ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ РАБОТЫ НА СТЕНКЕ ТРУБОПРОВОДА И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ
TOOL FOR OPERATION ON PIPELINE WALL AND CORRESPONDING METHOD

Область техники
Изобретение относится к области инструментов и способов для проведения ремонтных работ на стенках трубопроводов для транспортировки текучей среды, таких как трубопроводы для углеводородов в жидком или газообразном виде или трубопроводы для воды. Как правило, во время эксплуатации сети, в которую входит трубопровод, текучая среда (жидкая или газообразная) находится под давлением. В частности, задачей изобретения обеспечение ремонта трубопровода или сварки элементов, присоединяемых к трубопроводу.
Рассматриваемые трубопроводы могут быть проложены на открытом воздухе или могут быть подземными трубопроводами или подводными трубопроводами. В ходе эксплуатации, которая может продолжаться многие годы, на их стенках могут появляться дефекты, вызванные явлениями коррозии или механического воздействия и, таким образом, необходим ремонт.
Как правило, ремонт необходимо производить, сбрасывая давление в участке трубопровода, находящемся вокруг устраняемого дефекта, и одновременно продолжая транспортировку текучей среды, так как любое ее прерывание может иметь серьезные экономические последствия для эксплуатанта трубопровода или сети. Предпочтительно ремонт осуществляют после удаления текучей среды (например, откачки газа или воды) из участка, окружающего дефект.
Точно так же, если необходимо произвести сварку на наружной стенке трубопровода, иногда необходимо прервать циркуляцию текучей среды в соответствующем участке, в частности, чтобы избегать чрезмерного охлаждения материала, которое может отрицательно сказаться на сварке и на долговечности сварного шва.
Известно использование сложных в применении и дорогих систем сброса давления и удаления текучей среды, таких как затворы под нагрузкой и их соответствующие вспомогательные устройства (заглушка, усилительное седло, горячая врезка, надувные камеры). Известны также системы временного отвода для сохранения транзита, которые являются сложными по конструкции, а также в применении, так как не обеспечивают безопасности для операторов.
Из документа WO20071415544 известно устройство, позволяющее, в частности, заделывать дефект посредством введения внутренней трубы в трубопровод, при этом внутреннюю трубу располагают напротив дефекта и вокруг трубы накачивают надувной компонент для закупоривания дефекта изнутри. Используют также вариант устройства для установки клапана в трубопроводе.
При применении этого устройства в трубопроводе оставляют на месте объемный инструмент, что является недостатком, так как после проведения ремонтных работ трубопровод остается частично перекрытым.
В документе WO 03/067134 раскрыто устройство для отключения (перекрывания) циркуляции текучей среды в трубопроводе под высоким давлением. Использование этого устройства требует отвода или прерывания циркуляции текучей среды, что является недостатком.
Раскрытие изобретения
В этом контексте изобретением предложен инструмент для проведения ремонтных работ на стенке трубопровода для текучей среды, содержащий трубчатую часть, размещаемую внутри трубопровода напротив зоны стенки, и одно или более первых средств или расположенных выше по потоку средств уплотнения между стенкой трубопровода и трубчатой частью.
Согласно общей особенности он дополнительно содержит одно или более вторых средств или расположенных ниже по потоку средств уплотнения между стенкой трубопровода и трубчатой частью для изолирования от циркулирующей текучей среды наружного участка части трубопровода между двумя средствами уплотнения, при этом по меньшей мере первые или вторые средства уплотнения состоят из двух частей, образующих герметичную камеру между двумя частями указанных первых или вторых средств уплотнения.
Посредством такого инструмента можно создать герметичную периферийную зону (объем) в части трубопровода напротив и в контакте с зоной (поверхностью) стенки, на которой необходимо произвести ремонтные работы.
Эта герметичная зона изолирована от текучей среды, что может быть преимуществом с точки зрения теплоизоляции в перспективе осуществления работы типа сварки на стенке. Однако в герметичной зоне можно также, в случае необходимости, понизить давление и даже удалить из нее текучую среду для осуществления проведения ремонтных работ на стенке без давления и даже в отсутствие текучей среды, тогда как текучая среда продолжает проходить через трубчатую часть. Таким образом, инструмент позволяет производить ремонт трубопровода (или другое вмешательство) без прерывания работы сети, а также позволяет сократить время проведения ремонтных работ. Простота и надежность использования делают этот инструмент предпочтительным по сравнению с вышеупомянутыми известными системами. В частности, следует отметить отсутствие внешней системы отвода, поскольку такая система является бесполезной, учитывая присутствие трубчатой части внутри инструмента.
Камеры, образованные двумя частями, позволяют повысить безопасность, в частности, в случае вариантов применения при высоком давлении. В частности, это относится к сетям транспортировки газа, в которых давление может достигать 67 бар. Инструмент позволяет, таким образом, повысить безопасность, а также надежность процесса проведения ремонтных работ.
Согласно частному варианту осуществления первые или вторые средства уплотнения содержат расширяющиеся и сокращающиеся уплотнительные прокладки, например, накачиваемые маслом через масляный/азотный аккумулятор или расширяющиеся при сжатии через систему подвижных фланцев.
Согласно предпочтительному варианту осуществления инструмент дополнительно содержит регулируемые средства обеспечения движения в трубопроводе. Они могут быть управляемыми и, кроме того, выполнены с возможностью использования перемещения текучей среды, чтобы, используя явление движения этой текучей среды, перемещать инструмент. Средства обеспечения движения могут содержать по меньшей мере одну регулируемую заслонку, установленную в трубчатой части. Средства обеспечения движения могут быть приведены в действие, например, для их регулирования и их управления при помощи гидравлической системы, питаемой от масляного/азотного аккумулятора, при помощи электромеханической системы, питаемой от батарей или при помощи комбинации таких систем.
Согласно некоторым вариантам осуществления инструмент может дополнительно содержать систему направления инструмента внутри трубопровода. Система направления может содержать, в частности, по меньшей мере один ролик или деформирующийся диск на каждом конце трубчатой части.
Дополнительно и предпочтительно предложено также, чтобы трубчатая часть содержала сильфон для перемещения в изогнутых трубопроводах.
Предпочтительно инструмент может содержать систему торможения и/или систему удержания инструмента в положении за счет контакта с внутренней стенкой трубопровода. Эта система торможения и/или удержания в положении может работать за счет трения о внутреннюю стенку трубопровода, контакта с внутренней стенкой или за счет торможения направляющими роликами.
Согласно варианту осуществления инструмент может также содержать систему замедления, позволяющую замедлять перемещение инструмента, но не останавливать его. Эта система может быть, например, электромагнитной.
Предпочтительно инструмент может также содержать систему связи, обеспечивающую дистанционно размещение и контроль (или управление) инструмента снаружи трубопровода, например, с использованием электромагнитных волн или звуковых волн.
Предпочтительно, но дополнительно системы уплотнения могут быть выполнены с возможностью торможения перемещения инструмента за счет трения о внутреннюю стенку трубопровода и/или с возможностью удержания инструмента на месте за счет контакта с внутренней стенкой трубопровода.
Изобретением предложен также способ проведения ремонтных работ на стенке трубопровода для текучей среды посредством инструмента согласно изобретению, включающий в себя этап, на котором перемещают инструмент внутри трубопровода до позиционирования трубчатой части внутри трубопровода напротив зоны стенки указанного трубопровода, этап, на котором обеспечивают уплотнение выше по потоку от указанной зоны и ниже по потоку от указанной зоны соответственно посредством первых и вторых средств уплотнения для герметизации наружного участка части трубопровода вокруг зоны стенки (или герметизации объема, ограниченного инструментом и трубопроводом). Наконец, способ содержит этап, на котором проводят ремонтные работы на указанной зоне стенки.
По меньшей мере первые или вторые средства уплотнения состоят из двух частей, образующих герметичную камеру между двумя частями указанных первых или вторых средств уплотнения.
Предпочтительно работы производит снаружи трубы оператор или устройство.
Согласно вариантам осуществления первые или вторые средства уплотнения являются расширяющимися и сокращающимися, их накачивают с целью герметизации и спускают после проведения работ.
Согласно некоторым вариантам осуществления инструмент приводится в движение за счет перемещения текучей среды.
Согласно некоторым вариантам осуществления перемещением инструмента в трубопроводе и приведением в действие средств уплотнения управляют дистанционно.
Согласно варианту осуществления позиционирование осуществляют посредством упора, находящегося внутри трубопровода, при этом способ содержит предварительный этап, на котором осуществляют горячую врезку в трубопровод для установки на место указанного упора.
Согласно частному варианту осуществления сброс давления в наружной части напротив зоны, в которой необходимо произвести работу, осуществляют при помощи клапана, при этом способ содержит предварительный этап, на котором осуществляют горячую врезку в трубопровод для установки на место указанного клапана.
Согласно варианту осуществления для торможения инструмента до его достижения упора можно использовать устройство торможения, которое может включать в себя или может быть включено в системы уплотнения и которое действует за счет трения.
Согласно варианту осуществления можно использовать замедляющее устройство для замедления перемещения инструмента, но не обязательно с его остановкой.
Согласно варианту осуществления можно использовать систему удержания в положении, которая может включать в себя или может быть включена в системы уплотнения, для удержания инструмента в положении за счет контакта с внутренней стенкой трубопровода.
Наконец, следует уточнить, что этап работы может включать в себя, кроме всего прочего, ремонт при помощи привариваемой заплаты, ремонт посредством наплавки, или приваривание присоединяемого элемента к трубопроводу, или сварку на наружной поверхности трубопровода.
Согласно варианту осуществления способ включает в себя этап, на котором понижают давление в каждой из камер посредством клапана.
Краткое описание чертежей
Описание изобретения представлено со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 показан инструмент согласно варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 2 – инструмент на фиг. 1, вид в продольном разрезе;
на фиг. 3 – вид в продольном разрезе с открытой заслонкой обеспечения движения;
на фиг. 4 – инструмент при перемещении в трубопроводе;
на фиг. 5 – позиционирование инструмента, заблокированного упором в трубопроводе, с целью ремонта;
на фиг. 6 – инструмент, вид в положении, показанном на фиг. 5, после уплотнения;
на фиг. 7 поясняется ремонт стенки трубопровода после сброса давления;
на фиг. 8 поясняется удаление инструмента после завершения ремонта и убирания упора.
Варианты осуществления изобретения
На фиг. 1 показан на виде в перспективе инструмент 1 согласно варианту осуществления изобретения. Он содержит трубчатую часть 100, которая является в данном случае жестким круговым цилиндром с открытыми отверстиями 101 и 102, которые имеют сечения, лежащие в плоскостях, перпендикулярных к оси цилиндра, и образующие, таким образом, круги.
Снаружи трубчатой части 100 вблизи отверстия 101 установлены направляющие ролики 110 (или направляющие колесные узлы), равномерно расположенные по окружности, например, в одной плоскости. В представленном примере они выполнены в количестве четырех. Аналогичные направляющие средства, в данном случае другие направляющие ролики 110 установлены вблизи отверстия 102. Можно также использовать другие направляющие средства, например, направляющие диски. Можно также комбинировать направляющие средства разных типов.
Вблизи отверстия 101 снаружи трубчатой части обеспечена первая накачиваемая уплотнительная прокладка 120. Эта накачиваемая уплотнительная прокладка 120 после накачивания прижимается к внутренней стенке трубопровода, в котором движется инструмент. В сдутом состоянии прокладку можно, наоборот, сложить на трубчатой части 100. Эта накачиваемая уплотнительная прокладка 120 представляет собой тело вращения с круглым или не круглым профилем, например, тороидальное тело, осью вращения которого является ось вращения трубчатой части и которое охватывает эту часть. Эту накачиваемую уплотнительную прокладку 120 можно накачать при помощи дистанционно управляемой гидравлической системы, содержащей масляный/азотный аккумулятор. На трубчатой части на небольшом расстоянии в сторону второго отверстия 102 за ней следует вторая накачиваемая уплотнительная прокладка 125, аналогичная первой и тоже охватывающая трубчатую часть 100. Дальше в сторону второго отверстия 102 находится третья накачиваемая уплотнительная прокладка 130, тоже аналогичная двум первым прокладкам. Наконец, вблизи второго отверстия 102 находится четвертая накачиваемая уплотнительная прокладка 135. Расстояние между третьей и четвертой накачиваемыми уплотнительными прокладками 130 и 135 подобно и даже идентично расстоянию между первой и второй накачиваемыми уплотнительными прокладками 120 и 125, тогда как расстояние между второй и третьей накачиваемыми уплотнительными прокладками 125 и 130 больше.
Могут быть использованы другие средства уплотнения, такие как уплотнительные прокладки, расширяющиеся при сжатии, или кольцевые прокладки, или прокладки с кромкой, которая может расширяться и прижиматься к внутренней стенке трубопровода. Прокладки с расширением при сжатии могут содержать эластомерные элементы, которые способные расширяться посредством червячного механизма или гидравлической системы, содержащей плоские или конусные подвижные фланцы и позволяющей сжимать эластомерные элементы.
Вместо того чтобы в основном состоять из жесткого цилиндра, трубчатая часть может состоять из двух жестких цилиндров, соединенных между собой сильфоном, чтобы инструмент мог проходить в трубопроводе, имеющем изгибы, такие как колена.
На фиг. 2 в разрезе по плоскости, проходящей через ось вращения инструмента 1, показаны те же элементы, что и на фиг. 1. На этой фигуре видно, что четыре накачиваемые уплотнительные прокладки установлены в канавках, выполненных для этого на поверхности трубчатой части 100. Здесь же видно, что направляющие ролики 110, которые находятся вблизи отверстия 101 или отверстия 102, направлены в одну сторону, чтобы облегчать прохождение инструмента в трубопроводе в конкретном направлении. Эти ролики могут смещаться в радиальном направлении, чтобы обеспечивать хорошее направление, несмотря на геометрические неровности в трубопроводе (заводские допуски труб, сварные швы, изгибы, локальные деформации и т.д.). Кроме того, следует уточнить, что в представленном варианте выполнения направляющие средства (направляющие ролики 110) находятся между соответствующим отверстием (соответственно 101, 102) и ближайшей из накачиваемых уплотнительных прокладок (соответственно 120, 135), но направляющие средства могут быть расположены на инструменте и в другом месте.
Инструмент содержит также средства обеспечения движения, которые в данном случае содержат регулируемую заслонку 140, установленную на половине расстояния между двумя отверстиями 101 и 102 внутри трубчатой части 100. Эта заслонка 140 показана на фиг. 2 в своем закрытом положении, которое обеспечивает максимальное продвижение инструмента текучей средой, и на фиг. 3 в своем открытом положении, которое максимально ограничивает продвижение и облегчает остановку инструмента. Заслонка 140 снабжена приводом, чтобы переходить из одного в другое из двух положений или занимать промежуточное положение, а также чтобы занимать соответствующее положение во время перемещения инструмента в потоке. Таким образом, в зависимости от степени своего открывания она обеспечивает переменную «парусность». Заслонка 140 позволяет инструменту 1 передвигаться в трубопроводе вместе с текучей средой в одном с ней направлении, используя перемещение текучей среды, чтобы обеспечить явление приведения в движение. Инструмент 1 содержит также систему механизированного привода для заслонки 140 или заслонок, если используют несколько заслонок, и, возможно, но не обязательно внутренний источник энергии. Следует уточнить, что вместо заслонки или заслонок можно использовать диафрагму, или диафрагмы, или регулируемую решетку, или решетки. Кроме того, система выполнена с возможностью ее локализации или дистанционного контроля (или управления) при помощи системы связи между инструментом и внешней средой трубы.
Кроме того, инструмент 1 может содержать электромагнитный замедлитель (не показан), действующий на ролики, не обеспечивая полной остановки перемещения инструмента, а лишь позволяя снизить его скорость.
Инструмент 1 может также содержать систему торможения (не показана) посредством трения о внутреннюю стенку трубопровода.
Инструмент 1 может также содержать систему удержания инструмента в статичном положении в трубопроводе посредством сцепления с внутренней стенкой трубопровода после остановки инструмента в положении, в котором необходимо производить работу.
Могут быть использованы средства уплотнения для торможения перемещения инструмента посредством трения о внутреннюю стенку трубопровода.
Средства уплотнения могут быть также использованы для удержания инструмента в положении посредством контакта с внутренней стенкой трубопровода.
С другой стороны, может быть использована система торможения инструмента, отличная от средств уплотнения. Например, речь может идти о расходной прокладке, которую меняют между двумя использованиями инструмента, или о колодках, входящих в контакт со стенкой трубопровода, или о колесиках (или роликах), катящихся по стенке трубопровода и имеющих тормоза.
Может быть также использована система удержания в положении инструмента, отличная от средств уплотнения. Например, речь может идти о металлических зажимах.
На фиг. 4 показан инструмент 1, перемещающийся в трубопроводе 200 транспортировки текучей среды. Текучей средой может быть жидкость или газ. Трубопровод может быть подземным, наземным или может быть проложен по дну моря или озера.
Инструмент предварительно вводят через пусковую станцию (не показана), которая представляет собой оборудование трубопровода, обычно позволяющее вводить инструменты очистки и осмотра в трубопровод. Перед введением инструмента убеждаются, чтобы трубопровод 200 был проходным, то есть чтобы такой объект мог в нем перемещаться без блокировки. Инструмент 1 имеет наружный диаметр, позволяющий ему перемещаться в трубопроводе 200, при этом направляющие средства (направляющие ролики 110) входят в контакт с внутренней поверхностью стенки трубопровода 200. Инструмент приводится в движение потоком текучей среды, проходящим в трубопроводе, со скоростью, которая зависит от уровня открывания заслонки 140 и от расхода текучей среды. Текучая среда протекает одновременно вокруг инструмента 1 и внутри трубчатой части 100.
На фиг. 5 показан инструмент 1, остановившийся на уровне дефекта 210 ремонтируемой стенки трубопровода 200. Инструмент 1 остановлен, поскольку на уровне своего отверстия 101 натолкнулся на упор 220, который был предварительно установлен на трубопроводе 200 снаружи. В варианте выполнения упор 220 был установлен посредством горячей врезки. Способ может включать в себя закрепление сваркой накладки на трубопроводе, затем сверление отверстия в накладке, когда трубопровод находится под давлением текучей среды. В данном случае в отверстие вставляют металлический стержень, который образует упор внутри трубопровода для объекта, имеющего диаметр инструмента 1.
Упор размещают в трубопроводе 200 таким образом, чтобы при встрече инструмента с упором дефект 210 оказался напротив участка трубчатой части 100, находящегося между накачиваемыми уплотнительными прокладками 125 и 130. Кроме того, предварительно или после позиционирования инструмента выполняют три врезки 240, 242 и 244, каждую из которых оборудуют клапаном сброса давления, и каждая из которых находится напротив одного из участков трубчатой части 100, заключенной между двумя накачиваемыми уплотнительными прокладками. Эти врезки могут быть выполнены под нагрузкой.
После остановки инструмента упором 220 вокруг инструмента, а также внутри трубчатой части 100 продолжает проходить текучая среда под давлением. Заслонку 140 открывают, чтобы уменьшить «парусность» инструмента 1.
На фиг. 6 показаны накачанные уплотнительные прокладки 120, 125, 130 и 135 инструмента 1. Каждый из этих элементов входит в контакт со стенкой трубопровода, препятствуя прохождению текучей среды вокруг трубчатой части 100. Таким образом, образуются три тороидальные герметичные зоны 310, 320 и 330, каждая из которых находится напротив одной из врезок 240, 242 и 244, оборудованных клапанами сброса давления. Текучая среда продолжает проходить внутри трубчатой части 100.
После этого посредством клапанов врезок 240, 242 и 244 производят сброс давления в каждой из тороидальных герметичных зон 310, 320 и 330, при этом зона 320 между накачиваемыми уплотнительными прокладками 125, 130 является главной зоной, в которой будет произведена работа, а две другие зоны 310 и 330 выполняют функцию герметичных камер для обеспечения отсутствия утечки текучей среды в сторону главной зоны из свободных зон, входной и выходной, трубопровода 200.
Следует уточнить, что, хотя в представленном варианте выполнения используют две герметичных камеры (зоны 310 и 330), такие камеры не являются необходимыми элементами, и изобретение может быть осуществлено только с двумя накачиваемыми уплотнительными прокладками. Вместе с тем, следует отметить значительное преимущество наличие этих камер.
Следует также уточнить, что, хотя в представленном варианте выполнения используют три врезки, одна из двух врезок 240 и 244 может оказаться ненужной в случае, если инструмент содержит внутренний канал, обеспечивающий циркуляцию текучей среды между камерами (зонами 310 и 330), образованными уплотнительными прокладками.
На фиг. 7 показана отремонтированная часть 212 дефекта 210, который может быть исправлен посредством заплаты, закрепляемой сваркой на месте поврежденной части, или посредством наплавки или любым другим типом ремонта. Этот ремонт производят в отсутствие давления и, возможно, после удаления текучей среды через врезку 242. Предпочтительно ремонт производят снаружи трубопровода в ходе работ, осуществляемых оператором или устройством.
После процесса ремонта накачиваемые уплотнительные прокладки 120, 125, 130 и 135 спускают, и во всем трубопроводе 200 восстанавливают давление, в том числе в зонах 310, 320 и 330. Как показано на фиг. 8, упор 220 перемещают, чтобы он больше не удерживал инструмент 1 в трубопроводе, и инструмент 1 продолжает свой путь в направлении потока текучей среды со скоростью, которая определена уровнем открывания заслонки 140 и расходом текучей среды, при этом заслонку открывают, чтобы как можно быстрее доставить инструмент в станцию выхода трубопровода. На этой стадии желательно заделать врезки 240, 242 и 244.
Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления и охватывает все варианты в рамках объема формулы изобретения.
Поскольку инструмент позволяет изолировать стенку от текучей среды, его можно использовать для операции сварки на трубопроводах, в которых принудительная конвекция, создаваемая текучей средой, могла бы приводить к чрезмерному охлаждению, отрицательно сказывающемуся на механической прочности сварного шва. Это явление может встречаться на некоторых трубопроводах в зависимости от диаметра, от расхода и температуры текучей среды. Сварку можно осуществлять со сбросом давления или без сброса давления в зоне, герметизируемой посредством инструмента.