи ЛЭП, а также повысить промышленную безопасность при его использовании.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для поджига термитного состава состоит из корпуса, выполненного для расположения в нем зажигательного термитного и воспламенительного составов, внутри корпуса расположен электровоспламенитель, выполненный с возможностью приведения его в действие от батарейных источников питания, внутри корпуса дополнительно размещена перевернутая чашечка с цилиндро-коническим донышком, выполненным с возможностью поджатия воспламенительного и зажигательного термитного составов, при этом в центральной части конического донышка имеется отверстие, выполненное с возможностью фокусировки пламени от электровоспламенителя, причем отверстие прикрыто пленкой, а в корпусе над кромкой чашечки выполнены с возможностью сброса внутреннего давления, по меньшей мере, два загерметизированных отверстия диаметром 0,5-0,6 от внутреннего диаметра корпуса.
Устройство для поджига термитного состава изображено на Фиг.1. Оно состоит из корпуса 1, в котором размещен зажигательный термитный 2 и воспламенительный 3 составы, поджатые перевернутой чашечкой 5 с цилиндро-коническим донышком, в центральной части которого выполнено отверстие прикрытое кружком (пленкой) 4. В корпусе над кромкой чашечки проделаны отверстия, диаметр которых составляет 0,5-0,6 внутреннего диаметра корпуса, отверстия плотно закрыты липкой полиэтиленовой пленкой, например, скотчем 6. В дульце корпуса вставлен и обжат штатный электровоспламенитель 7 ГОСТ 9089-75, который инициируется от автомобильного аккумулятора 12 B.
При дистанционной (300 м) подаче на электровоспламенитель 7 напряжения с использованием магистрального провода происходит инициирование электровоспламенителя, пламя которого фокусируется повернутой чашечкой 5 с цилиндро-коническим донышком, имеющим отверстие в центральной части, и происходит возгорание воспламенительного состава 3, после окончания горения которого происходит возгорание зажигательного термитного состава 2. За счет высокой температуры горения зажигательного термитного состава происходит надежное инициирование 50 г навески термита в графитовом тигле. Надежное функционирование пиротехнической цепочки и целостность корпуса 1 при начальном горении воспламенительного и зажигательного термитного составов происходит за счет разрушения липкой полиэтиленовой пленки (скотча) и сброса давления в гильзе. Устройство вставляется в запальное отверстие тигля, и за счет его перекрытия устраняются брызги расплавленной меди на трубу.
Пример изготовления устройства для поджига термитного состава
Корпус 1 устройства может быть выполнен из любого материала. В нашем случае выбран алюминиевый корпус, применяемый при выпуске электродетонаторов, чтобы использовать в технологическом процессе материалы и полуфабрикаты, имеющиеся на предприятиях соответствующего профиля. Материалы и полуфабрикаты должны соответствовать ГОСТ 9089-75 «Электродетонаторы мгновенного действия». Поэтому внутренний диаметр корпуса 1 равен 6,6 мм, чтобы он соответствовал пластикатовой пробке электровоспламенителя 7, используемого в электродетонаторах. Длина корпуса составляет 10,0-11,0 диаметрам корпуса. Корпус 1 снаряжают 1,0-1,5 г зажигательным медным термитным составом, который имеет следующую рецептуру:
- медь окись (ЧДА) ГОСТ 16599-79
- 66,7%
- алюминиевая крупка первичная (АКП) ТУ 48-5-38-78
- 8,4%
- порошок медный электролитический ПМС-Н ГОСТ 4960-75
- 11,6%
- ферромарганец молотый пассивированный
для производства электродов ФМН 1,0 ТУ 14-5-97-77
- 13,0%
(Инструкция по термитной приварке выводов ЭХЗ к магистральным газопроводам. ВНИИГАЗ, М. - 1984, с.4.)
Уменьшение навески зажигательного медного термитного состава в устройстве до 1 г при температурах ниже минус 20°C из двадцати опытов дает 1-2 отказа при поджиге 50 г навески термита в графитовом тигле. Навеска 2 зажигательного медного термитного состава 1,5 г в устройстве обеспечивает безотказное поджигание его в графитовом тигле при температурах до минус 30°C.
2
2
Для надежного воспламенения навески 2 зажигательного медного термитного состава в устройстве была рассчитана температура его воспламенения по методу Амосова А.П. «Тепловая теория воспламенения» (учебное пособие), Куйбышев, КПтИ, 1982 - 91 с. Она составила 1350-1400°C. Затем были рассчитаны температуры горения воспламенительных составов. На основании выполненных расчетов были выбраны 50% кремния (Si) в смеси с 50% окиси свинца (PbO) или 50% кремния с 50% кальция, играющие роль воспламенительных составов. Указанные составы при горении навески в 1 г выделяют температуру около 1600°C и надежно воспламеняют навеску 2 зажигательного медного термитного состава. Поэтому в корпус 1 на навеску 2 зажигательного медного термитного состава снаряжался воспламенительный состав 3 на основе 50% кремния в смеси с 50% окиси свинца в количестве 1 г Затем на чашечку 5 наклеивался кружок 4 из тонкой ткани, препятствующий просыпанию состава в объем корпуса 1. После чего чашечка переворачивалась и досыпалась пуансоном до воспламенительного состава при усилии 20-50 кгс/см. При этом составы слегка уплотнялись. Чашечка 5 досылалась в корпус 1 в перевернутом состоянии для усиления передачи пламени от штатного электровоспламенителя на воспламенительный состав 3.
Далее в корпус 1 вставляется штатный электровоспламенитель 7 и корпус обжимается для его плотного и герметичного соединения. Расчетная температура горения штатного электровоспламенителя составляет 1450-1500°C.
При отработке конструкции устройства была отмечена ненадежность его действия в случае, если использовать только воспламенительный состав - 50% кремния и 50% окиси свинца даже с навеской до 3 г При температуре +5°C наблюдается 50% вероятность воспламенения 50 г медного термитного состава в графитовом тигле. Поэтому корпус устройства снаряжался 1,5 г навеской зажигательного медного термитного состава, расчетная температура горения которого достигает 2600°C.
Эксперименты также показали необходимость использования двух отверстий в корпусе 1, загерметизированных скотчем - 6 (1,5 оборота). При их отсутствии происходит отказ пиротехнической цепочки, так как высокое давление в малом объеме устройства угнетает воспламенение и горение пиротехнических составов.