ТРУБОПРОВОДНЫЙ СКРЕБОК РАССЕИВАНИЯ ИНГИБИТОРОВ С ВИХРЕВЫМ ЭФФЕКТОМ
PIPELINE SCRAPER FOR DISSIPATION OF INHIBITORS WITH VORTEX EFFECT

Это изобретение в целом относится к трубопроводным скребкам (внутритрубным инспекционным поршням), которые используются в трубопроводах и продвигаются внутри трубопровода за счет потока сжатого газа. Если конкретизировать, то данное изобретение относится к трубопроводным скребкам (внутритрубным инспекционным поршням), которые обеспечивают наиболее оптимальное распределение растворов для очистки нефтепроводов, таких как ингибиторы и чистящие химикаты, собирающиеся в нижней части трубопровода.
Описываемое здесь изобретение представляет собой трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень), который лежит в основе метода нанесения очистного раствора типа ингибитора или чистящего химиката внутри трубопровода на специальные продольные и периферические области вдоль внутренней стены трубопровода, в особенности на верхние внутренние участки внутренней стены трубопровода. Трубопроводы, в особенности такие, которые разработаны для перемещения больших объемов газа под давлением, обычно изготовляются из металла, чаще всего из стали. Сталь - это металл, который предпочтителен для строительства трубопроводов по причине присущей этому металлу прочности, доступности и экономичности. Однако сталь подвержена коррозии в результате окисления и вступления в реакцию с газами и жидкостями, такими как вода, что обычно случается, когда большие объемы газа проходят через трубопровод.
Для противодействия коррозии многие операторы трубопроводов используют стандартную технологию, которая заключается в том, чтобы периодически вводить ингибиторный раствор внутри трубопровода. Этот раствор может продвигаться с помощью газового потока внутри трубопровода или, что более распространено, за счет использования трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня), вставленного в трубопровод и перемещаемого газовым потоком. Трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень) служит для обеспечения движения плунжера внутри трубопровода, который ведет к проталкиванию находящегося впереди раствора внутри трубопровода и таким образом служит для перемещения раствора по всей длине трубопровода. Один метод нанесения очистного раствора на внутреннюю часть трубопровода называется «дозирование, пакетирование», когда очистной раствор собирается между двумя трубопроводными скребками (внутритрубными инспекционными поршнями), которые двигаются в тандеме.
Второй метод очистки внутренней цилиндрической поверхности трубопровода называется «метод впрыскивания». При использовании данного метода очистной раствор впрыскивается непосредственно в трубопровод и перемещается за счет газового потока, что приводит к продвижению раствора по всей длине трубопровода. Это достаточно дорогостоящий метод; в данном случае предусматривается, чтобы очистные растворы впрыскивались в трубопровод более или менее постоянно. В данном методе отсутствует непосредственное нанесение очистного раствора на внутреннюю стену, поскольку раствор просто конденсируется и собирается на нижней внутренней поверхности трубопровода.
Третий метод очистки внутренней цилиндрической поверхности трубопровода называется «методом дисперсии», и данный метод описывается в моем американском патенте № 6,874,193. Согласно данному методу трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень) размещен в трубопроводе, где есть очистной раствор, и трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень) перемещается за счет газового потока по трубопроводу. Трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень) имеет такую форму, которая позволяет перемещать раствор впереди трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня), так, чтобы раствор перемещался из одной секции в другую внутри трубопровода. По мере того как трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень) одновременно проталкивает перед собой раствор по длине трубопровода, некоторая часть сжатого газа из заднего конца трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) проходит через заднее входное отверстие, через внутреннюю поверхность корпуса и выходит через перепускные каналы. Заднее входное отверстие преимущественно располагается в районе внутренней верхней части трубопровода. Газовый поток окружает сифонный перепускной канал и перемещает раствор внутри нижнего внутреннего участка трубопровода во впускной конец сифонного перепускного канала. Создание пониженного давления на наружной стороне (внешнем конце) сифонного перепускного канала приводит к выводу раствора из этого сифонного перепускного канала и к перемещению данного раствора вместе с газом таким образом, что формируется струя раствора, причем данная струя выпускается из отверстия форсунки так, чтобы покрыть верхний внутренний сегмент внутренней цилиндрической стенки трубопровода.
Недостатки действующего метода дисперсии таковы: (1) большой объем перепускного газа или раствора не может проходить через корпус трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) или форсунку; (2) выпускная скорость и эффект перемешивания ограничиваются перепадами давления; (3) необходимо множество форсунок для того, чтобы обеспечить нанесение непосредственного верхнего покрытия. Таким образом, существует необходимость в аппаратуре для рассеивания, которая позволила бы избавиться от данных недостатков и обеспечить улучшенное рассеивание и эффект покрытия более высокого качества.
Согласно данному изобретению трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень) перемещается внутри трубопровода за счет потока сжатого газа и обеспечивает улучшенное распределение очистных растворов, таких как ингибиторы или чистящие химикаты на внутренней поверхности трубопровода. Трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень) имеет продольный корпус с форсункой, находящейся на расположенном впереди конце трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня), с имеющим коническую форму центральным отверстием и с по меньшей мере тремя внешними периферическими (кольцевыми) уплотняющими элементами, расположенными на трубопроводном скребке. В предпочтительном варианте воплощения данного изобретения первый уплотняющий элемент имеет чашеобразную форму, и он перфорирован по меньшей мере в двух местах для обеспечения перепускного канала для раствора, скапливающегося в нижней четверти окружности трубопровода и перед трубопроводным скребком (внутритрубным инспекционным поршнем), а также для обеспечения перепускного канала для пара, скапливающегося в верхней четверти окружности трубопровода и перед трубопроводным скребком (внутритрубным инспекционным поршнем). Второй и третий уплотняющие элементы имеют форму радиального диска, причем второй уплотняющий элемент перфорирован по меньшей мере в двух местах для обеспечения перепускного канала для раствора и пара, прошедших мимо перфорированного первого уплотняющего элемента.
Внутри форсунки расположен продольно вытянутый клиновидный (конический) резонатор, который совместно с трубопроводным скребком (внутритрубным инспекционным поршнем) занимает центральное пространство. Форсунка имеет диффузор и периферийный комплект отверстий, расположенных по периметру диффузора форсунки. Комплект отверстий связан с внутренними сегментом форсунки и с резонатором, внешним по отношению к корпусу трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня), что служит в качестве пространства с низким давлением. Резонатор ограничивается внешней поверхностью корпуса трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня), внутренней поверхностью трубопровода и противоположными поверхностями второго и третьего уплотняющего элемента. В предпочтительном варианте воплощения данного изобретения комплект отверстий расположен как раз в передней части выпускной стороны форсунки. В другом предпочтительном варианте воплощения данного изобретения комплект отверстий расположен как раз в задней части выпускной стороны форсунки. В еще одном предпочтительном воплощении только первый уплотняющий элемент перфорирован, и резонатор, служащий в качестве пространства низкого давления, расположен между первым уплотняющим элементом и вторым уплотняющим элементом.
Все конструкции форсунок могут в дальнейшем включать множество прорезей, - расположенных спереди выпускной стороны резонатора форсунки и расположенных периферийно, - что предпочтительно создает спиралевидную форму. Спиралевидная форма, созданная прорезями, увеличивает выпускную скорость и эффект перемешивания форсунки, создавая при этом вихревой эффект. При применении эффекта Bernoulli высокая скорость прохождения продукта трубопровода через диффузор создает низкое давление в комплекте отверстий, что становится явным в резонаторе. Перфорированные первый и второй уплотняющие элементы допускают, чтобы пар и раствор перед трубопроводным скребком (внутритрубным инспекционным поршнем) перемещались в резонатор через отверстия и обратно в выпуск форсунки. Таким образом раствор, накапливаемый в нижней части трубопровода, перемещается, превратившись в пар, рассеивается через форсунку для того, чтобы обеспечить полное покрытие на 360° внутренней цилиндрической стены трубопровода.
Лучшее представление об изобретении можно получить из следующего детального описания предпочтительных воплощений вместе с чертежами и прилагаемыми патентными формулами.
Предпочтительные воплощения будут сейчас описаны еще более детально. Другие характеристики, аспекты и преимущества данного изобретения станут более понятны на основании следующего детального описания, прилагаемых патентных формул и сопровождающих чертежей, которые выполнены не в масштабе, где:
Фиг.1 - это вид в поперечном разрезе трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) трубопровода, что охватывает принципы этого описания изобретения. Трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень) имеет комплект отверстий, расположенных по периферии вокруг форсунки и размещенных в передней части диффузора, а также набор перфорированных уплотняющих элементов и пространство низкого давления.
Фиг.2 - это вид трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) трубопровода на Фиг.1, взятого вдоль секущей линии 2-2.
Фиг.3 - это вид в поперечном разрезе трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) трубопровода, имеющего комплект отверстий, расположенных по периферии вокруг форсунки со спиралевидными прорезями и в передней части диффузора, и имеющего единственный перфорированный уплотняющий элемент и пространство низкого давления.
Фиг.4 - это вид трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) трубопровода на Фиг.3, взятый вдоль секущей линии 4-4.
Фиг.5 - вид в поперечном разрезе трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) трубопровода, имеющего комплект отверстий, расположенных по периферии вокруг двухсекционной форсунки и размещенных в передней части диффузора, и имеющего набор перфорированных уплотняющих элементов и пространство низкого давления.
Фиг.6 - вид трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) трубопровода на Фиг.5, взятый вдоль секущей линии 6-6.
Фиг.7 - это вид в поперечном разрезе трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) трубопровода Фиг.5 с односекционной форсункой со спиралевидными прорезями.
Следует понять, что изобретение, которое сейчас описывается, не ограничено в своем применении деталями конструкции и расположением составных частей, которые проиллюстрированы на прилагаемых рисунках. Возможны другие воплощения данного изобретения, и его можно практически использовать или применять разнообразным образом. Используемая здесь терминология и фразеология служит исключительно для описательных целей и ни в коей мере не является ограничением.
Ссылаясь на чертежи, можно сказать, что Фиг.1 и 2 иллюстрируют трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень) трубопровода с продольным цилиндрическим корпусом 12, - предпочтительно изготовленным из гибкого уретана - расположенный внутри трубопровода Р. Корпус 12 имеет передний конец 14 и задний конец 16. На заднем конце 16 расположена задняя чаша 18 и, аналогично, на переднем конце 14 расположена передняя чаша 20. Чаши 18 и 20 предпочтительно изготавливаются из эластомерного материала: обычно для чаш трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) трубопровода используется уретан. Задняя чаша 18 имеет периферийную чашеобразную полость 22 в задней поверхности, что обеспечивает гибкий периферийный участок кромки 24 в уплотняющее соединение с внутренней цилиндрической поверхностью трубопровода Р. Передняя чаша 20 спроектирована аналогично задней чаше 18 и имеет чашеобразную полость 26. Чашеобразная полость обеспечивает гибкий периферийный участок кромки 28, который простирается наружу за счет силы газового потока, занимающего внутреннюю часть трубопровода Р. Уплотняющее сцепление чаш 18 и 20 обеспечивает перемещение трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) за счет жидкостного потока через трубопровод Р.
Комплект радиальных дисковых затворов 30 a-d расположен между передней чашей 20 и задней чашей 18. Число радиальных дисковых затворов 30 может меняться в зависимости от требований по обслуживанию трубопровода; предпочтительно они изготавливаются из жесткого эластомерного материала. Каждый радиальный дисковой затвор 30 имеет внешнюю периферийную кромку 32, которая входит в контакт с внешней стенкой трубопровода Р. Это сцепление обеспечивает действие скребка с резиновой насадкой, что перемещает любую жидкость в трубопроводе Р наряду с трубопроводным скребком (внутритрубным инспекционным поршнем), поскольку трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень) продвигается через трубопровод Р за счет газового потока.
Форсунка 40 с передним концом 42 и задним концом 44 прикреплена к передней части корпуса трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня). Предпочтительно, чтобы форсунка 40 была сформирована из жесткого материала. Имеющий коническую форму выпускной перепускной канал 46 расположен внутри форсунки 40 и по осевой линии 90 корпуса трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) 12. Перепускной канал 46 сужается в диаметре по направлению к вершине или соплу 54 таким образом, что диаметр перепускного канала 46 на переднем конце 42 становится значительно больше, чем у сопла 54. Перепускной канал 46 может, кроме того, включать комплект прорезей 58, предпочтительно имеющих спиралевидную форму. Чтобы прикрепить форсунку 40 к корпусу трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) 12, форсунка 40 имеет уменьшенный в центре цилиндрический участок 48, который принят передним концом 14 корпуса трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) 12. Множество зубцов, заусенец 70А, 70В, расположенных на внешней поверхности форсунки 40, захватывают внутреннюю поверхность корпуса трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) 12 и удерживают форсунку 40 на месте. Радиально вытянутый участок форсунки 40 служит в качестве бампера, чтобы центрировать, локализовать и удерживать на месте форсунку 40.
Имеющее коническую форму впускное отверстие 50 расположено на заднем конце 44 форсунки 40, причем данное впускное отверстие плавно сужается к выпускному соплу 54 и диффузору 56. Впускное отверстие 50, выпускное сопло 54 и диффузор 56 расположены периферийно по осевой линии 90. Спиралевидные прорези 58, расположенные в передней части выпускного сопла 54, могут быть использованы для создания вихревого эффекта, работающего на то, чтобы повысить выпускную скорость и эффект перемешивания форсунки 40. Число, форма и угол наклона выпускного сопла 54 зависят от применения.
Комплект отверстий 62, 64 расположен периферийно по корпусу трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) 12 и форсунке 40, соответственно. Комплект отверстий 62 и 64 находятся во взаимодействии друг с другом через периферийное пространство 68, формируемое выточкой в корпусе форсунки 40, что служит в качестве пространства низкого давления внутри корпуса трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) 12. Отверстия 62, 64, которые составляют расположенные преимущественно на равном расстоянии перепускные каналы, обеспечивают зону низкого давления в пространстве 68, что создается диффузором 56 по мере того, как перепускной газ проходит через выпускное сопло 54. Число, размер и конфигурация перепускных каналов в каждом комплекте отверстий 62, 64 будут в значительной мере зависеть от давления и потока в трубопроводе. В одном из предпочтительных воплощений перепускной канал отверстий 64 расположен как раз впереди выпускного сопла 54, он образует угол в заднем направлении и от осевой линии 90. Перепускной канал отверстий 64 тогда пересекает пространство 68.
Как передняя чаша 20, так и радиальный дисковый затвор 30а перфорированы и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, как это показано на Фиг.1, 5 и 7. Размер и число перфораций 34, 36 на передней чаше 20 и на радиальной дисковом затворе 30а, соответственно, определяются такими факторами как размер, давление трубопровода и доступность потока. Кроме того, могут использоваться другие конфигурации трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) 10, например, трубопроводный скребок (внутритрубный инспекционный поршень) 10, имеющий многосегментную форсунку. Безотносительно от используемой конфигурации трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня), относительное расположение отверстий, перепускных каналов и резонаторов останется аналогичным описанному здесь расположению.
При применении эффекта Bernoulli высокая скорость продукта трубопровода, проходящего через диффузор 56, создает низкое давление в комплекте отверстий 64, которое распространяется в пространстве 68 через перепускные каналы отверстий 62 и резонаторы 80 и 82. Передняя чаша 20 и радиальный дисковый затвор 30а позволяют пару V и очистному раствору L напротив трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) заталкиваться в резонаторы 80 и 82 через отверстия 62 и обратно в сливную сторону диффузора 56. Таким образом очистной раствор L, оседающий в нижней части трубопровода Р, рассеивается таким образом, чтобы обеспечить нанесение полного 360° покрытия на внутреннюю цилиндрическую стену трубопровода Р. Передняя чаша 20 и радиальный дисковый затвор 30а могут также быть перфорированы (то есть, перфорация 34, 36) пилообразно (не показано) вдоль внешнего участка их относительно периферийной кромки, но данный тип перфорации не обеспечивает наилучшим образом степень контроля за вакуумом в зоне пространства низкого давления, резонаторов 80 и 82, как это достигается в случае более точной сверлящей по размеру перфорации Фиг.2.
Фиг.3 и 4 иллюстрируют другое воплощение трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) 10. В этом воплощении только передняя чаша 20 перфорирована. Перепускной канал отверстий 64 проходит под углом вперед от осевой линии 90, как это происходит и с перепускным каналом 62. Перепускной канал отверстий 64 и перепускной канал отверстий 62 имеют общую осевую линию и передают низкое давление, создаваемое диффузором 56, к резонатору 80. Резонатор 80 служит в качестве пространства низкого давления.
Фиг.5, 6 и 7 иллюстрируют еще одно другое воплощение трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) 10. Различие между воплощением, проиллюстрированным Фиг.5, и воплощением, проиллюстрированным Фиг.7, заключается в форсунке 40. Форсунка 40 - это состоящая из двух компонентов (двухсекционная) форсунка на Фиг.5 и состоящая из одного компонента (односекционная) форсунка на Фиг.7. В обоих воплощениях передняя чаша 20 и радиальный дисковый затвор 30а перфорированы (перфорации 34, 36), комплект отверстий 62 расположен в задней части диффузора 56. Отверстия 64 и пространство 68 сообщаются друг с другом и служат в качестве основного пространства низкого давления. Диффузор 56 формируется форсункой 40, поскольку она (форсунка) сужается по направлению назад в сторону уменьшенного диаметра, а затем увеличивается в диаметре. Коническая форма впускного отверстия 52 формируется вкладышем 60, который вмещен и удерживается на месте множеством зубцов 72, которые захватывают внутреннюю поверхность корпуса трубопроводного скребка (внутритрубного инспекционного поршня) 12. Изменение расстояния между вкладышем 60 и диффузором 56 работает таким образом, что позволяет регулировать диаметр области насадки к диффузору, и расстояние, на которое эта область выходит за пределы диффузора 56.
В то время как это изобретение описано с определенной степенью детализации, можно внести многие изменения в детали конструкции и в расположение компонентов, не удаляясь от сути и замысла этого изобретения. Понимается, что изобретение не ограничивается воплощениями, рассмотренными в качестве примеров, но оно должно быть ограничено только масштабом прилагаемых патентных формул, включая полный диапазон патентов-аналогов, что относится к каждому элементу данного изобретения.