ВНУТРИТРУБНОЕ ПЕРЕКРЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области трубопроводного транспорта углеводородов и может быть использована при ремонте линейной части магистральных трубопроводов.
Известно внутритрубное перекрытие, содержащее якоря со сквозными отверстиями, установленные в цилиндры, и уплотнение, выполненное в виде гидравлической накачиваемой камеры [RU 181952, дата публикации: 30.07.2018 г., МПК: F16L 55/1645].
Технический недостаток известного внутритрубного перекрытия: недостаточная надежность перемещения пары устройств в потоке перекачиваемой среды ввиду возможности закупорки отверстий якорей гидратными или парафиновыми пробками, что может привести к локальному повышению внутритрубного давления.
Известно устройство для герметизации и изоляции трубопроводов, содержащее корпус с внутренним каналом, набухающий элемент, расположенный вокруг корпуса, и временное уплотнение, расположенное в канале [RU 2406014, дата публикации: 10.12.2010 г., МПК: F16L 55/1645, F16L 55/128].
Технический недостаток известного устройства для герметизации и изоляции трубопроводов: недостаточно высокая надежность фиксации в заданной точке трубопровода ввиду торможения движущихся в потоке продукта устройств путем постепенного набухания предустановленных герметизаторов, вступающих в химическую реакцию с перекачиваемой средой; нелинейная скорость возрастания объема указанных элементов не обеспечивает остановки снаряда в указанной точке; при движении снаряда по трубопроводу возможно повреждение набухающего уплотнителя; не исключена возможность преждевременного распада материала композитного герметизатора, что может привести к выходу продукта или его паров из загерметизированного трубопровода.
В качестве прототипа выбрано устройство для перекрытия трубопровода, содержащее цилиндрический корпус, снабженный эластичным уплотняющим материалом, и средство стопорения в виде силовых цилиндров с поршнями [RU 2395748, дата публикации: 27.07.2010 г., МПК: F16L 55/00, F16L 55/128, F16L 55/18].
Технический недостаток известного устройства для перекрытия трубопровода: заполнение внутренних полостей уплотняющего материала и силовых цилиндров перекачиваемой средой, способствующее преждевременному износу этих систем; принудительное нагнетание продукта для приведения уплотняющих материалов и силовых цилиндров в рабочее положение, что требует использования насосного оборудования.
Задачей полезной модели является создание нового внутритрубного перекрывающего устройства для изоляции ремонтируемой зоны трубопровода от бездефектной без необходимости опорожнения смежных участков, ограниченных ближайшими линейными запорными узлами, с достижением следующего технического результата: обеспечение возможности перекрытия участка трубопровода с двух сторон при помощи двух внутритрубных устройств без заполнения внутренних полостей уплотняющего материала и силовых цилиндров перекачиваемой средой и без применения встроенного насосно-компрессорного оборудования.
Внутритрубное перекрывающее устройство содержит герметичный корпус, на торцах которого расположены бамперы, опоясывающие манжеты из эластичного материала, силовые гидроцилиндры с поршнями, оборудование контроля, при этом, согласно полезной модели, на наружной поверхности корпуса по обоим концам смонтированы опоясывающие полиуретановые манжеты, в центральной части корпуса расположен цилиндрический набухающий элемент, между манжетами и набухающим элементом с обеих сторон диаметрально противоположно расположены силовые цилиндры, внутри герметичного корпуса для каждого силового цилиндра установлены блоки управления, во внутренней центральной части устройства расположен блок подачи команды на герметизацию, совмещенный с электронным клапаном, кроме того во внутренней части корпуса по обоим концам диаметрально расположены буферные емкости с инертным газом для привода силовых цилиндров, в центральной части корпуса расположена герметичная камера с входным клапаном и электронным клапаном и ниппелем для подачи инертного газа в набухающий элемент.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Внутритрубное перекрывающее устройство имеет силовые цилиндры и уплотняющий материал в виде набухающего элемента. В отличие от прототипа, в качестве рабочей среды для управления штоками силовых цилиндров и набухающим элементом используется инертный газ из буферных емкостей; инертный газ находится под избыточным давлением в емкостях устройства.
Внутритрубное перекрывающее устройство позволяет изолировать участок магистрального трубопровода на период проведения восстановительных работ без необходимости опорожнения остановленного участка, ограниченного ближайшими линейными запорными узлами. Фиксирующие опоры и уплотняющий материал приводятся в действие техническим инертным азотом. Нагнетание рабочей среды обеспечивается за счет ее первоначального избыточного давления из буферных емкостей устройства. Внутритрубное перекрывающее устройство имеет форму цилиндра с диаметром меньшим, чем внутренний диаметр трубопровода.
Опоры силовых цилиндров обеспечивают возможность остановки и фиксации устройства за счет трения по контактной поверхности «опора-внутренняя стенка трубопровода». Уплотняющий материал в виде набухающего элемента перекрывает межстенное пространство между корпусом устройства и внутренней стенкой трубопровода.
Возможность перемещения устройств в потоке среды обеспечивается путем предварительного нагнетания технического инертного газа между ними, передающего толкающее усилие от позади идущего устройства к идущему впереди, потери которого предотвращаются благодаря наличию полиуретановых манжет на торцах устройств.
На фиг. 1 изображен общий вид внутритрубного перекрывающего устройства, совмещенный с продольным разрезом; на фиг. 2 - общий вид электронного клапана в разрезе.
Конструктивно устройство представляет собой цилиндрический герметичный корпус 1, на торцах которого расположены бамперы 2 и торцевые заслонки 3. На наружной поверхности корпуса 1 по обоим концам смонтированы опоясывающие полиуретановые манжеты 4, на центральной части корпуса 1 находится цилиндрический набухающий элемент 5. Между манжетами 4 и набухающим элементом 5 с обеих сторон диаметрально противоположно расположены силовые цилиндры 6. Количество силовых цилиндров 6, как показано на фиг. 1, 4. Силовые цилиндры 6 используются в качестве узлов запирания, набухающий элемент 5 - в качестве уплотняющего материала. Внутри герметичного корпуса 1 для каждого силового цилиндра 6 установлены блоки 7 управления. Блок 8 подачи команды на герметизацию совмещен с электронным клапаном 9 и располагается во внутренней центральной части устройства. Каждый блок 7 управления включает элементы питания, устройство слежения, контрольную плату (на чертеже не показаны). Во внутренней части корпуса 1 по обоим концам диаметрально располагаются буферные емкости 10, в центральной части корпуса 1 - герметичная камера И. В качестве рабочей среды используется закачиваемый через входной клапан 12 в герметичную камеру 11 инертный газ, который через электронный клапан 9 и ниппель 13 подается в набухающий элемент 5. Для привода силовых цилиндров 6 используется инертный газ из буферных емкостей 10, куда он предварительно нагнетается через клапаны 14, расположенные в зоне полиуретановых манжет 4. В качестве опорных поверхностей силовых цилиндров 6 используются башмаки 15, установленные на штоках 16 силовых цилиндров 6. Для выпуска газа из набухающего элемента 5 используется выпускной клапан 17. Электронный клапан 9 состоит из разъема 18, электромагнитной катушки 19, металлического плунжера 20, уплотнителя 21, мембраны 22, клапанного корпуса 23 и промежуточного клапана 24.
Внутритрубное перекрывающее устройство работает следующим образом.
Устройство вводится в трубопровод через камеру запуска средств очистки и диагностики и перемещается в потоке перекачиваемого продукта. При этом башмаки 15 и набухающий элемент 5 пребывают в нерабочем состоянии: штоки 16 силовых цилиндров 6 находятся в нижней мертвой точке, объем набухающего элемента 5 минимален. По мере достижения остановочной точки по сигналу блоков 7 управления происходит высвобождение сжатого газа из буферных емкостей 10, тем самым приводя штоки 16 силовых цилиндров 6 в рабочее состояние - производится анкеровка снаряда. Далее по сигналу блока 8 подачи команды на герметизацию поступает электрический импульс через разъем 18 на электромагнитную катушку 19. Возникаемое электромагнитное поле воздействует на металлический плунжер 20 - происходит смещение уплотнителя 21 и открывается ниппель 13. Инертный газ через промежуточный клапан 24 и мембрану 22 движется по клапанному корпусу 23 и заполняет набухающий элемент 5 до определенного значения давления. Выпуск газа после завершения ремонта возможен путем дополнительного нагнетания газа в набухающий элемент 5 свыше давления сдерживания выпускного клапана 17 или через герметичную камеру 11 и далее за пределы устройства через входной клапан 12. Закрытие силовых цилиндров 6 производится сбросом газа в буферные емкости 10 по сигналу блоков 7 управления. Открепление и перемещение устройств после завершения ремонтных работ выполняется под давлением перекачиваемой среды.
Технология работ предусматривает последовательный ввод в трубопровод двух и более устройств с определенным интервалом по длине. Межустройственный участок, образующийся при запасовке, заполняется инертным газом. В этом случае опорожнение изолированного участка не требуется; просачивание инертного газа при движении снарядов предотвращается благодаря наличию полиуретановых манжет на поверхности корпуса.
Внутритрубное перекрывающее устройство может дополнительно содержать газоанализатор газовоздушной среды, прикрепленный к корпусу и являющийся автономным; мановакуумметры для контроля как избыточного, так и вакуумметрического давления, расположенные по торцам устройства; дополнительные системы магнитного или температурного торможения в полости трубопровода.
Дистанционный контроль положения и передача исполнительных команд обеспечиваются системой связи между устройством и оператором. Для обработки данных и решений об остановке и герметизации может применяться ЭВМ, что предотвратит влияние человеческого фактора на работу устройств.
Таким образом, устройством обеспечивается:
- герметизация внутритрубного пространства и, как следствие, отсутствие необходимости опорожнения смежных бездефектных участков трубопровода;
- надежность функционирования внутренних систем устройства благодаря герметичности корпуса;
- надежность транспортировки устройств до зоны ремонта путем закачки между ними технического инертного газа, передающего толкающее усилие от позади идущего устройства к идущему впереди;
- отсутствие потерь инертного газа при перемещении устройств в потоке продукта ввиду наличия полиуретановых манжет по торцам устройства;
- безопасность ремонтных работ благодаря применению инертного газа для недопущения образования взрывоопасной смеси при перемещении пары внутритрубных устройств до зоны ремонта и контролю неподвижности пары внутритрубных снарядов в рабочем положении;
- снижение или полное отсутствие потерь продукта при ремонтных работах;
- ремонтопригодность устройства и многоразовость его применения.
Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в обеспечении возможности перекрытия участка трубопровода с двух сторон при помощи двух внутритрубных устройств без заполнения внутренних полостей уплотняющего материала и силовых цилиндров перекачиваемой средой и без применения встроенного насосно-компрессорного оборудования.