СПОСОБ ПОДГОТОВКИ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА К РЕМОНТУ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА К РЕМОНТУ (ВАРИАНТЫ)
METHOD TO PREPARE MANIFOLD PIPELINE FOR REPAIR AND DEVICE FOR PREPARATION OF MANIFOLD PIPELINE FOR REPAIR (VERSIONS)

Изобретение относится к магистральному транспорту жидкости, преимущественно газонасыщенных нефтей, нестабильного газового конденсата, и может быть использовано при ремонте магистральных трубопроводов, уложенных на дне водоемов.
Известен способ подготовки магистрального трубопровода к ремонту, включающий перекрытие неисправной секции выше повреждения и перемещение жидкости из неисправной секции в последующую исправную с одновременным сливом жидкости в емкость на пониженном участке трубопровода для временного хранения [Авторское свидетельство SU №1083026, 1984].
Недостаток способа состоит в том, что для вытеснения жидкости из неисправного участка необходима установка аэрационных кранов и внешнего источника сжатого воздуха или инертного газа, однако введение дополнительного количества газа приводит к разгерметизации трубопровода, разгазированию газонасыщенной жидкости, ее гравитационному расслоению и, как следствие, повышению давления на ремонтируемом участке.
Все эти мероприятия снижают безопасность проведения последующих ремонтных и огневых работ, приводят к значительным потерям газа, транспортируемого с нефтью.
Известен также способ подготовки магистрального трубопровода к ремонту, включающий перекрытие неисправного участка трубопровода с двух сторон, перемещение жидкости из неисправного участка в смежный исправный участок с помощью насоса и безнасосный слив жидкости из трубопровода в емкость или амбар временного хранения [Катунян С.А. и др. Опорожнение поврежденного участка нефтепровода при авариях // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1975, №6, с.16-19].
Недостаток способа состоит в том, что после частичного опорожнения трубопровода от газонасыщенной нефти происходит ее гравитационное расслоение, повышение давления и снижение безопасности проведения последующих сварочно-монтажных и огневых работ. Кроме того, безнасосный слив газонасыщенной жидкости в емкость или амбар для временного гранения приводит к значительным потерям нефтяного газа.
Известен также способ подготовки магистрального трубопровода к ремонту [Патент RU №2016349, 15.07.1994], в котором для исключения повышения давления при гравитационном расслоении частично разгазированной газонасыщенной нефти, обеспечения безопасности проведения последующих сварочно-монтажных и огневых работ, сокращения потерь нефтяного газа выполняют перекрытие неисправной секции с двух сторон, ведут откачку части жидкости из трубопровода с использованием насосов нефтеперекачивающих станций в резервуарный парк и одновременно производят перемещение жидкости из неисправной секции в смежную исправную из ближайших пониженных точек трассы трубопровода, расположенных по обе стороны от места ремонта, с помощью подключенного насоса и безнасосный слив разгазированной жидкости в емкость для временного хранения, при этом расход откачиваемой насосом жидкости определяют по формуле. Данный способ и порядок действий по опорожнению аварийного участка магистрального трубопровода для подготовки к ремонту позволяет избежать повышения давления в ремонтируемой секции за счет гравитационного расслоения газонасыщенной жидкости. Это позволяет повысить безопасность проведения последующих сварочно-монтажных и огневых работ, уменьшить потери нефтяного газа и уменьшить объем жидкости, сливаемой во временную емкость.
Однако данный известный способ, как и известные способы [Авторское свидетельство SU №1083026, 1984; Катунян С.А. и др. Опорожнение поврежденного участка нефтепровода при авариях // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1975, №6, с.16-19], позволяет достичь технического результата только в условиях нахождения трубопроводов на суше.
Известен также способ подъема конца подводного трубопровода [Авторское свидетельство SU №1788378, 15.01.1993] , предназначенный для использования при строительстве и ремонте подводных трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что к участку b трубопровода на расчетном расстоянии d от его конца прикрепляют понтоны, обеспечивающие нулевую плавучесть участку b. Конец трубопровода поднимают сосредоточенной силой, прикладываемой на расстояние d от конца трубопровода. Способ обеспечивает подъем трубопровода с большей глубины с обеспечением высокой надежности изгибаемого участка трубопровода.
Однако данный способ не обеспечивает откачку транспортируемого продукта из поврежденного трубопровода, что при ремонтных работах может привести к негативным последствиям.
Устройства для реализации известных способов включают понтоны, прикрепленные к магистральному трубопроводу, средства перекачки транспортируемого продукта из участка магистрального трубопровода, предназначенного для ремонта и резервуар для хранения перекачиваемого продукта, выполненного в виде емкости, амбара или смежного участка трубопровода при его наличии.
Задачей заявляемого технического решения является обеспечение безопасности проведения последующих сварочно-монтажных и огневых работ, сокращение потерь нефтяного газа.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе подготовки магистрального трубопровода к ремонту, включающем прикрепление к поднимаемому участку трубопровода понтонов, регулирующих его плавучесть, и подъем сосредоточенной силой его консольного конца над поверхностью воды, при этом поднимаемому участку магистрального трубопровода на расчетной длине от точки приложения сосредоточенной силы придают нулевую плавучесть, а участок магистрального трубопровода с нулевой плавучестью располагается за консольным концом магистрального трубопровода, перекрытие неисправной секции магистрального трубопровода с двух сторон, откачку части транспортируемого продукта из неисправной секции магистрального трубопровода выполняют с помощью насоса, при этом откачку транспортируемого продукта из поврежденной секции магистрального трубопровода производят в ближайших пониженных точках магистрального трубопровода, расположенных по обе стороны от места ремонта, в котором в отличие от известных способов понтоны, расположенные в пониженных точках магистрального трубопровода, оснащают мобильными резервуарами для откачки транспортируемого продукта, установленными на поддоне, откачку части транспортируемого продукта осуществляют в мобильный резервуар для откачки транспортируемого продукта посредством насоса, установленного на понтоне, мобильный резервуар для откачки транспортируемого продукта поднимают на водную поверхность посредством понтона. При этом в устройстве для подготовки магистрального трубопровода к ремонту по первому варианту, включающем прикрепленные к поднимаемому участку магистрального трубопровода понтоны, два из которых снабжены насосами для откачки транспортируемого продукта, резервуар для принятия транспортируемого продукта, в отличие от известных устройств резервуар для принятия транспортируемого продукта выполнен в виде мобильного устройства и установлен на поддоне, который в верхней части снабжен защитной крышкой, мобильный резервуар закреплен на понтоне, мобильный резервуар выполнен из эластичного материала и снабжен сливоналивной горловиной, а во втором варианте резервуар для принятия транспортируемого продукта выполнен в виде мобильного устройства и установлен на поддоне, который закреплен на понтоне, мобильный резервуар выполнен из маломагнитной стали, внутри мобильного резервуара установлены танки, выполненные в виде изолированного контейнера с герметичной крышкой, изолированный контейнер снабжен направляющими ребрами и полками для установки кассет с баллонами, при этом размеры полок уменьшаются от нижней поверхности до верхней поверхности танка, внешняя поверхность основания танков снабжена фторопластмассовой накладкой, которая включает фторопластмассовую поверхность, внутри которой расположены пружины, расположенные в радиальном, аксиальном и тангенциальном направлениях и сочлененные между собой, баллоны изготовлены из маломагнитной стали в виде труб с двумя заглушками, баллоны с внешней стороны усилены слоистым покрытием из стекловолокна, пропитанного резиновой мастикой, кассеты выполнены из газопенобетона, на поверхности которых размещены аноды электрохимической защиты, кассеты выполнены в форме ячеек, в которые установлены баллоны, снабженные впускными и выпускными клапанами, впускные клапаны соединены с подводящим трубопроводом, который снабжен вертлюгом высокого давления для стыковки с рейзером магистрального трубопровода.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что к поврежденному участку трубопровода на расчетном расстоянии от его конца прикрепляют понтоны, обеспечивающие нулевую плавучесть поврежденному участку. Конец трубопровода поднимают сосредоточенной силой, прикладываемой на расчетном расстоянии от конца трубопровода.
2
2
2
На понтонах, расположенных в пониженных точках, размещают понтоны, оснащенные мобильным резервуаром для нефтепродуктов. Мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов содержит поддон, на котором размещена с возможностью фиксации замкнутая оболочка, состоящая из топливостойкого, светозащитного и силового слоев и имеющая на верхней поверхности сливоналивную горловину, при этом топливостойкий слой выполнен из двух слоев полимерного материала толщиной 80-150 мкм с массой не более 0,3 кг/м, разрывной нагрузкой не менее 200 Н, температурой хрупкости не менее минус 50°С, максимальной температурой хранимого нефтепродукта не выше 70°С, проницаемостью не более 10 г/мсутки, светозащитный слой - из электропроводной саженаполненной полиэтиленовой пленки толщиной 80-150 мкм, силовой слой размещен с наружной стороны резервуара и выполнен из одного или двух слоев фальцованной полипропиленовой ткани с поверхностной плотностью 200±20 г/м и количеством нитей на 10 см ткани по основе и по утку 54±2 и 50±2 соответственно, при этом внутренняя часть поддона выполнена из материала, идентичного материалу топливостойкого слоя, и представляет замкнутую герметичную полость для заполнения воздухом или другим агентом, а наружная - из материала, идентичного материалу силового слоя, боковые стенки наружной части поддона имеют высоту, равную не менее 0,7 от высоты заполненного эластичного резервуара, и расположены относительно днища под углом 65-75°.
Мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов состоит из поддона, на котором размещена с возможностью фиксации (за счет сил тяжести и трения) замкнутая оболочка, состоящая из топливостойкого, светозащитного и силового слоев. Все слои, в том числе и светозащитный, соединены в области горловины. В верхней части поддон снабжен крышкой, предназначенной для исключения возможности всплытия мобильного эластичного резервуара при погружении понтона, а также для исключения давления водной массы на мобильный эластичный резервуар при всплытии понтона.
Все используемые в конструкции мобильного эластичного резервуара для нефтепродуктов материалы выпускаются отечественной промышленностью в виде рукавов шириной 800, 1500, 3000 и 6000 мм, что упрощает процесс создания резервуара (соединение торцевых слоев известными методами - сварка, склейка, сшивка и др.).
2
2
Так, в качестве топливостойкого слоя можно использовать полимерный материал толщиной 80-150 мкм с массой не более 0,3 кг/м, разрывной нагрузкой не менее 200 Н, температурой хрупкости не менее минус 50°С, максимальной температурой хранимой рабочей среды не выше 70°С, проницаемостью не более 10 г/м сутки.
Аналогом мобильного эластичного резервуара является мобильный эластичной резервуар для нефтепродуктов типа ЭР-50 (Описание к патенту РФ №2304553) с характеристиками, приведенными в таблице.
Таблица
Геометрические и массовые параметры опытных образцов мобильных эластичных резервуаров для нефтепродуктов
№п.п
Параметр
Марка резервуара, вместимость, м<sup>3</sup>
1
Длина резервуара, мм
17600
2
Ширина резервуара, мм
3700
3
Площадь резервуара в плане, м<sup>2</sup>
65,12
4
Высота резервуара с нефтепродуктом, Н, мм
1000
5
Высота стенки наружной части поддона min, h=0,7 Н, мм
700
6
Длина поддона в плане, мм
18600
7
Ширина поддона в плане, мм
4700
8
Площадь поддона в плане, м<sup>2</sup>
87,42
9
Объем поддона, м<sup>3</sup>
61,2
10
Масса резервуара с поддоном, кг:
10.1
в порожнем состоянии
135
10.2
в заполненном состоянии
36635
Высота наружной части стенок поддона выбирается равной 0,7 от высоты заполненного резервуара, исходя из площадей и объемов поддона и резервуара, исключающая пролив нефтепродукта в воду в случае разгерметизации оболочки резервуара.
Расположение боковых стенок наружного слоя поддона под углом 65-75° обеспечивает равномерное распределение нагрузки и минимально необходимую высоту наружной части поддона, исключающую перелив нефтепродукта из поддона. Кроме того, предложенная конструкция поддона, оснащенного в верхней его части крышкой, не требует подготовки обвалования, использования опор для удержания поддона в развернутом состоянии.
Мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов работает следующим образом.
Мобильный эластичный резервуар для нефтепродуктов, содержащий поддон, на котором размещена замкнутая оболочка, раскладывают на ровной горизонтальной площадке, соответствующей геометрическим параметрам порожнего резервуара в развернутом состоянии. Разворачивают вначале по длине, а затем по ширине, при этом сливоналивная горловина должна находиться сверху. Проверяют комплектность резервуара, затяжку гаек крепления горловины к эластичной оболочке и при необходимости производят их подтяжку. Проводят визуальный осмотр и устанавливают его техническое состояние (проколы, трещины и т.п.). Проверяют резервуар на герметичность известным методом, заполняя его воздухом через запорный (дыхательный) клапан сливоналивной горловины. Поддон устанавливают на понтон и закрывают крышкой. При достижении понтоном места откачки транспортируемого продукта заполняют внутреннюю полость мобильного эластичного резервуара нефтепродуктом через сливоналивную горловину (сливоналивных горловин может быть несколько) посредством насоса, установленного на понтоне. Количество принятого в резервуар нефтепродукта определяют по счетчику, при предельном заполнении срабатывает сигнализатор окончания налива. Во внутреннюю часть поддона резервуара через патрубок подают воздух, который расправляет полость, при этом боковые стенки наружной части поддона устанавливаются под углом 70° относительно днища. Под собственным весом замкнутая оболочка, заполненная нефтепродуктом, фиксируется поддоном. При всплытии понтона с заполненным мобильным эластичным резервуаром на водную поверхность поддон с установленным на нем мобильным эластичным резервуаром поднимается на борт обеспечивающего судна.
2
Выдачу нефтепродукта из мобильного эластичного резервуара производят с помощью мотонасосной установки через сливоналивную горловину в танкер. При снижении уровня нефтепродукта в резервуаре до 100 мм уменьшают подачу насоса до минимальной величины и увеличивают давление до 0,3 кгс/см в герметичной полости А поддона путем нагнетания воздуха через патрубок. Под воздействием давления воздуха в герметичной полости поддона и силы тяжести сливоналивной горловины резервуара в последнем образуется воронка с нефтепродуктом, откачка которого без срыва струи продолжается, что снижает несливаемый остаток до минимума (1,5-2,0 л).
При аварийной разгерметизации замкнутой оболочки мобильного эластичного резервуара или технологическом проливе нефтепродукт локализуется в поддоне, объем которого не менее объема (вместимости) эластичного резервуара, при этом исключается:
загрязнение окружающей среды (водной среды) ;
деградация флоры и фауны.
Нефтепродукт удаляется из поддона с помощью мотонасосной установки.
Перед свертыванием и упаковкой резервуара через патрубок из полости поддона удаляют воздух вакуумным насосом и сворачивают поддон с размещенной на нем замкнутой оболочкой мобильного эластичного резервуара для нефтепродуктов в порядке, обратном развертыванию (в случае разгерметизации замкнутой оболочки мобильного эластичного резервуара - разрывы, проколы, отпотины и т.д.), ее демонтируют с поддона и проводят ремонт топливостойкого слоя известными методами или заменяют на новый.
Резервуар отвечает всем требованиям, предъявляемым к мобильным эластичным резервуарам для нефтепродуктов.
Аналогом является мобильный резервуар для нефтепродуктов, приведенный в описании к патенту RU №2304553.
Аналогом понтона, на котором размещают мобильный резервуар, является плавсредство, представляющее собой понтон, приведенный в описании к патенту РФ №2271962 и оснащенный входными и выходными клапанами для погружения и всплытия, устройством стабилизации, выполненным в виде металлического каркаса и предназначенный для эксплуатации в морях Северного Ледовитого океана, или понтон переменной плавучести, содержащий жесткий полый удлиненный корпус с отверстиями и клапанами для воздуха и балластной воды, в котором для повышения эксплуатационной возможности путем устранения дифферента понтона на полноту использования объема его полости отверстия для воздуха и балластной воды расположены возле обоих торцов корпуса в несимметрично примыкающих к корпусу и сообщенных с его полостью наружных камерах (см. описание к авторскому свидетельству SU №1611784).
Для перекачки из трубопровода транспортируемого продукта в виде газового конденсата на понтон устанавливают мобильный резервуар, выполненный из маломагнитной стали. Внутри мобильного резервуара устанавливаются танки.
Танки представляют собой изолированный контейнер с герметичной крышкой, снабженный направляющими ребрами и полками для установки кассет с баллонами. При этом размеры полок уменьшаются от нижней поверхности до верхней поверхности танка, что позволяет устанавливать кассеты с баллонами ярусами с образованием многоярусного танка и исключить давление верхних кассет на нижние, а также обеспечить более полное заполнение резервуара инертным газом, подаваемым по трубопроводу с судна обеспечения.
Внешняя поверхность основания танков снабжена фторопластмассовой накладкой, которая включает фторопластмассовую поверхность, внутри которой расположены пружины, расположенные в радиальном, аксиальном и тангенциальном направлениях и сочлененные между собой.
Баллоны изготовлены из маломагнитной стали и представляют собой трубу с двумя заглушками. Баллоны с внешней стороны усилены слоистым покрытием, которое формируется за счет специальной намотки на поверхность стального баллона стекловолокна с последующей пропиткой его резиновой мастикой марок UN1A1, UN1A2. Внутренний диаметр баллона 1,0 м, высота 10,0 м. Баллоны устанавливаются в кассеты 13 по 12 штук.
Кассеты выполнены из газопенобетона, на поверхности которого размещены аноды электрохимической защиты. Кассеты представляют собой конструкцию, выполненную в форме ячеек, в которые устанавливаются баллоны, снабженные впускными и выпускными клапанами.
Впускные клапаны соединены с подводящим трубопроводом, который служит для перекачки газа во время подготовки магистрального трубопровода к ремонту. Подводящий трубопровод снабжен вертлюгом высокого давления, который обеспечивает стыковку с рейзером магистрального трубопровода. Элементы подводящего трубопровода расположены внутри танка и размещены внутри массы газопенобетона, как и баллоны, что позволяет уменьшить влияние внутренней и внешней вибрации на элементы подводящего трубопровода.
Способ реализуется следующим образом.
При необходимости планового ремонта или при аварийных ситуациях, например при обнаружении утечек транспортируемого нефтепродукта, под аварийную секцию магистрального трубопровода заводят понтоны, регулирующие его плавучесть.
Осуществляют подъем сосредоточенной силой его консольного конца над поверхностью воды, при этом поднимаемому участку магистрального трубопровода на расчетной длине от точки приложения сосредоточенной силы придают нулевую плавучесть, а участок магистрального трубопровода с нулевой плавучестью располагается за консольным концом магистрального трубопровода. Выполняют перекрытие неисправной секции магистрального трубопровода с двух сторон.
В пониженных точках магистрального трубопровода дополнительно размещают понтоны, оснащенные мобильным резервуаром для откачки транспортируемого продукта. Откачку части транспортируемого продукта из неисправной секции магистрального трубопровода выполняют с помощью насоса, выполненного в брызгозащищенном исполнении и установленного на понтоне. Откачку части транспортируемого продукта осуществляют в мобильный резервуар для откачки транспортируемого продукта, размещенный на поддоне, который закреплен на понтоне посредством анкерных устройств. После откачки транспортируемого продукта из поврежденной секции магистрального трубопровода мобильный резервуар для откачки транспортируемого продукта, расположенный на понтоне, поднимают на водную поверхность посредством понтона.
Транспортируемый продукт, размещенный в мобильном резервуаре, после поднятия на водную поверхность откачивают в танкер или загружают на палубу транспортного судна.
Для откачки газового конденсата на понтон устанавливают мобильный резервуар, выполненный в виде танка.
Применение изобретения позволит повысить эффективность ремонта морских магистральных трубопроводов для транспортировки нефтепродуктов и газового конденсата за счет создания условий мобильности, снижения потерь и обеспечения электростатической и экологической безопасности при эксплуатации.