Устройство для временного перекрытия трубопровода

 

Устройство для временного перекрытия трубопровода относится к трубопроводному транспорту жидкостей и газов и предназначено для перекрытия трубопровода при его ремонте с заменой дефектного участка. Устройство содержит запорный орган, выполненный в виде катушки, снабженной по торцам двумя одинаковыми дисками, расположенными на крестовинах, причем каждый сборный диск состоит из сплошного и выполненного в виде секторов дисков, соединенных между собой по пазам, образованным по радиальным образующим секторов с возможностью перемещения последних по ним, поверхность контакта секторов с внутренней образующей трубы выполнена с кольцевыми насечками и с выборкой под герметизирующее уплотнительное кольцо, сборные диски между собой шарнирно соединены при помощи кронштейна с возможностью складывания на него дисков и раскрытия катушки в трубопроводе, куда она вводится через продолговатое окно в теле последнего, и фиксирования положения дисков перпендикулярно оси кронштейна, секторы снабжены приводными поршнями, которые через распределительные коллекторы, рукава, штуцеры вводов и выводов в конической пробке монтажного отверстия в патрубке соединены с источником энергоносителя через клапаны. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту жидкости и газов и предназначено для перекрытия трубопровода при его ремонте с заменой дефектного участка.

Известно устройство временного перекрытия трубопроводов (ВПУ) [1], включающее два самостоятельных устройства, на металлической основе которых крепятся две металлические кассеты с резиновыми герметизирующими тампонами. В комплект входят восемь пневмоцилиндров со штырями для удержания устройства в полости трубопровода и две манжеты для центровки устройства и перемещения его в потоке нефти по окончании ремонта.

Воздух из баллонов или другого источника подается в герметизирующие и удерживающие элементы по пневмолиниям через распределительные коллекторы, давление в которых создается независимо друг от друга, обеспечивая возможность изменения давления воздуха как в герметизаторах, так и в удерживающих элементах в зависимости от изменения внешних факторов.

Недостатком известного устройства является сложность монтажа его в трубопровод, необходимость полного освобождения трубопровода от нефти, что связано с большими потерями нефти и загрязнением окружающей среды.

Ближайшим техническим решением к заявляемому изобретению является устройство для перекрытия трубопровода [2], состоящее из запорного органа в виде цилиндрического тела, по окружности которого выполнены сообщенные с источником рабочей среды полости с размещенными в них с возможностью радиального перемещения приводными поршнями с поджимными элементами, контактирующими с внутренней поверхностью кольцевого уплотнения, и стопорного элемента для фиксации запорного органа в трубопроводе, причем стопорный элемент выполнен в виде закрепленных на поршнях заостренных наконечников, а кольцевое уплотнение выполнено из двух элементов, размещенных по обе стороны от заостренных наконечников.

Недостатком устройства является ненадежность работы кольцевого уплотнения, возможность продавливания внутренней образующей трубопровода заостренными наконечниками, а также сложность его монтажа в трубопровод и необходимость освобождения трубопровода от нефти.

Задачей изобретения является повышение надежности работы устройства, снижение трудоемкости и уменьшение потерь продукта при ведении работ при частичном освобождении трубопровода от продукта.

Это достигается тем, что в известном устройстве, включающем запорный орган, снабженный уплотнительными и фиксирующими элементами, перемещающимися в радиальном направлении приводными поршнями, соединенными через распределительные коллекторы с источником энергоносителя, согласно изобретению, запорный орган выполнен в виде катушки, снабженной по торцам двумя одинаковыми сборными дисками, расположенными на крестовинах, причем каждый сборный диск состоит из сплошного и выполненного из секторов дисков, соединенных между собой крепежно-направляющими болтами по пазам, образованным по радиальным образующим секторов с возможностью перемещения последних по ним, а поверхность контакта секторов с внутренней образующей трубы выполнена с кольцевыми насечками, фиксирующими запорный орган в данном сечении трубопровода, и с выборкой под герметизирующее уплотнительное кольцо, сборные диски между собой шарнирно соединены при помощи кронштейна с возможностью складывания вдоль большой оси последнего при опускании устройства внутрь трубопровода, раскрытия и фиксирования дисков перпендикулярно кронштейну, причем приводные поршни секторов каждого сборного диска соединены через коллекторы и гибкие рукава с конической пробкой в монтажном патрубке трубопровода, снабженной штуцерами вводов с клапанами и выводов энергоносителя. Перемещающиеся в радиальном направлении сектора выполнены с наложением друг на друга и притертыми между собой и к сплошному диску. Пробка выполнена из магнитного материала, а коническая ее поверхность покрыта мягким материалом для плотного контакта с монтажным отверстием в теле трубы. Уплотнительное кольцо выполнено имеющим в поперечном сечении форму швеллера или в виде надуваемого тора, причем количество секторов сборного диска зависит от диаметра перекрываемого трубопровода и выбирается из условия обеспечения прижима секторов между собой и к внутренней образующей трубы.

На фиг. 1-4 представлен общий вид катушки, на фиг. 5,6 - общий вид конической пробки со штуцерами, на фиг. 7 - общая схема работы устройства, на фиг. 8 - общий вид запасовочного приспособления, на фиг. 9 - ключ вворачивания глухой пробки по патенту РФ N2042871.

Устройство содержит запорный орган, выполненный в виде катушки с двумя сборными дисками 1 (фиг.1), каждый из которых состоит из сплошного несущего диска 2 и диска 3, выполненного в виде отдельных секторов 4, соединенных между собой крепежно-направляющими болтами 5, установленными по пазам 6 секторов 4. Поверхность контакта секторов с внутренней образующей трубы 7 выполнена с кольцевыми насечками 8 и с выборкой 9 под герметизирующее уплотнительное кольцо 10. Сборные диски расположены на крестовинах 11, которые при помощи шарниров 12 присоединены к кронштейну 13. Цилиндры 14 секторов сборного диска соединены с крестовиной 11, а их приводные поршни 15 через распределительные коллекторы 16 при помощи гибких рукавов 17 соединены со штуцерами вводов 18 и выводов 19 в конической пробке 20 (фиг. 5, 6), входящей изнутри в монтажное отверстие 21 в теле трубопровода под монтажным патрубком 22, имеющим резьбу. Коническая поверхность пробки покрыта мягким материалом 23 (свинец, полиуретан и т.п.) для герметичного закрытия отверстия 21 в теле трубы 7, причем сама пробка выполнена из магнитного материала для притягивания ее к электромагниту 24, вводимому в монтажное отверстие 21 в наконечнике 40 линии отвода продукта. В ремонтируемом участке 25 (фиг.7) подготавливают окно 26 для введения устройства перекрытия в сложенном состоянии внутрь. Для фиксирования дисков после их раскрытия в трубопроводе в перпендикулярном кронштейну 13 положении служит пружинный фиксатор 27. Монтажный патрубок 22 имеет фланец 28, на что ложится пластина 29, к которой при помощи болта 30 притягивается коническая пробка 20. Для закрытия монтажного патрубка 22 после ремонта предусмотрена глухая пробка 31 (фиг.5), которая устанавливается ключом 32 (фиг.9). Для запасовки устройства в трубу и совмещения пробки 20 с отверстием 21 в теле трубы 7 служит приспособление 33 (фиг.8). Сборные диски 2 покрыты кожухом 34 (фиг.4), на котором имеется выступ (паз) 35 для пяты толкателя 36 запасовочного приспособления, которое состоит из маточной гайки 37 с ушком для толкателя, винта 38 с наружной резьбой и с головками под ключ, двух пар быстро откидных-закидных хомутов 39. Штуцеры ввода и вывода энергоносителя 18, 19 в конической пробке 20 снабжены клапанами 39 (фиг. 3), включающими шток 40 седла 41 и штуцер 42.

Устройство работает следующим образом (фиг.7). По обе стороны подлежащего ремонту участка 25 на расстоянии безопасного ведения работ приваривают монтажные патрубки 22, через которые известным способом получают отверстия 21 в теле трубопровода 7. Патрубки 22 соединяют с линиями отводов для откачки продукта с расходом, обеспечивающим снижение уровня продукта в трубопроводе в зоне ремонтного участка до достаточного для вырубки окна 26 размером, позволяющим опустить устройство перекрытия в сложенном состоянии в трубопровод. Предварительно на наконечники 40 линий отводов надевают электромагниты 24 (фиг.7). Известным способом вырубают окно 26 и через него опускают в трубопровод устройство перекрытия в сложенном состоянии. Одновременно через окно 26 также ведут откачку продукта из ремонтного участка. Раскрывают устройство, образуя катушку, и фиксируют диски 2 в перпендикулярном кронштейну 13 положении при помощи пружинного фиксатора 27. В паз 35 на кожухе 34 вставляют пяту толкателя 36 запасовочного приспособления 33 и на рассчитанное расстояние по винту 38 толкателя перекрыватель транспортируют по трубопроводу до тех пор, пока монтажное окошко 21 с электромагнитом 24 на наконечнике 40 линии откачки и коническая пробка 20 не станут напротив друг друга, включают электромагнит, затягивают коническую пробку в отверстие 21, затем отсоединяют линию откачки, а коническую пробку 20, которая уплотнилась в отверстии вследствие специально примененного мягкого материала 23, стягивают дополнительно страховочным болтом 30 к пластине 29 на фланце 28 патрубка 22. После этого в штуцеры вводов 18 и выводов 19 (фиг.3) вворачивают клапаны 39 со штоком 40 и установочным открытым седлом 42. К штуцерам 42 вводов и выводов через клапан 39 подсоединяют источник энергоносителя и подают его в цилиндры 14 секторов 4 обоих сборных дисков. Под давлением энергоносителя сектора 4 перемещаются к образующей внутренней поверхности трубопровода 7, сцепляются за нее насечками, одновременно прижимая уплотнительное кольцо 10 к той же образующей трубы. Удерживающая устройство на месте сила контролируется по давлению энергоносителя манометрами. При этом происходит герметичное перекрытие одной стороны ремонтного участка трубы двумя сборными дисками, один из которых является страховочным, причем уплотнительное кольцо 10 своей открытой частью в обоих дисках повернуто к возможному потоку продукта.

В варианте использования надуваемого тора в качестве уплотнительного кольца (обычно для труб большого диаметра) место выхода энергоносителя из цилиндра заглушают, а линию выхода продляют и соединяют с тором. Аналогично перекрывают ремонтный участок с другой стороны, причем работы по герметизации и откачке продукта из аварийного участка могут вестись одновременно. После откачки продукта между двумя устройствами отрезают подлежащий замене участок трубы, заменяют его новым и по окончании работ отсоединяют линии подвода и отвода энергоносителя. Для исключения смещения конической пробки от монтажного окошка при отсоединении линий ввода служит клапан 39, который поддерживает необходимое давление в секторе и предотвращает смыкание секторов и попадание продукта в полость между двумя дисками. Выворачивают страховочные болты 30 и на фланцы 28 монтажных патрубков 22 устанавливают ключи 32 с навешанными на них глухими пробками 31, которые имеют наружную резьбу под резьбу монтажного патрубка. Специальный ключ 32 выполнен по патенту РФ N2042871 [3] "Устройство перекрытия отвода", на конце которого изменена только конструкция пробки (фиг.8). При вворачивании ключом глухой пробки 29 происходит сначала открытие клапана 39, затем выталкивание конической пробки 20 в трубопровод. Фиксирующие и уплотнительные элементы дисков отходят от образующей трубопровода. Затем открывают линейные задвижки (краны) с обеих сторон ремонтного участка и потоком продукта запорные устройства транспортируют до ближайшей камеры приема поточных средств.

Предлагаемое устройство может быть использовано при ликвидации аварий на трубопроводах, а также при ведении профилактических и капитальных их ремонтов. Использование предлагаемого изобретения позволит произвести ремонт на трубопроводе в короткие сроки при частичном освобождении трубопровода от нефти без подготовки котлована для сброса нефти из трубопровода. При этом снизятся потери нефти вследствие отсутствия необходимости строительства котлована для сброса продукта из трубопровода, а также будут уменьшены трудозатраты на опорожнение трубопровода и земляные работы, уменьшится воздействие введения ремонтных работ на экологию.

Устройство для перекрытия применимо также и при запасовке его через отрезанные концы трубопровода при полном опорожнении его от продукта, например, при ремонте переходов через водные объекты и в других случаях, как заменитель применяемого в настоящее время при подобных работах глиняного тампона.

Повышение надежности перекрытия трубопровода обеспечивается за счет применения катушки с главным перекрывающим диском и его страховочным дублером.

Источники информации 1. Вершинин В.Н. и др. Опыт применения новой технологии и устройства для временного перекрытия нефтепроводов при ремонтных работах // Трубопроводный транспорт нефти. М.: ВНИИОЭНГ, 1994, N2.

2. Авт. св. СССР N 1231309, кл. F 16 L 55/16. Устройство для перекрытия трубопровода /А.А.Анненков; заявл. 29.04.84; опубл. 15.05.86, N18.

3. Патент РФ N2042871, кл. F 16 L 55/162. Устройство перекрытия отвода/ И.Ю.Хасанов; заявл. 21.07.93; опубл. 27.08.95, N24.

Формула изобретения

1. Устройство для временного перекрытия трубопровода, включающее запорный орган, снабженный уплотнительными и фиксирующими элементами, перемещающимися в радиальном направлении приводными поршнями, соединенными через распределительные коллекторы с источником энергоносителя, отличающееся тем, что запорный орган выполнен в виде катушки, снабженной по торцам двумя одинаковыми сборными дисками, расположенными на крестовинах, причем каждый сборный диск состоит из сплошного и выполненного из секторов дисков, соединенных между собой крепежно-направляющими болтами по пазам, образованным по радиальным образующим секторов с возможностью перемещения последних по ним, а поверхность контакта секторов с внутренней образующей трубы выполнена с кольцевыми насечками, фиксирующими запорный орган в данном сечении трубопровода, и с выборкой под герметизирующее уплотнительное кольцо, сборные диски между собой шарнирно соединены при помощи кронштейна с возможностью складывания вдоль большой оси последнего при опускании устройства внутрь трубопровода, раскрытия и фиксирования дисков перпендикулярно кронштейну, причем приводные поршни секторов каждого сборного диска соединены через гибкие рукава с конической пробкой в монтажном патрубке трубопровода, снабженной штуцерами вводов и выводов энергоносителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перемещающиеся в радиальном направлении сектора выполнены с наложением друг на друга и притертыми между собой и к сплошному диску.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пробка выполнена из магнитного материала, а коническая ее поверхность покрыта мягким материалом.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнительное кольцо выполнено самогерметизирующимся, имеющим в поперечном сечении форму швеллера.

5. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что количество секторов сборного диска зависит от диаметра перекрываемого трубопровода и выбирается из условия обеспечения прижима секторов между собой и к внутренней образующей трубы.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что штуцеры ввода и вывода энергоносителя конической пробки снабжены золотниковыми клапанами двойного действия.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнительное кольцо выполнено в виде надуваемого тора, соединенного с линией выхода энергоносителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9