СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВНУТРИТРУБНОГО УСТРОЙСТВА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ТРУБОПРОВОДЕ
METHOD OF MOVING IN-TUBE DEVICE IN PROCESS PIPELINE

Изобретение относится к области очистки внутренней полости и внутритрубного диагностирования технологических трубопроводов перекачивающих станций жидких углеводородов и нефтеперерабатывающих предприятий.
В настоящее время очистка внутренней полости и внутритрубное диагностирование предусматриваются только в отношении элементов линейной части магистрального трубопровода (см. ГОСТ Р 54907-2012 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Техническое диагностирование. Основные положения», пп. 6.2.8 и 5.2.2) и не применяются в отношении технологических трубопроводов перекачивающих станций жидких углеводородов и нефтеперерабатывающих предприятий, что в основном обусловлено особенностями их геометрической конфигурации. Вместе с тем, механическое удаление из внутренней поверхности технологических трубопроводов парафинов, асфальтосмолопарафиновых отложений, посторонних предметов и загрязнений, а также определение мест и причин возникновения возможных дефектов в их внутренней полости является такой же актуальной проблемой, как и для элементов линейной части магистральных трубопроводов. Сложность решения указанной проблемы вызвана относительно небольшой протяженностью технологических трубопроводов, ограниченными возможностями по оснащению их узлами пуска и приема очистительных и диагностирующих устройств, необходимостью более точного регулирования скоростью их движения внутри технологических трубопроводов.
При рассмотрении технической литературы выявлен ряд технических решений, относящихся к очистке внутренней полости и внутритрубному диагностированию трубопроводов.
Известен способ внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов (патент на изобретение RU 2148808, кл. G01M 3/22, опубл. 10.05.2000), включающий перемещение внутри трубопровода инспекционного снаряда-дефектоскопа с контрольно-измерительной аппаратурой со скоростью, меньшей скорости потока перекачиваемой среды с перепуском потока перекачиваемой среды через снаряд-дефектоскоп, регистрацию в соответствии с регламентом инспекции аппаратурой снаряда-дефектоскопа физических характеристик материала стенки трубопровода и пройденного расстояния и определение по результатам измерений наличия дефектов в стенке и их местоположения по длине трубопровода. Трубопровод разбивают на отдельные участки с индивидуальным регламентом инспекции для каждого участка. Устанавливают реперные маяки, излучающие кодированные опорные сигналы в виде радиоактивного излучения с остронаправленным пучком излучения. Аппаратурой снаряда-дефектоскопа регистрируют пересечение опорных сигналов реперных маяков. Изменяют скорость перемещения снаряда-дефектоскопа и работу его оборудования и регистрирующей аппаратуры в соответствии с регламентом инспекции очередного участка трубопровода.
Недостатками данного способа являются:
- отсутствие возможности применения для технологического трубопровода, вызванное необходимостью установки по границам участка трубопровода узла пуска и узла приема диагностирующего устройства;
- сложность конструктивного исполнения диагностирующего устройства, вызванная необходимостью оснащения его электродвигателем для обеспечения перемещения внутри трубопровода;
- сложность регулирования скорости перемещения диагностирующего устройства внутри трубопровода;
- необходимость извлечения и повторного запуска диагностирующего устройства для проверки точности произведенных измерений.
Известен способ контроля очистки трубопровода и устройство для его реализации (патент на изобретение RU 2519448, кл. В08В 9/04, опубл. 10.06.2014), заключающийся в том, что устройство контроля очистки трубопровода пропускают в трубопроводе. В движение устройство контроля очистки трубопровода приводится посредством манжет потоком перекачиваемого продукта. В процессе пропуска устройства контроля очистки трубопровода по участку трубопровода происходит осаждение твердых фракций парафина и попавших в нефть частиц грунта на поверхность имитаторов ультразвуковых датчиков. После извлечения устройства контроля очистки трубопровода из камеры приема производится визуальный осмотр и подсчет общего количества закрытых парафином имитаторов ультразвуковых датчиков и количества групп, состоящих из трех и более смежных имитаторов ультразвуковых датчиков, закрытых парафином. Устройство контроля очистки трубопровода включает корпус, представляющий собой штангу, к которой прикреплено несколько фланцев. К передним двум крепятся бампер и грузы, а к третьему фланцу крепятся полиуретановые конические полозья в сборе с цилиндрическими полозьями. Полиуретановые конические и цилиндрические полозья являются носителями имитаторов ультразвуковых датчиков. Полиуретановые конические полозья выполнены в виде упругих несущих элементов, к которым крепятся полиуретановые цилиндрические полозья, скрепленные между собой посредством листовых пружин и болтов с шайбами.
Недостатками данного способа являются:
- отсутствие возможности применения для технологического трубопровода, вызванное необходимостью установки по границам участка трубопровода узла пуска и узла приема очистного устройства;
- необходимость извлечения и повторного запуска диагностирующего устройства для проверки точности произведенных измерений.
Наиболее близким к изобретению является способ перемещения внутритрубного транспортного снаряда в магистральном трубопроводе с заданной равномерной скоростью (патент на изобретение RU 2393379, кл. F17D 5/00, опубл. 27.06.2010), включающий подачу от внешнего источника в начале обследуемого участка трубопровода с открытым концом потока газовой рабочей среды с контролируемыми расходом и давлением к внутритрубному транспортному снаряду, создание перепада давления рабочей среды на нем и перемещение его с заданной равномерной скоростью усилием, создаваемым перепадом давления. Усилие создают воздействием колес внутритрубного транспортного снаряда на поверхность перемещения. Производят контроль и коррекцию величины скорости перемещения путем регулирования перепада давления на нем и усилия, создаваемого перепадом, и регулирования усилия воздействия колес на поверхность перемещения путем преобразования части энергии потока в электрический и механический виды, накопления и использования их для создания этого усилия. Включение в работу и отключение снаряда осуществляют по наличию и отсутствию подачи потока рабочей среды в трубопровод. Выполняют утилизацию энергии торможения снаряда. Устанавливают максимальный объемный расход рабочей среды, подаваемой внешним источником, рассчитанный исходя из условия равенства скорости фронта потока заданной скорости перемещения снаряда на момент прохождения снарядом конца обследуемого участка трубопровода, с учетом теплообмена потока рабочей среды с его стенками, а также с учетом расхода рабочей среды на утилизацию части энергии перемещения. Устанавливают максимальную величину давления рабочей среды, рассчитанную исходя из условия равенства усилия, создаваемого перепадом давления в конце обследуемого участка, силе сопротивления снаряда перемещению, определяемой по величине силы трения его о поверхность трубопровода и по величине угла подъема последнего, максимального из всех на обследуемом участке трубопровода, поддержание равенства усилия перемещения силе сопротивления перемещению снаряда подтормаживанием его. Регулирование перепада давления рабочей среды на снаряде и усилия, создаваемого перепадом давления на нем, производят приведением в соответствие согласно расчету давления подаваемой внешним источником рабочей среды с рельефом местности, по которому проложен обследуемый участок трубопровода.
Устройство осуществления способа перемещения внутритрубного транспортного снаряда в магистральном трубопроводе с заданной равномерной скоростью содержит внутритрубный транспортный снаряд, состоящий из корпуса, манжеты из эластомера, подпружиненных колес, движителя, пружинного механизма прижатия колес к поверхности перемещения, электромеханического привода, электроаккумулятора, датчика скорости перемещения, блока контроля и управления, утилизатора тепла, датчика давления, узла перепуска между полостями трубопровода, разделенных манжетой, внешний источник рабочей среды, гидросистему, пневмосистему, электросистему, сообщенные каждая соответственно с гидронасосом с мультипликатором, с электрогенератором с мультипликатором, являющимися электромеханическим приводом, с компрессором с мультипликатором, гидроцилиндр с пружиной и регулируемой тягой. Блок контроля и управления содержит микропроцессор. Движителем является манжета. Колеса в количестве не менее трех облицованы эластомером и закреплены каждый на валу со шлицевыми концами, посаженном в подшипники на коромысле. Оба шлицевых конца вала сопряжены каждый с узлом трения, состоящим из монолитного с коромыслом корпуса с внутренними шлицами и вентиляционными щелями, гидроцилиндра в торце корпуса, пружинных узлов, фрикционных дисков, тормозных дисков в количестве двух и более штук, образованных каждый из двух скрепленных между собой пластин со щелью между ними, расположенных в створе со щелями в корпусе, образующих в совокупности с тормозными дисками утилизатор тепла, сообщенный узлом перепуска с полостью трубопровода перед манжетой.
Недостатками данного способа являются:
- отсутствие возможности применения для технологического трубопровода, вызванное необходимостью установки по границам участка трубопровода узла пуска и узла приема диагностирующего устройства;
- сложность регулирования скорости перемещения диагностирующего устройства внутри трубопровода;
- необходимость извлечения и повторного запуска диагностирующего устройства для проверки точности произведенных измерений.
Задача, решаемая в изобретении, заключается в разработке способа, обеспечивающего устранение указанных недостатков путем применения одного узла для пуска и приема очистного и диагностического устройств и регулирования скорости их перемещения внутри трубопровода без применения внутренних регулирующих и исполнительных элементов.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности для очистки и диагностирования внутренней полости технологического трубопровода и повышении технологичности использования внутритрубных очистных и диагностических устройств.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что способ перемещения внутритрубного устройства в технологическом трубопроводе, включающий подачу от внешнего источника в начале обследуемого участка трубопровода рабочей среды с контролируемыми расходом и давлением к внутритрубному устройству, создание перепада давления рабочей среды на нем и перемещение его с заданной равномерной скоростью усилием, создаваемым перепадом давления, контроль и коррекцию величины скорости перемещения путем регулирования перепада давления на нем и усилия, создаваемого перепадом, согласно изобретению очистку и диагностирование внутренней полости технологического трубопровода выполняют возвратно-поступательным перемещением внутритрубного устройства, которое осуществляют попеременным переключением потока рабочей среды в прямом и обратном направлениях после достижения внутритрубным устройством крайнего положения на одном или другом конце участка технологического трубопровода, внутритрубное очистное устройство снабжают двумя парами сгребающих узлов, каждую из которых с помощью подвижных соединений прикрепляют к оконечным поверхностям цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства, при этом в каждой паре сгребающих узлов между смежными сгребающими узлами на цилиндрическом корпусе внутритрубного очистного устройства устанавливают межскребковые толкатели, каждый из которых выполняют в форме цилиндрического кольца с возможностью его продольного перемещения и длиной, равной расстоянию между смежными сгребающими узлами, а на торцевых частях цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства устанавливают по одному хвостовику сферической формы внешним диаметром, равным 0,95 диаметра внутренней полости технологического трубопровода, каждый из хвостовиков неподвижно прикрепляют к хвостовому толкателю, выполненному в форме цилиндрического кольца и установленному на конце цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства с возможностью продольного перемещения, при этом каждый сгребающий узел выполняют из скребков, имеющих радиальную форму и подвижно закрепленных на общей оси, выполненной в форме кольца, которую коаксиально закрепляют относительно цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства на четырех равномерно удаленных друг от друга опорных элементах, неподвижно закрепленных на поверхности цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства, контакт скребков с внутренней поверхностью технологического трубопровода обеспечивают передачей усилий от хвостовика, размещенного в задней по ходу движения части цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства через хвостовой толкатель и межскребковый толкатель на нижнюю часть скребков, при этом за счет разности давлений в передней и задней частях цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства скребки сгребающих узлов, размещенных в передней по ходу движения части цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства, приводят в бесконтактное положение с внутренней поверхностью технологического трубопровода.
Изобретение поясняется фиг. 1-3.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема технологического трубопровода с перемещаемым в нем внутритрубным устройством.
На фиг. 2 изображено внутритрубное очистное устройство.
На фиг. 3 изображен сгребающий узел.
На фиг. 1-3 применены следующие обозначения:
1 - технологический трубопровод;
2 - задвижка;
3 - внутритрубное устройство;
4 - узел пуска и приема внутритрубного устройства;
5 - сборно-разборный трубопровод;
6 - присоединительный патрубок;
7 - нагнетательная установка;
8 - датчик прохождения внутритрубного устройства;
9 - цилиндрический корпус внутритрубного очистного устройства;
10 - сгребающий узел;
11 - межскребковый толкатель;
12 - хвостовик;
13 - хвостовой толкатель;
14 - опорный элемент;
15 - скребок;
16 - ось.
Способ перемещения внутритрубного устройства в технологическом трубопроводе реализуют следующим образом.
Технологический трубопровод 1 по обоим его концам снабжают задвижками 2. После задвижки 2, установленной в начальной точке технологического трубопровода 1, монтируют узел пуска и приема внутритрубного устройства 4, снабженный присоединительным патрубком 6, а перед задвижкой 2, установленной в конечной точке технологического трубопровода 1, монтируют присоединительный патрубок 6. После узла пуска и приема внутритрубного устройства 4 и перед присоединительным патрубком 6, установленным перед задвижкой 2 в конечной точке технологического трубопровода 1, монтируют по одному датчику прохождения внутритрубного устройства 8. Расстояние  от датчика прохождения внутритрубного устройства 8 до узла пуска и приема внутритрубного устройства 4 и от датчика прохождения внутритрубного устройства 8 до присоединительного патрубка 6, установленного перед задвижкой 2 в конечной точке технологического трубопровода 1, определяют по формуле
где  - длина внутритрубного устройства 3, м;
r - радиус внутренней полости технологического трубопровода 1, м;
3
Q - производительность перекачки рабочей среды, м/ч.
К присоединительным патрубкам 6 подключают сборно-разборный трубопровод 5, соединенный с нагнетательной установкой 7. Задвижки 2 переводят в закрытое положение, внутритрубное устройство 3 помещают в узел пуска и приема внутритрубного устройства 4, по сборно-разборному трубопроводу 5 подают давление в присоединительный патрубок 6, установленный на узле пуска и приема внутритрубного устройства 4, под воздействием которого внутритрубное устройство 3 перемещают по технологическому трубопроводу 1. Скорость (V) перемещения внутритрубного устройства 3 регулируют по производительности перекачки рабочей среды, измеряемой при помощи расходомеров нагнетательной установки 7 по формуле
При достижении внутритрубным устройством 4 датчика прохождения внутритрубного устройства 8, установленного перед задвижкой 2 в конечной точке технологического трубопровода 1, меняют направление перекачки подачей давления в присоединительный патрубок 6, находящийся перед задвижкой 2, установленной в конечной точке технологического трубопровода 1, и тем самым перемещают внутритрубное устройство 3 в сторону узла пуска и приема внутритрубного устройства 4. При необходимости повторного перемещения внутритрубного устройства 3 после достижения им датчика прохождения внутритрубного устройства 8, установленного возле узла пуска и приема внутритрубного устройства 4, меняют направление перекачки подачей давления в присоединительный патрубок 6, находящийся на узле пуска и приема внутритрубного устройства 4 и повторяют предыдущие действия. Для извлечения внутритрубного устройства 4 из технологического трубопровода 1 его помещают в узел пуска и приема внутритрубного устройства 4 и извлекают из него.
Внутритрубное очистительное устройство выполняют состоящим из цилиндрического корпуса 9, по обоим концам которого крепят по два сгребающих узла 10. Сгребающий узел 10 выполняют из скребков 15, подвижно закрепленных на общей оси 16, выполненной в форме кольца, которую коаксиально закрепляют относительно цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства 9 на четырех равномерно удаленных друг от друга опорных элементах 14, неподвижно закрепленных на поверхности цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства 9. В каждой паре сгребающих узлов 10 между смежными сгребающими узлами 10 на цилиндрическом корпусе внутритрубного очистного устройства 9 устанавливают межскребковые толкатели 11, каждый из которых выполняют в форме цилиндрического кольца с возможностью его продольного перемещения и длиной, равной расстоянию между смежными сгребающими узлами 10. На торцевых частях цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства 9 устанавливают по одному хвостовику 12 сферической формы, имеющему внешний диаметр, равный 0,95 диаметра внутренней полости технологического трубопровода 1. Каждый из хвостовиков 12 неподвижно прикрепляют к хвостовому толкателю 13, выполненному в форме цилиндрического кольца и установленному на конце цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства 9 с возможностью продольного перемещения. Для перемещения внутритрубного очистного устройства в технологическом трубопроводе 1 с помощью давления рабочей среды воздействуют на хвостовик 12, перемещают хвостовой толкатель 13 и межскребковый толкатель 11 по направлению движения внутритрубного очистного устройства, воздействуя тем самым на нижние части скребков 15 и приводя их верхние части в контакт с внутренней поверхностью технологического трубопровода 1. При этом за счет разности давлений в передней и задней частях цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства 9 скребки 15 сгребающих узлов 10, размещенных в передней по ходу движения части цилиндрического корпуса внутритрубного очистного устройства 9, приводят в бесконтактное положение с внутренней поверхностью технологического трубопровода 1. Аналогично ранее описанному порядку осуществляют движение внутритрубного очистного устройства в технологическом трубопроводе 1 в обратном направлении.
В результате реализации предложенного способа обеспечивается возможность для очистки и диагностирования внутренней полости технологического трубопровода и повышение технологичности использования внутритрубных очистных и диагностических устройств.