УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ТРУБОПРОВОДА ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

Полезная модель относится к области нефтяной промышленности и может найти применение для эффективной очистки от механических примесей, асфальтосмолистых и грязепарафиновых отложений (АСПО) в трубопроводах системы сбора нефти.
Известно гидробародинамическое устройство очистки внутренней поверхности трубопроводов, содержащее манжету с двумя рядами расположенных в шахматном порядке и по кругу пружинных элементов, образующих во внешнем круге клиновидные щели, внутренний эластичный элемент, шток и центратор. Манжета снабжена третьим наружным рядом пружинных элементов, выполненных в виде клина. Последние острым концом размещены внутри клиновидной щели. Клиновидные элементы закреплены на манжете с возможностью перемещения (патент РФ 2009729, кл. В08В 9/04, заявлен 24.04.1992). Заводят устройство в трубопровод обычным способом через камеру пуска и подают на внутреннюю часть манжеты, покрытую эластичным элементом, давление рабочего агента (например, воды). При перепаде давления перед устройством и за ним, равном 0,2-0,6 МПа, устройство начнет движение. При этом на устройство должен подаваться расход рабочего агента, обеспечивающий этот перепад с учетом расхода рабочего агента, необходимого для образования гидробародинамических струй в клиновидной щели, ограниченной сверху трубопроводом. Отложения разрушаются кинетической энергией этих струй.
Внедрение в трубу подвижных металлических изделий приводит к возможности их застревания в трубопроводе и осложнению очистных работ, увеличивая время и трудоемкость для устранения осложнений.
Известно также устройство для очистки внутренней поверхности промысловых трубопроводов от АСПО при их значительном накоплении в нефтепроводах. Корпус состоит из не менее двух труб, на передней и задней частях которых размещены манжеты. Между трубами размещена манжета. В передней части корпуса установлен клапан в виде фланца, закрепленный винтами, на которые надеты пружины, а концы винтов скреплены между собой полукольцами и каждый из винтов закреплен гайками. В качестве перепускного клапана используют фланец. С обоих концов устройство снабжено петлями для транспортировки и подъема его. Одна из петель размещена на клапане (патент РФ 2324550, кл. В08В 9/053, заявлен 05.10.2006). Устройство вводится в полость очищаемого трубопровода через специальные камеры пуска и приема скребков. Перемещение устройства по трубопроводу осуществляется благодаря перепаду давления сзади и спереди, создаваемому манжетами. При движении устройства манжеты производят очистку внутренней поверхности стенки трубопровода.
Главными факторами, приводящими к усложнениям при использовании технических средств указанных выше, является потеря их в трубе и недостаточное полное удаление механических примесей.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство по патенту Кореи KR 2014 008015 А от 21.01.2014, в котором вихреобразующее устройство для труб включает направляющую трубу, соединенную с водопроводной или дренажной трубой; первый и второй элементы вихревых направляющих спиральной формы, которые установлены внутри направляющей трубы и, которые направляют поток жидкости по спирали; и рабочее колесо, установленное между первым и вторым элементами вихревых направляющих. При этом спирали первого и второго элементов вихревых направляющих имеют противоположное направление.
Когда вихреобразующее устройство устанавливается в трубу, поток жидкости, проходящий через изогнутый участок трубы, ускоряется. Затем он поступает внутрь направляющей трубы вихреобразующего устройства и, проходя через ускоритель с уменьшенным диаметром, сильно увеличивает скорость. После того, как жидкость прошла через ускоритель, она проходит через первый элемент вихревых направляющих, закручивается по часовой стрелке, формируя вихрь, затем вращает рабочее колесо и проходит через второй элемент вихревых направляющих, закручиваясь против часовой стрелки.
Устройство является достаточно сложным и применимо, в основном для водяных труб, с целью очистки от накипи. В случае использования в нефтяных трубопроводах большое количество составных частей способствует отложению АСПО и механических примесей.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности очистки трубопровода от механических примесей и асфальтосмолистых и грязепарафиновых отложений (АСПО).
Для решения указанной задачи предлагается устройство, позволяющее создать мощный турбулентный поток жидкости, способный удалять механические примеси на большое расстояние. Для этого в устройстве для очистки трубопровода от механических примесей, содержащем корпус в виде отрезка трубы и средство для воздействия на поток жидкости, текущей в трубопроводе, в виде винтовой поверхности, упомянутое средство изготовлено из прямоугольной пластины, противоположные торцы которой развернуты относительно ее продольной оси на угол 178-182 градуса, и соосно размещено внутри упомянутого корпуса, при этом, стороны пластины, образующие винтовую поверхность, жестко прикреплены к корпусу по всей длине при помощи сварки.
Для достижения наибольшего эффекта очистки длина пластины L выбрана исходя из формулы: L=ν⋅1 с, где ν - скорость потока жидкости, текущей в трубопроводе.
Сущность работы устройства очистки трубопровода будет понятна из нижеследующего описания и чертежа.
Фиг. 1 - вид сверху устройства для очистки трубопровода.
Фиг. 2 - объемное изображение устройства для очистки трубопровода.
Фиг. 3 - схема расположения устройства на выкидной линии трубопровода.
На фигурах 1, 2 представлены изображения заявленного устройства, состоящего из корпуса 1, выполненного в виде отрезка трубы, средства 2 для воздействия на поток жидкости в трубопроводе и двух фланцев 3. Упомянутое средство 2, выполнено в виде винтовой поверхности, изготовленной из прямоугольной пластины. Противоположные торцы 4, 5 пластины развернуты относительно ее продольной оси на угол 178-182 градуса. Пластина соосно размещена внутри корпуса 1, стороны пластины 6, 7, образующие винтовую поверхность, жестко прикреплены к корпусу 1 по всей длине при помощи сварки. Корпус устройства жестко соединен с обеих сторон с фланцами 3, обеспечивающими герметичное соединение с трубопроводом 8 (фиг. 3). В качестве материала для пластины используется сталь.
Эмпирически установлено, что наибольший эффект по удалению механических примесей достигается, когда поворот потока жидкости на 178-182 градуса в предлагаемом устройстве осуществляется за 1 секунду, поэтому длина устройства зависит от скорости потока и оптимальная длина пластины L определяется по формуле:
L=ν⋅1 с, где ν - скорость потока жидкости в трубопроводе. (1)
Скорость потока жидкости в трубопроводе определяется по известной формуле
3
2
где Q - расход жидкости, м/с; S - площадь поперечного сечения трубопровода, м.
2
3
3
3
В качестве примера рассмотрим трубопровод с внешним диаметром 273 мм и толщиной стенки 8 мм. Площадь поперечного сечения трубопровода S будет равна 0,05 м. При расходе жидкости 50 м/час -переводим в м/с - 0,0138 м/с, ν равна 0,27 м/с.
В соответствии с формулой (1) длина пластины равна 0,27 м.
Работа устройства заключается в следующем (фиг. 3).
Устройство для очистки устанавливают на пикетах трубопровода, которые подвержены к осадконакоплению и закупориванию. Также можно установить его в начале трубопровода для очистки и предотвращения осадков в последующем. На фиг. 3 показана схема расположения устройства на трубопроводе 8, где позицией 9 обозначен нулевой пикет. Поток жидкости проходит через средство для воздействия на поток жидкости (на фиг. 3 не показано), которое меняет состояние движения жидкости из ламинарного в турбулентно-вихревой. Создаваемый турбулентный поток жидкости способен удалять механические примеси на большое расстояние.
Результаты экспериментальных исследований, проведенных в стеклянной трубе, подтверждают, что без заявленного устройства поток жидкости ламинарный, частицы механической примеси не обладают высокой подвижностью. В то же время установленное устройство для очистки трубопровода от механической примеси приводит к переходу ламинарного потока жидкости к турбулентному, в результате чего происходит перемещение частиц механической примеси на значительные расстояния.