УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВАРИЙНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности, в частности к средствам для аварийного отключения нефтяной скважины или топливного трубопровода при возникновении пожара, а также к превенторам, которые герметизируют устье скважины в чрезвычайных ситуациях, предупреждая открытое фонтанирование нефти, распространение пожара и загрязнение окружающей среды.
Известно устройство для аварийного пережатия труб, содержащее приводной перекрывающий элемент в виде плунжеров, выполненных с возможностью пережатия трубы и перекрытия ее внутреннего канала, и опору, с помощью которой устройство монтируется на обсадной колонне или перекрываемом трубопроводе, при этом плунжеры снабжены термонагревательными элементами и выполнены из материалов с эффектом «памяти формы», обеспечивающих изменение формы плунжеров при достижении температуры плунжеров точки трансформации формы их материалов (Патент РФ №2161690 С2, дата приоритета 02.11.1998, дата публикации 10.01.2001, авторы: Кочаров О.Б. и др., RU).
Недостатком известного аналога является низкая вероятность полного перекрытия внутреннего канала, а также высокая энергоемкость осуществления процесса пережатия труб.
Из уровня техники широко известны превенторы плашечные, имеющие запорный орган и приводные гидроцилиндры с механизмом для автоматического срабатывания превентора, основная функция которых - герметизация устья нефтегазовой скважины в чрезвычайных ситуациях. По способу герметизации превенторы плашечные выполняются гидроуправляемые и с ручным приводом фиксации плашки.
Известны, например, превентор плашечный гидравлический (Патент РФ №2584707 С1, дата приоритета 26.01.2015, дата публикации 20.05.2016, авторы: Легостаев А.М. и др., RU), а также превентор плашечный (Патент РФ №2632721 С1, дата приоритета 26.09.2016, дата публикации 09.10.2017, авторы: Легостаев А.М. и др., RU).
Общим недостатком указанных аналогов является сложность конструкции превентора, в частности, гидроприводов и ручных приводов плашек.
Известно устройство для герметизации устья скважины, принятое в качестве прототипа, содержащее установленный между верхним и нижним фланцами трубопроводов корпус с превентором, включающий запорный орган и приводные гидроцилиндры с механизмом для автоматического срабатывания превентора, который выполнен в виде установленного в цилиндре золотника. При этом цилиндр золотника установлен на штуцере трубопровода ниже нижнего фланца и имеет связь с атмосферой и полостями гидроцилиндров и трубопровода, золотник выполнен в виде одного поршня на половину длины его цилиндра с подпружиненным штоком, подпоршневая полость которого сообщается с полостью трубопровода и подпоршневыми полостями гидроцилиндров превентора, а надпоршневая полость - с атмосферой и подпоршневыми полостями гидроцилиндров превентора, при этом штоки поршней гидроцилиндров подпружинены с надпоршневой стороны (Патент РФ №2347061 С1, дата приоритета 07.05.2007, дата публикации 20.02.2009, автор Шафеев Р.Ю., RU, прототип)
Недостатком прототипа также является сложность конструкции, обусловленная необходимостью в гидроприводе для автоматического срабатывания превентора.
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является создание упрощенной конструкции устройства для аварийного отключения нефтяной скважины или топливного трубопровода при пожаре или возникновении пожарной опасности путем обеспечения автоматического срабатывания запорного органа с целью повышения пожарной безопасности при эксплуатации нефтяной скважины или топливного трубопровода.
Для решения технической проблемы предложено устройство для аварийного отключения топливных трубопроводов, содержащее встраиваемый в трубопровод корпус превентора с центральным каналом, с боковым выступом и горизонтальным плашечным каналом прямоугольного поперечного сечения, в котором расположена с возможностью возвратно-поступательного перемещения плоская плашка превентора, связанная с механизмом автоматического срабатывания превентора для обеспечения перекрытия центрального канала при пожаре вблизи устройства. Новым является то, что механизм автоматического срабатывания превентора размещен в корпусе, который присоединен с помощью болтовых соединений к боковому выступу корпуса превентора соосно с горизонтальным плашечным каналом, плоская плашка превентора выполнена в форме диска, жестко соединенного со штоком, на выходе которого из горизонтального плашечного канала корпуса превентора выполнен уплотнительный узел, на конце штока установлен диск, расположенный в корпусе механизма автоматического срабатывания превентора, диск соединен с приводным элементом в виде пружины, также расположенной в упомянутом корпусе, конец которого снабжен установленной на фланцевом соединении торцевой крышкой, на которой закреплен второй конец пружины, причем пружина выполнена из материала с эффектом «памяти формы», обеспечивающего удлинение пружины при достижении температуры пружины точки трансформации формы ее материала для воздействия на шток и осуществления перемещения плашки превентора из горизонтального плашечного канала в центральный канал корпуса превентора.
Согласно полезной модели, корпус механизма автоматического срабатывания превентора выполнен с перфорированной поверхностью.
Согласно полезной модели, пружина выполнена из нитинола.
На чертеже схематично показано устройство для аварийного отключения топливных трубопроводов в перекрытом положении.
Устройство для аварийного отключения топливных трубопроводов содержит корпус превентора 1 с центральным каналом 2 и горизонтальным боковым выступом 3, встраиваемый в линию рабочего трубопровода с помощью фланцевых соединений (условно не показано). В корпусе превентора 1 в поперечном направлении выполнен горизонтальный плашечный канал 4 прямоугольного поперечного сечения, проходящий через боковой выступ 3 и сообщающийся с центральным каналом 2. В горизонтальном плашечном канале 4 расположена плоская плашка 5 превентора, выполненная в виде диска, с возможностью возвратно-поступательного перемещения в нем и перекрытия центрального канала 2 с помощью механизма автоматического срабатывания превентора, размещенного в корпусе 6. При этом корпус 6 механизма автоматического срабатывания превентора присоединен к боковому выступу 3 корпуса превентора 1 соосно с горизонтальным плашечным каналом 4 с помощью болтовых соединений. Плоская плашка 5 превентора жестко соединена со штоком 7, на выходе которого из корпуса превентора 1 выполнен уплотнительный узел 8, располагающийся между корпусами 1 и 6, последний из которых предназначен для монтажа элементов, необходимых для перемещения плоской плашки 5 превентора и образующих механизм автоматического срабатывания превентора при пожаре вблизи устройства. На конце штока 7 установлен диск 9, расположенный в корпусе 6. Конец корпуса 6 закрыт торцевой крышкой 10, соединенной с корпусом 6 с помощью фланцевых соединений. В корпусе 6 также расположена пружина 11, один конец которой закреплен на диске 9, а второй - на торцевой крышке 10. При этом пружина 11 является приводным элементом и изготовлена из материала с эффектом «памяти формы», например, нитинола, с возможностью изменения формы, в частности увеличения длины пружины для осуществления перемещения плашки 5 при повышении температуры до температуры трансформации формы. Для лучшего теплообмена с окружающей средой корпус 6 механизма автоматического срабатывания превентора имеет перфорацию на поверхности.
Выполнение защитной функции по противопожарной безопасности с помощью заявляемого устройства осуществляется следующим образом.
При эксплуатации топливных трубопроводов в стандартном безопасном режиме пружина 11 имеет исходную первоначальную длину, а плоская плашка 5 располагается в горизонтальном плашечном канале 4 в крайнем правом положении (по чертежу). При этом центральный канал 2 корпуса превентора 1 открыт для прохода рабочего потока. При возникновении аварийной ситуации, в частности, пожара на скважине или в зоне расположения трубопровода, температура вблизи устройства резко повышается. Пружина 11, выполненная из материала с памятью формы и являющаяся приводным элементом механизма автоматического срабатывания превентора, при нагревании изменяет форму, становится длиннее и воздействует на диск 9 штока 7, вследствие чего, соединенная со штоком 4 плоская плашка 5 перемещается влево и перекрывает центральный канал 2 корпуса превентора 1, как показано на приведенном чертеже. После окончания аварийной ситуации пружина 11 возвращается в исходное первоначальное положение, и проход рабочего потока возобновляется.
Таким образом, преимуществом заявляемого устройства для аварийного отключения топливных трубопроводов является простота конструкции в связи с малым количеством элементов механизма автоматического срабатывания превентора, располагаемых в одном корпусе, и в связи с использованием в качестве приводного элемента пружины из материала с памятью формы. Устройство не требует особого технического обслуживания, что снижает затраты на его эксплуатацию.
Технический результат при реализации полезной модели заключается в расширении арсенала технических средств, применяемых для аварийного отключения топливных трубопроводов, упрощении конструкции устройства и в повышении пожарной безопасности при эксплуатации нефтяной скважины или топливного трубопровода.