СПОСОБ ПОДГОТОВКИ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА К РЕМОНТУ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА К РЕМОНТУ
METHOD OF PREPARING MAIN LINE FOR REPAIR AND DEVICE TO THIS END

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 [1]).
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 [2]).
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 хранения приводит к значительным потерям нефтяного газа.
Известен также способ подготовки магистрального трубопровода к ремонту (патент RU №2016349, 15.07.1994 [3]), 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 [1, 2] позволяют достичь технического результата, только в условиях нахождения трубопроводов на суше.
Известен также способ подъема конца подводного трубопровода (авторское свидетельство SU №1788378, 15.01.1993 [4]), 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 [1-4] 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.
Общим недостатком известных способов и устройств для подготовки магистрального трубопровода к ремонту является то, что они практически не обеспечивают подъем участков магистрального трубопровода, находящегося под мощным слоем ила.
Задачей заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей способа подготовки магистрального трубопровода к ремонту и устройства для подготовки магистрального трубопровода к ремонту с обеспечением 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, в котором в отличие от известных способов - понтоны, расположенные в пониженных точках магистрального трубопровода, формируют в группы, которые размещают в кассетах, установленных ярусами, перед установкой понтонов выполняют освобождение неисправного участка магистрального трубопровода от пластов подводного ила, посредством гидравлического метода, выполняют откачку части транспортируемого продукта в приемный жесткий контейнер, а в устройстве для подготовки магистрального трубопровода к ремонту, включающем прикрепленные к поднимаемому участку магистрального трубопровода понтоны, резервуар для принятия транспортируемого продукта с насосом, устройство перекрытия неисправной секции магистрального трубопровода, в которое дополнительно введено устройство для очистки магистрального трубопровода от донного ила, резервуар для принятия транспортируемого продукта выполнен в виде мобильного приемного жесткого контейнера, понтоны установлены в кассеты, размещенные ярусами вдоль поднимаемого участка магистрального трубопровода, устройство для очистки магистрального трубопровода от донного ила содержит гибкое полотнище с балластом, оборудованным гидравлическими соплами, а каждое устройство перекрытия неисправной секции магистрального трубопровода содержит колесо ролика, ось ролика, кронштейн ролика, корпус ролика, фиксатор цанги, который представляет собой болт, плиту привода цанг, болт крепления сферической опоры, верхнюю крышку сферической опоры, нижнюю крышку сферической опоры, ось привода плиты привода цанг, болт фиксации оси привода плиты цанг, фиксирующее кольцо, внутренний цилиндр корпуса цанг, цангу, направляющую цанги, болт фиксации направляющей цанги, конус цанг, уплотнитель, плиту уплотнителя, ролик, болт крепления ролика, наружный корпуса цилиндра, разжимную пружину, направляющую разжимной пружины, гидроцилиндр, болт фиксации оси привода плиты цанг, уплотнитель, поршень, уплотнитель, крышку гидроцилиндра, вкладыш сальников.
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. При этом понтоны, расположенные в пониженных точках магистрального трубопровода формируют в группы, которые размещают в кассетах, установленных ярусами, перед установкой понтонов выполняют освобождение поврежденного участка магистрального трубопровода от пластов подводного ила, посредством гидравлического метода, выполняют откачку части транспортируемого продукта в приемный жесткий контейнер самотеком. Сущность изобретения поясняется чертежами. Фиг.1. Схема подготовки участка магистрального трубопровода к подъему. Магистральный трубопровод 1, гибкое полотнище 2 с балластом 3, судно 4 для обеспечения работ с грузоподъемным механизмом 5. Верхняя кромка гибкого полотнища 2 обрамлена траверсой 6, к которой крепятся стропы 7, и прикреплена к якорю 8 посредством оттяжки 9. Мобильный приемный жесткий контейнер 10 для принятия жидких углеводородов, устройство перекрытия 11 неисправной секции магистрального трубопровода 1, понтоны 12. Фиг.2. Конструкция гибкого полотнища 2: балласт 3, траверса 6, стропы 7. Фиг.3. Устройство перекрытия 11 неисправной секции магистрального трубопровода 1. Устройство перекрытия 11 неисправной секции магистрального трубопровода 1 содержит колесо 13 ролика, ось ролика 14, кронштейн 15 ролика, корпус ролика 16, фиксатор 17 цанги, который представляет собой болт, плиту 18 привода цанг, болт 19 крепления сферической опоры, верхнюю крышку 20 сферической опоры, нижнюю крышку 21 (вкладыша) сферической опоры, ось 22 привода плиты привода цанг, болт 23 фиксации оси привода плиты цанг, фиксирующее кольцо 24, внутренний цилиндр 25 корпуса цанг, цангу 26, направляющую 27 цанги, болт 28 фиксации направляющей цанги, конус 29 цанг (подвижная щека уплотнителя), уплотнитель 30, плиту 31 (неподвижная щека уплотнителя) уплотнителя, ролик 32 (в сборе), болт 33 крепления ролика, наружный корпус 34 цилиндра (корпус скольжения), разжимную пружину 35, направляющую 36 разжимной пружины, гидроцилиндр 37, болт 38 фиксации оси привода плиты цанг, уплотнитель 39, поршень 40, уплотнитель 41, крышку 42 гидроцилиндра, вкладыш сальников 43.
Конструкция устройства перекрытия 11 обеспечивает перекрытие неисправной секции трубопровода для выполнения работ по устранению очага повреждения трубопровода, с возможностью его перемещения в зоне очага повреждения по оси трубопровода. Перекрытие неисправной секции магистрального трубопровода осуществляют с двух сторон неисправной секции магистрального трубопровода 1. Фиг.4. Кассетное применение понтонов. Понтоны 12 объединяются в группы, которые укладываются в кассеты 44. Участок магистрального трубопровода 1 крепится к кассетам посредством строп-полотенец 45. Кассеты 44 в верхней своей части соединены между собой посредством облегченных балок 46.
Фиг.5. Схема крепления понтонов ярусами. Верхний ярус 47 кассет 44, нижний ярус 48 кассет 44. Для наведения верхнего яруса 47 на нижний ярус 48 используются конусные стаканы нижний 49 и верхний 50. Верхний стакан 50 наводится на нижний стакан 49 по направляющему тросу 51. Верхний ярус 47 кассет 44 и нижний ярус 48 кассет 44 крепятся между собой посредством затворов 52. Фиг.6 - вид фиг.5 по разрезу «А». Фиг.7. Конструкция затвора. Затвор 52 включает опорную конструкцию 53, которая устанавливается на верхнем ярусе 47 кассет 44, на которой подвешена серьга 54, выполненная в форме стакана, которая может вращаться вокруг вертикальной оси. На дне серьги 54 выполнено фигурное отверстие с прорезями - щелевыми вырезами. На нижнем ярусе 48, на консольной площадке, устанавливается палец 55 с выступами. Когда верхний ярус 47 кассет 44 устанавливается на нижний ярус 48 кассет 44, палец 55 нижнего яруса 48 кассет 44 входит в фигурное отверстие так, что выступы пальца 55 входят в щелевые вырезы. При повороте серьги 54 вручную с помощью рычага, вставленного в отверстие стенок серьги 54, либо с помощью сервомотора, выступы пальца 55 смещаются относительно щелевого выреза, обеспечивая надежное соединение верхнего яруса 47 кассет 44 и нижнего яруса 48 кассет 44.
Фиг.8. Мобильный приемный жесткий контейнер 10 для принятия жидких углеводородов состоит из резервуара 56, уравнительных цистерн 57, задвижки 58, приемного коллектора 59, откачивающего насоса 60, армированного рукава 61, соединенного кабель-тросом 62 с буксируемым телеуправляемым подводным аппаратом или судном 4. Понтоны 12 оснащены системами продувки сжатого воздуха, затопления, травящими и предохранительными клапанами. Подача сжатого воздуха осуществляется с поверхности и под водой через баллоны-воздухохранители.
Способ реализуется следующим образом.
При необходимости планового ремонта или при аварийных ситуациях, например при обнаружении утечек транспортируемого нефтепродукта, производят подготовку участка магистрального трубопровода к ремонту. При этом для освобождения участка магистрального трубопровода 1 от ила применено гибкое полотнище 2 с балластом 3, оборудованным гидравлическими соплами. При подаче под давлением воды через сопла илы размываются, балласт 3 погружается в глубину, увлекая за собой полотнища 2. Полотнище 2 может опускаться под воду с судна 4 посредством грузоподъемного механизма 5. Выстраивание полотнищ в линию достигается обрамлением верхней кромки полотнища жесткой «шкаториной» - траверсой 6, к которой крепятся стропы 7. После погружения полотнища 2 на расчетную глубину верхняя его кромка крепится к якорю 8 с помощью оттяжки 9 (либо оттяжка 9 подается на судно 4). Уборка ила между участком магистрального трубопровода 1 и полотнищем 2 производится после закрепления на оттяжках 9 верхней кромки полотнища 2 на якоре 8 или на судне 4. Для обеспечения большей надежности работы полотнища 2 возможно его подкрепление забивкой шпунта с раскреплением на оттяжках.
Далее выполняют перекрытие неисправной секции магистрального трубопровода с двух сторон, посредством устройства перекрытия 11. Устройство перекрытия 11 может быть сочленено с внутритрубным диагностическим снарядом для ускорения его доставки к поврежденной секции магистрального трубопровода 1.
Затем на поверхности магистрального трубопровода или непосредственно над ним размещают мобильные приемные жесткие контейнеры 10, каждый объемом 350 кубических метров, которые предназначены для принятия жидких углеводородов при подготовке магистрального трубопровода к ремонту, а также при их утечке из магистральных трубопроводов. При этом, при обнаружении мест утечек из магистрального трубопровода, посредством буксируемого телеуправляемого подводного аппарата или непосредственно с судна 4, соединенного кабель-тросом 62 с мобильным приемным жестким контейнером 10, мобильный приемный жесткий контейнер 10; устанавливается над местом утечки или стыкуется с выходным клапаном (если таковой предусмотрен в конструкции магистрального трубопровода) и жидкий углеводород (нефть или мазут) самотеком поступает через приемный коллектор 59 в резервуар 56. По заполнению резервуара 56 срабатывает задвижка 58 и мобильный приемный жесткий контейнер 10 транспортируется к сборщику нефтепродуктов, в который собранные нефтепродукты посредством откачивающего насоса через армированный рукав 61 поступают в танкеры сборщика нефтепродуктов. Количество принятого в резервуар нефтепродукта определяют по счетчику, при предельном заполнении срабатывает сигнализатор окончания налива. Откачка транспортируемого продукта из поднимаемого участка магистрального трубопровода позволяет исключить нежелательные варианты разлива жидкого продукта в случае возникновения непредвиденных обстоятельств. После этого под аварийную секцию магистрального трубопровода заводят понтоны, регулирующие его плавучесть.
Для снижения трудоемкости водолазных работ при установке и раскреплении каждого отдельного понтона 12 на участке магистрального трубопровода 1 понтоны 12 объединяют в группы и размещают их группами в кассетах 44 в которые укладываются понтоны 12. Участок магистрального трубопровода 1 крепится к кассетам посредством строп-полотенец 45. Кассеты 44, в верхней своей части соединены между собой посредством облегченных балок 46.
Кассеты 44 устанавливают ярусами. Для наведения верхнего яруса 47 на нижний ярус 48 используются конусные стаканы: нижний 49 и верхний 50. Верхний стакан 50 наводится на нижний стакан 49 по направляющему тросу 51. Верхний ярус 47 кассет 44 и нижний ярус 48 кассет 44 крепятся между собой посредством затворов 52.
Затвор 52 включает опорную конструкцию 53, которая устанавливается на верхнем ярусе 47 кассет 44, на которой подвешена серьга 54, выполненная в форме стакана, которая может вращаться вокруг вертикальной оси. На дне серьги 54 выполнено фигурное отверстие с прорезями - щелевыми вырезами. На нижнем ярусе 48, на консольной площадке, устанавливается палец 55 с выступами. Когда верхний ярус 47 кассет 44 устанавливается на нижний ярус 48 кассет 44, палец 55 нижнего яруса 48 кассет 44 входит в фигурное отверстие так, что выступы пальца 55 входят в щелевые вырезы. При повороте серьги 54 вручную с помощью рычага, вставленного в отверстие стенок серьги 54, либо с помощью сервомотора, выступы пальца 55 смещаются относительно щелевого выреза, обеспечивая надежное соединение верхнего яруса 47 кассет 44 и нижнего яруса 48 кассет 44.
Установка понтонов в кассеты с размещением их ярусами позволяет более равномерно распределить нагрузку на поднимаемый участок магистрального трубопровода. 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.
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.
Источники информации.
1. Авторское свидетельство SU №1083026, 1984.
2. Катунян С.А. и др. Опорожнение поврежденного участка нефтепровода при авариях // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1975, №6, с.16-19.
3. Патент RU №2016349, 15.07.1994.
4. Авторское свидетельство SU №1788378, 15.01.1993.