РЕМОНТНЫЙ АППАРАТ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ ОПЕРАТИВНЫЙ РЕМОНТ ТРУБОПРОВОДА ДЛЯ ДОСТАВКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к необитаемым подводным аппаратам и предназначена для ликвидации повреждений и осуществления ремонта подводного трубопровода. Область применения полезной модели - проведение оперативных ремонтных работ на подводных участках трубопровода в любой акватории, в частности - для устранения протечек на подводных трубопроводах, предназначенных для транспортировки углеводородного сырья.
Из существующего уровня техники известны способы проведения ремонтных работ на подводных участках трубопроводов. Например, известно обхватывающее зажимное устройство [US 4096886, 27.06.1978], устанавливаемое на поврежденный участок подводного трубопровода и фиксируемое по принципу муфты с конструкцией, обеспечивающей высокую степень герметизации и выдерживающей определенное давление протечки. Однако использование такого устройства представляет собой весьма трудоемкий процесс. Также известен способ соединения двух элементов подводного трубопровода, заявляемый также как способ ремонта [ЕР 0148187 В1 13.01.1988], где муфта надевается на торцевые части труб и крепится с помощью взрывной сварки. Известен способ [US 5425599, 20.06.1995], предполагающий погружение режущих устройств, отделяющих поврежденный участок трубопровода под водой, после чего производится установка нового элемента трубопровода взамен поврежденного участка, который телескопически удлиняется или уменьшается для обеспечения стыковки с торцевыми частями труб. Также данный способ предполагает использование специальных опор для подводного трубопровода, а также проведение погружения и подъема всего оборудования, аппаратуры и элементов с надводного плавсредства, с использованием устройства лебедочного (якорного) типа и страховочных надувных зондов. Способы [ЕР 0148187 В1 13.01.1988] и [US 5425599, 20.06.1995] имеют значительный недостаток: предполагается разрыв или разрез трубопровода, что безусловно приведет к утечкам транспортируемого по трубопроводу вещества. Известна система мониторинга состояния подводного трубопровода [CN 103488175, 01.01.2014], предполагающая использование дистанционно управляемого подводного робота, обеспечивающего трансляцию видеоизображения в реальном времени с визуального модуля подводного робота на монитор оператора с использованием оптоволоконной связи. Также известен необитаемый подводный аппарат (НПА) [RU 2104210, 10.02.1998], который предназначен для осмотра при обследовании подводных объектов и локальных районов дна. НПА содержит четыре маршевых движителя, смонтированных в каналах, расположенных симметрично и порядно относительно прочных корпусов, один вертикальный движитель, смонтированный ниже центра масс в канале, расположенном по линии пересечения плоскости мидель-шпангоута и диаметральной. Узел крепления кабель-тросса расположен в зоне центра масс НПА. Технический результат заключается в повышении ходовых и гидродинамических качеств НПА.
Все рассмотренные технические решения имеют существенный недостаток, а именно, они не способны обеспечить оптативный ремонт подводного трубопровода без непосредственного участия человека в подводных работах по ликвидации протечки и установке на поврежденный участок муфты (кожуха, секции), при этом обеспечив высокое качество выполняемой работы.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение автоматизации процесса ремонта подводного трубопровода, а также повышение качества подводных ремонтных работ на трубопроводе.
Заявляемый технический результат достигается решением следующих технический задач: проведение зачистки поврежденного участка трубопровода с помощью оборудования ремонтного аппарата, проведение установки ремонтной муфты, состоящей из защитного пластыря и герметизатора) на поврежденный участок трубопровода с помощью ремонтного аппарата. Указанные задачи решаются предлагаемым ремонтным аппаратом для ремонта подводных трубопроводов.
Ремонтный аппарат представляет собой сложное техническое устройство, предназначенное для погружения под воду, включающее опорную раму, П-образной формы для опускания ремонтного аппарата сверху на участок трубы, конструкция которой предполагает наличие лестницы для обслуживания ремонтного аппарата на суше; размещенные на раме механизм установки защитной гильзы и механизм установки герметизатора, оборудование для отмыва и зачистки трубы, включая фрезу, двигающуюся в двух плоскостях, гидравлическое оборудование, приводящее в движение элементы ремонтного аппарата, а также оборудование для подводной видеосъемки, рукава высокого давления, шланги, кабели - для соединения с надводной системой управления и оборудованием для приготовления композитного материала, используемого при проведении ремонтных работ. Все вышеперечисленное оборудование является сборочными элементами заводской сборки, неотъемлемыми функциональными частями аппарата.
Эскизный чертеж общего вида ремонтного аппарата приведен на фигуре 1, где:
1 - рама;
2 - фиксирующий захват;
3 - блок зачистки и отмыва трубы;
4 - механизм установки защитной гильзы;
5 - механизм установки герметизатора;
6 - валик опорный;
7 - защитная гильза;
8 - герметизатор;
9 - направляющие блока зачистки и блока отмыва;
10 - каретка;
11 - блок гидравлического оборудования;
12 - рукав высокого давления для подачи композитного материала;
13 - динамическая опора;
14 - лестница для обслуживания ремонтного комплеска на суше.
Оборудование (элементы) ремонтного аппарата крепится на раме (1), представляющей собой конструкцию из коррозионно-стойкого металла. Внутри рамы по всей длине располагаются направляющие блока зачистки и блока отмыва (9). Блок зачистки и отмыва трубы (3) крепится на каретке 10, предназначенной для возвратно-поступательного движения вдоль участка трубы. С одной стороны на раме размещены опорные валики, предназначенные для обеспечения, посредством взаимодействия с динамической опорой (13), вращательного движения направляющим (9) и как следствие каретке (10). Изображение каретки (10) с блоком зачистки и отмыва (3) на наплавляющих (9) приведено на фигуре 2. Также на раме (1) расположены фиксирующие захваты (2). Конструкция рамы без оборудования для зачистки и отмыва, оборудования для установки защитной гильзы и установки герметизатора приведена на фигуре 3. Напротив динамической опоры на раме (1) расположен блок гидравлического оборудования (11). На одной стороне (длине) рамы расположена лестница (14) для обслуживания ремонтного комплекса на суше. На той же стороне, где расположена лестница (14), к верхней внутренней стороне рамы (1) крепится механизм установки герметизатора (5), а на противоположенной стороне рамы, с внешней стороны, на нее крепится механизм установки защитной гильзы (4).
Изображение механизма установки защитной гильзы приведено на фигуре 4, где:
15 - каретка блока монтажа защитной гильзы;
16 - ролики;
17 - гидроцилиндр узла захвата;
18 - гидроцилиндр осевой коррекции (перемещает гильзу в случае попадания шва на трещину/разрыв/стык);
19 - центрирующая стойка;
20 - рама механизма установки защитной гильзы;
20.1 - подвижный захват рамы механизма установки защитной гильзы.
Механизм установки защитной гильзы представляет собой подсистему устройства, которая состоит из рамы механизма установки защитной гильзы (20), соединенной с рамой (1) через гидроцилиндр осевой коррекции (18) и каретку блока монтажа защитной гильзы (15) - посредством роликов (16). Нижняя часть рамы (20) представляет собой подвижный посредством гидроцилиндра (17) захват (20.1), удерживающий защитную гильзу (7), имеющую клейкую внутреннюю поверхность для фиксации на участке трубопровода. Рама механизма установки защитной гильзы приспособлена к осевому перемещению на угол до 15° под воздействием гидроцилиндра осевой коррекции (18), который перемещает раму (20) и, соответственно, гильзу (7) в случае попадания шва гильзы на трещину/разрыв/шов ремонтируемого участка трубопровода.
Изображение механизма установки герметизатора приведен на фигуре 5, где:
21 - рама механизма установки герметизатора; (рама несущая)
22 - гидроцилиндр подачи герметизатора к трубе;
23 - гидроцилиндр закрытия герметизатора;
24 - захват механизма установки герметизатора;
24.1 - пневматический зажим;
25 - штуцеры для подачи и отвода композитного состава.
Механизм установки герметизатора (5) представляет собой подсистему устройства, которая состоит из рамы механизма установки герметизатора (21), соединенной с рамой (1) через гидроцилиндры подачи герметизатора к трубе (22), включающей захват механизма установки герметизатора (24), который удерживает герметизатор (8) с помощью пневматического зажима (24.1). Также на раме (21) установлен гидроцилиндр закрытия герметизатора (23). Герметизатор (8) выполнен со встроенными штуцерами для подачи и отвода композитного состава (25), конструкция которых представляет собой обратный клапан.
Ремонтный аппарат работает следующим образом. После погружения с помощью крана с плавучей платформы или судна на поврежденный участок трубопровода, ремонтный аппарат фиксируется на трубе с помощью зажимов (2). При этом прицеливание ремонтного аппарата для точного попадания на трубопровод предполагается с помощью телеуправляемого необитаемого подводного аппарата, способного транслировать видеоизображение, по которому сможет ориентироваться оператор крана, осуществляющего погружение.
После фиксации зажимами (2) начинает работу блок зачистки и отмыва трубы (3): каретка (10) начинает возвратно-поступательное движение по направляющим (9), перемещая блок зачистки и отмыва трубы (3) в горизонтальном направлении, при этом динамическая опора (13), перемещаясь по опорным валикам (6) вместе с направляющими (9) совершает поворотные движения с отклонением на 90° в каждую сторону относительно первоначального положения. Вместе с этим фрезы (26), расположенные рядом с креплением каретки (10) к направляющим (9), начинают вращение, обрабатывая тем самым поверхность трубы от загрязнений, сколов, водорослей и иных загрязнений, а также снимая изоляционный слой. Приводы движения каретки (10), динамической опоры (13), вращения фрез (26) и подачи фрез (26) к трубе представляют собой мотор-редукторы, выполненные с классом защиты, допускающим работу под водой. Процедура зачистки и отмыва длится до 40 минут.
После завершения процесса отмыва и зачистки, операторы, управляющие работой ремонтного аппарата с плавучей платформы или судна, включают механизм установки защитной гильзы. В исходном положении подвижный захват рымы механизма установки защитной гильзы (20.1) находится в открытом положении. Рама механизма установки защитной гильзы (20), приводимая в движение гидроцилиндром узла захвата (17), перемещается с помощью роликов (16) относительно каретки блока монтажа защитной гильзы (15) для установки защитной гильзы (7) на ремонтируемый участок трубы. Внутренняя поверхность гильзы (7) обработана клейким материалом, например, может использоваться полимерная композитная 8-витковая лента ГАРС. Далее подвижный захват рымы механизма установки защитной гильзы (20.1), приводимый в движение гидроцилиндрами узла захвата (17), двигаясь по центрирующей стойке (19), смыкает гильзу (7) на трубе. Установка гильзы (7) позволяет предотвратить попадание внутрь трубы композитного вещества при выполнении последующих операций. Далее механизм установки защитной гильзы (4) приводится в исходное положение.
После этого динамическая опора (13), перемещаясь по опорным валикам (6) вместе с направляющими (9) совершает поворотное движение на угол 45° с целью сместить направляющие (9) для обеспечения подвода к трубе механизма установки герметизатора (5). Рама механизма установки герметизатора (21) подается к трубе с помощью гидроцилиндра подачи герметизатора к трубе (22), после чего захват механизма установки герметизатора (24) приводится в движение гидроцилиндрами закрытия герметизатора (23) до смыкания герметизатора (8) на трубе. Далее с плавучей платформы или судна под давлением до 25 атм через рукав высокого давления для подачи композитного материала (12), соединенный со штуцерами для подачи и отвода композитного состава (25), подается композитный состав, который заполняет пространство между гильзой (7) и герметизатором (8). После завершения работ по заполнению пространства между гильзой (7) и герметизатором (8) композитным составом, рукав высокого давления для подачи композитного материала (12) и пневматические зажимы (24.1) отстреливаются, а механизм установки герметизатора (5) приводится в исходное состояние.
Заявляемый ремонтный аппарат способен последовательно решить задачи зачистки поврежденного участка трубопровода и установки гильзы и герметизатора, а также закачки в герметизатор композитного состава. При этом габариты ремонтного аппарата составляют (мм) д×ш×в 4000×2000×2431, что позволяет организовать контейнерную транспортировку. Помимо указанной области применения, а именно осуществления ремонтных работ на подводных участках трубопроводов по доставке углеводородного сырья, ремонтный аппарат может использоваться для проведения аналогичных работ на любых подводных трубопроводах с аналогичным диаметром трубы. Помимо описанного способа погружения аппарата, представляется возможным его погружение для работы с трубопроводами, пролегающими по дну рек с мостов как капитальных, так и временных (технологических конструкций, возведенных непосредственно для проведения ремонтных работ на трубопроводе с использованием заявляемого ремонтного аппарата). Также после незначительной модернизации аппарат возможно использовать на суше для ремонта открытых (наземных) участков трубопроводов.