ТРУБОПРОВОДНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙ НА СБОРНО-РАЗБОРНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ С СОЕДИНЕНИЕМ "РАСТРУБ"

Полезная модель относится к области трубопроводов для транспортирования жидкостей, газов и других продуктов под давлением, в частности к средствам защиты оборудования от действия возникающего в трубопроводе высокого давления жидкостей, и может быть использована в автоматизированных системах управления и контроля за перекачкой жидких сред.
Сборно-разборные трубопроводы с соединением «Раструб» предназначены для подачи большого количества горюче-смазочных материалов, воды на значительные расстояния и обладают высокой оперативностью развертывания линии. При этом сфера их применения в современных условиях значительно расширяется.
Как показывает практика использования сборно-разборных трубопроводов, в процессе эксплуатации возможно возникновение гидравлических колебаний давления жидкости (гидроудара), вследствие резкого срабатывания запорной арматуры и обратных клапанов, остановки насосных агрегатов на насосной установке или повреждения трубопровода, приводящее к аварийной ситуации [Белоусов В.Д., Блейхер Э.М., Юфин В.А. и др. Трубопроводный транспорт нефти и газа. - М.: «Недра», 1978, - с.375.].
Для ликвидации последствий аварий требуются высокие затраты, как материальные, так и физические. Кроме того, наносится экологический ущерб окружающей среде. Этим обусловлена необходимость повышения надежности эксплуатации трубопроводов.
Перед авторами стояла задача: разработать такой трубопроводный модуль, который повышал бы надежность эксплуатации трубопровода за счет своевременного и оперативного предупреждения разрыва линии от возникновения гидравлического удара при перекачке продукта по сборно-разборным трубопроводам и который являлся бы неотъемлемой частью комплекта сборно-разборного трубопровода с соединением «Раструб».
При просмотре научно-технической литературы и источников патентной информации были выявлены технические средства, частично решающие поставленную задачу.
Так, например, для получения информации о повышении давления потока жидкости используют широко известный сигнализатор давления универсальный СДУ (ЗАО «ПО «Спецавтоматика»», Руководство по эксплуатации ДАЭ 100.198.000 РЭ, 2004 г., www.sauto.biysk.ru), который представляет собой устройство, состоящее из корпуса, мембраны, толкателя и микропереключателя, реагирующее на изменение давления в трубе замыканием-размыканием контактной группы, на которую по проводам от внешнего источника питания подается электрический ток. Указанное устройство может применяться как «тревожный» и управляющий выключатель при превышении давления перекачиваемого потока.
Недостатком указанного устройства является ограниченная функциональность, т.к. сигнализатор давления предназначен для работы в помещениях и не защищен от воздействия внешней среды. Отсутствует возможность использовать сигнализатор на магистральных трубопроводах, так как он рассчитан на низкое давление перекачиваемого продукта под мембраной (до 1,5 МПа). Кроме того, электрический провод, используемый для передачи сигнала во время эксплуатации трубопровода, может быть подвергнут механическому или термическому воздействию, в результате чего произойдет короткое замыкание и возникновение искры.
Известно техническое средство, реализующее способ обнаружения места разрыва трубопровода, который заключается в наблюдении за целостностью трубопроводов, расположенных на земной поверхности, с использованием вертолета, на противоположных концах лопастей несущего винта которого размещены две приемные антенны, принимающие электромагнитные волны, генерируемые разрывом трубопровода (патент РФ №2230978, F17D 5/06).
Другое техническое решение, реализующее способ обнаружения места разрыва трубопровода, содержащее возбудитель электромагнитных волн с длиной волны менее критической для данного диаметра трубопровода, установленный в начале трубопровода. Приемная аппаратура с диаграммой направленности в виде кардиоиды установлена на автомобиле или любом другом транспортном средстве, например вертолете, перемещающимся вдоль трубопровода (патент РФ №2230978, F17D 5/06).
К недостаткам указанных установок относятся низкая надежность эксплуатации трубопроводов, так как происходит обнаружение уже произошедшего разрыва трубопровода, а также высокая стоимость эксплуатации из-за использования дорогостоящей высокопроходимой техники или вертолета, что исключает возможность обнаружения разрыва в период нелетной погоды.
Кроме того, наличие в соединении «Раструб» резиновых уплотнительных колец, исключает токопроводящий контакт между трубами, что приведет к ложным срабатываниям при использовании данных технических решений на сборно-разборных трубопроводах.
Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является линейный элемент металлического сборно-разборного трубопровода в виде вставки 0,60 м., содержащий центральную часть, выполненную из бесшовной или сварной трубы, и концевые части, приваренные к трубе и выполненные одна в виде раструба, а другая в виде конуса (патент РФ №69191, F16L 9/02, 2007 г. - прототип).
Недостатком данного технического решения, входящего в комплект сборно-разборного трубопровода, является его низкая функциональность.
Технический результат полезной модели - расширение функциональной возможности трубопроводного модуля с одновременным повышением надежности эксплуатации трубопровода за счет оперативного обнаружения участков, на которых возникает максимально допустимое давление, и сокращения сроков на принятие диспетчером решения, исключающего разрыв (аварию).
Указанный технический результат достигается тем, что в известном трубопроводном модуле для предупреждения аварий на сборно-разборных трубопроводах с соединением «Раструб», содержащем центральную часть, выполненную в виде трубного отрезка заданной длины, на одном торце которого жестко закреплена концевая часть в виде конуса, а на другом - в виде раструба, на внутренней поверхности которого имеется заходная фаска и две последовательно расположенные канавки, в первой из которых установлена микропористая резиновая прокладка со стопорным кольцом, а во второй - резиновая уплотнительная манжета, а на конце наружной поверхности раструба, ближайшем к трубе, выполнен прямоугольный выступ, на наружной поверхности конуса выполнены заходный участок и впадина, имеющая со стороны заходного участка вогнутую радиусную поверхность для контакта со стопорным кольцом раструба при сборке трубопровода и заканчивающаяся прямоугольным выступом, согласно полезной модели, в стенке линейной части трубопроводного модуля выполнено радиальное отверстие, по периметру которого закреплена перфорированная перегородка, в котором жестко закреплен меньшим основанием дополнительно введенный цилиндрический ступенчатый насадок, герметично закрываемый крышкой, по центральной оси которой установлена изолированная от корпуса крышки передающая антенна, связанная с радиопередающим узлом, размещенным в ступени большего диаметра цилиндрического насадка, на границе раздела ступеней которого герметично закреплена гибкая мембрана, при этом в надмембранной полости соосно центральной оси мембраны на радиопередающем узле установлен замыкатель цепи.
На фиг.1 представлен трубопроводный модуль для предупреждения аварий на сборно-разборных трубопроводах с соединением «Раструб» (в разрезе);
- фиг.2 - фрагмент трассы сборно-разборного трубопровода с встроенным трубопроводным модулем.
Трубопроводный модуль представляет собой полый трубный отрезок 1, по торцам которого расположено соединительное устройство типа «Раструб»: на одном торце - в виде конуса 2, а на другом - в виде раструба 3. На внутренней стороне раструба 3 имеется заходная фаска и две последовательно расположенные канавки, в первой из которых расположена микропористая резиновая прокладка 4 со стопорным кольцом 5, а во второй - резиновая уплотнительная манжета 6. В стенке линейного трубного отрезка 1, выполнено отверстие, закрытое перфорированной перегородкой 7. В это отверстие по его периметру жестко и герметично вварен меньшим основанием цилиндрический ступенчатый насадок 8 (выполняется в заводских условиях). Главным требованием этого насадка 8 является ступенчатость. Ступень большего диаметра служит полостью, в которой при помощи резьбы герметично закреплен радиопередающий узел 9, передающая антенна 10 которого выведена на крышку 11 ступенчатого насадка 8 и изолирована от этой крышки изолятором 12. На границе ступеней насадка 8 герметично закреплена гибкая мембрана 13 тарельчатой формы, которая выполнена из металла и фактически, выполняет функцию чувствительного элемента датчика давления перекачиваемой жидкости. При этом герметичное соединение мембраны 13 с корпусом насадка 8 обеспечивается двумя бензомаслостойкими прокладками 14. Жесткость мембраны 13 подбирают таким образом, чтобы при достижении в трубопроводе давления, превышающего установленное, она мгновенно деформировалась и контактировала с замыкателем 15 цепи радиопередающего узла 9. Замыкатель 15 цепи выполнен во взрывозащищенном исполнении - в виде микропереключателя типа МП (Бокуняев А.А., Борисов Н.М., Варламов Р.Г. и др. Под ред. Чистякова Н.И. Справочная книга радиолюбителя-конструктора. - М.: Радио и связь, 1990. - с.624).
Радиопередающий узел 9, как вариант, реализован на элементах, которые выпускаются серийно, и собран в заводских условиях. Источник питания 16 - Ni-Cd аккумуляторные батареи; стабилизатор напряжения 17 - выполнен на транзисторах VT1 и VT2; шифратор 18 - на микроконтроллере DD1 (журнал «Радио» №8 2006 г., с.44). Передающая антенна 10 выполнена штыревой и телескопической. Радиопередатчик 19 с низким потреблением электроэнергии (5-12 В), состоящий из модулятора сигнала и усилителя мощности (не показаны).
Диаметр линейной части трубопроводного модуля соответствует диаметру труб используемого сборно-разборного трубопровода с соединением «Раструб» (Шеин К.Г., Середа В.В., Данильченко И.Г. Под общей редакцией Очеретина Г.Н. Трубопроводным войскам 50 лет. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: «Гралия М», 2005. - с.117). Длина трубопроводного модуля может быть унифицирована с длиной вставки тройника полевых магистральных трубопроводов.
Трубопроводный модуль для предупреждения аварий на сборно-разборных трубопроводах с соединением «Раструб» хранится на складе в собранном виде, т.е с приваренным насадком 8 закрытым крышкой 11. Отдельно хранится радиопередающий узел 9. Непосредственно на площадке подготовки трубопроводов к эксплуатации с цилиндрического ступенчатого насадка 8 снимают крышку 11. В насадок 8 устанавливают бензомаслостойкие прокладки 14, мембрану 13, радиопередающий узел 9 (собран в заводских условиях), который фиксируют в большей ступени насадка 8 при помощи резьбового соединения, закрывают крышку 11 выводя антенну 10 на поверхность модуля. Собранный таким образом трубопроводный модуль устанавливают в линию 20 при помощи стандартного монтажного инструмента, входящего в комплект сборно-разборного трубопровода с соединением «Раструб». По длине трубопровода в определенных расчетами местах монтируют насосные установки 21 и диспетчерский пункт 22 с приемной антенной 23, согласованной с сигналом передающей антенны 10.
раб
Трубопроводный модуль для предупреждения аварий, установленный в линию 20 сборно-разборного трубопровода при помощи соединения «Раструб», работает следующим образом. Насосными установками 21 создается рабочее давление (P=6 МПа), перекачиваемая жидкость оказывает давление на стенки трубопровода, в том числе и на мембрану 13. При скачке давления в трубопроводе, превышающем рабочее давление на минимально допустимую величину равную 0,45 МПа (ДР), мембрана 13 деформируется и приводит в действие замыкатель 15 цепи, в результате чего от источника питания 16 через стабилизатор 17 напряжение (12 В) поступает на шифратор 18. Сформированный шифратором 18 цифровой сигнал с выхода микроконтроллера поступает на частотный модулятор радиопередатчика 19, от которого сигнал через антенну 10 в виде ультракоротковолновых колебаний передается на приемную антенну 23 установленную на диспетчерском пункте 22. Диспетчер принимает решение, исключающее разрыв (аварию) сборно-разборного трубопровода, например, снижение подачи одного или нескольких насосных агрегатов вплоть до остановки насосной станции 21. Максимальное расстояние, на которое необходимо передать сигнал от антенны 10 модуля до приемной антенны 23 на диспетчерском пункте 22 равно 6 км.
При использовании сборно-разборных трубопроводов с установленным модулем перфорированная перегородка 7 предотвращает попадание на мембрану 13 различных механических загрязнений, а также при последовательной перекачке различных нефтепродуктов, отделенных друг от друга разделителями, исключает повреждение радиопередающего узла 9 и стопорение разделителя в месте расположения насадка 8.
Совокупность известных признаков (трубный отрезок 1, соединение «Раструб») и дополнительно введенных (перфорированная перегородка 7, насадок 8, радиопередающий узел 9, мембрана 13) позволяет оперативно, с высокой надежностью контролировать состояние сборно-разборных трубопроводов, как во время перекачки, так и в период временного простоя в заполненном состоянии (например, повышение давления при увеличении температуры окружающей среды).
Применение полезной модели позволит повысить надежность эксплуатации сборно-разборных трубопроводов, а также уровень автоматизации процессов управления перекачкой. Кроме того, последует снижение затрат на эксплуатацию трубопроводов за счет оперативного и своевременного предупреждения о возникновении гидравлического удара на участках установки трубопроводного модуля.