Устройство для исследования коррозии и определения эффективности обработки химреагентами внутренней поверхности действующего трубопровода

 

Использование: изобретение относится к устройствам для исследования коррозии и определения эффективности обработки химреагентами внутренней поверхности действующего трубопровода путем введения химреагентов в поток перекачиваемой по трубопроводу среды и может быть использовано в химической, нефтегазовой промышленности, в магистральных транспортных системах. Сущность: устройство содержит корпус, полость которого сообщена с полостью трубопровода, смонтированный на запорном клапане, установленном на отводе трубопровода, сборно-разборную колонну штанг, установленную с возможностью осевых перемещения и фиксации в корпусе с уплотнением, имеющую на нижнем конце держатель с образцом-свидетелем, на верхнем - крон-блок, привод, установленный на корпусе, сопряженный с колонной штанг, фиксатор. Привод выполнен в виде двух пневмоцилиндров, одним концом - гильзой - соединенных с корпусом по разные его стороны, другим концом – штоком - с заклиниваемыми хомутами с управляемым ограничителем заклинивания, установленными на колонне штанг и сопряженными с нею с возможностью движения вдоль нее. При этом пневмоцилиндры расположены вдоль оси корпуса на расстоянии не менее чем сумма двух ходов штока пневмоцилиндра и ширины хомута, кроме того, привод снабжен блоком пневмоклапанов, сообщенным с полостью корпуса и полостями пневмоцилиндров, свечой, сообщенной с блоком пневмоклапанов. Держатель длиной, равной внутреннему диаметру трубопровода, является продолжением нижней полой штанги колонны и выполнен в виде пилона с удобообтекаемой аэродинамической формой сечения, в середине которого установлена контрольная пластина - образец, и на нижнем конце его с возможностью качания вокруг оси, параллельной оси трубопровода, закреплен одним концом образец-свидетель, выполненный из нескольких разновеликих по длине полос из материала трубопровода, жесткосоединенных между собой вдоль, в виде предварительно изогнутой при изготовлении рессоры с изгибом наружной поверхности, образованным самой длинной полосой, радиус которой равен внутреннему радиусу трубопровода, вплотную без зазоров прижатой к внутренней поверхности трубопровода. Другим концом образец-свидетель, расположенный между ограничительными роликами, установленными в полости нижней штанги, запасованный в направляющие движения пазы штанги, закреплен с возможностью качания вокруг оси, параллельной оси трубопровода, на головке штока пневмоцилиндра, встроенного в штангу и сообщенного с блоком пневмоклапанов каналами через колонну штанг, с уплотнениями в местах их свинчивания и через крон-блок, сопряженный с установленным на время исследования на корпусе регулируемым фиксатором. Причем головка штока своими выступами запасована в направляющие пазы штанги, а передняя по ходу потока среды в трубопроводе кромка образца-свидетеля имеет с внутренней стороны изгиба фаску под углом не более 30° к внутренней поверхности трубопровода. Технический результат - создание устройства для исследования коррозии, обеспечивающего установку образца в трубопровод с использованием потенциальной энергии сжатой среды в трубопроводе, безопасность, качество и эффективность исследовательских работ по замеру коррозии. 9 ил.

Изобретение относится к устройствам для исследования коррозии и определения эффективности обработки химреагентами внутренней поверхности действующего трубопровода путем введения химреагентов в поток перекачиваемой по трубопроводу среды, в частности путем аэрозольного нанесения ингибиторов коррозии на внутреннюю поверхность магистральных трубопроводов, транспортирующих газ с химически активными составляющими, и может быть использовано в химической, нефтегазовой промышленности, в магистральных транспортных системах.

Известен образец-свидетель для исследования коррозии трубопроводов (SU а/с 559152, МКИ G 01 N 1/28; G 01 N 17/00, 05.05.1975 г.), выполненный в виде полого цилиндра из материала исследуемого трубопровода, разрезанного вдоль оси, обладающего упругой податливостью под действием радиальных усилий и изолированного по наружной поверхности таким образом, что участки вдоль линии разреза не покрыты.

Недостатком этого образца-свидетеля является необходимость остановки работы и демонтажа трубопровода для извлечения образца-свидетеля с целью получения результатов исследования.

Известен образец-свидетель для исследования коррозии трубопроводов (SU а/с 868435; МКИ G 01 N 1/28; G 01 N 17/00, 11.01.1980 г.), выполненный в виде полосы с изолирующим покрытием на нерабочих поверхностях, имеющий радиус гиба рабочего участка, равный радиусу исследуемого трубопровода, в форме петли, закрепленный по концам на фиксирующем стержне.

Недостатком этого образца-свидетеля является неспособность конструкции образца-свидетеля проводить исследования боковой и верхней частей внутренней поверхности трубопровода, что крайне актуально при исследовании результатов аэрозольной обработки химреагентами магистральных трубопроводов.

Известно устройство для спуска-подъема контрольно-измерительных приборов и исследуемых образцов в действующий трубопровод (RU патент №2098715; МКИ 6F 17 D 3/00, 23.07.1996 г.), включающее корпус, размещенный на установленном на отводе трубопровода запорном клапане и размещенный с возможностью осевого перемещения из корпуса шток с держателем образцов и приборов и уплотнением, связанный с приводом в виде съемной лебедки, с основанием, установленным на корпусе, на котором закреплен мертвый конец троса, с храповиком с собачкой, установленным на оси барабана, и кронблок, установленный над корпусом, через ролик которого перекинут мертвый конец троса, а шток выполнен в виде колонны штанг с радиальными отверстиями в верхней части каждой штанги, причем верхний конец колонны штанг соединен с кронблоком, а на верхнем конце корпуса выполнено радиальное отверстие для размещения в нем и в отверстии штанги, расположенной в полости корпуса, фиксатора.

Известное устройство обладает рядом недостатков:

- не обеспечивается возможность исследования боковой части внутренней поверхности трубопровода;

- используется посторонний источник энергии (мускульная энергия рабочих) для осуществления операции спуска-подъема колонны штанг при имеющейся в наличии потенциальной энергии сжатой среды в трубопроводе;

- максимальные размеры образца перпендикулярно оси колонны штанг не могут превышать диаметра проходного отверстия запорного клапана, поэтому при обтекании держателя потоком среды образуются искажения течения потока, влияющие на достоверность результатов исследования образцами;

- при прохождении радиального отверстия в штанге через уплотнение возможен прорыв среды из корпуса в окружающее пространство и со 100% вероятностью разрушение эластичных элементов уплотнения;

- не предусмотрено конструкцией устройства стравливание в атмосферу с соблюдением мер безопасности остатков сжатой среды после закрытия запорного клапана из корпуса перед демонтажом устройства.

Известное устройство наиболее близко по технической сущности и достигаемым результатам к заявляемому изобретению.

Технической задачей изобретения является создание устройства для исследования коррозии и определения эффективности обработки химреагентами внутренней поверхности действующего трубопровода, конструкция которого обеспечивает исследование верхней, боковой, нижней частей внутренней поверхности трубопровода, в пределах 180° по окружности трубопровода, использование потенциальной энергии сжатой среды в трубопроводе для осуществления процессов спуска-подъема колонны штанг, установки образца на место и извлечения его, а также безопасность, качество и эффективность исследовательских работ по замеру коррозии и определению эффективности обработки химреагентами внутренней поверхности действующего трубопровода.

Примером технического результата изобретения является способность предлагаемого устройства осуществлять беспрепятственную установку и извлечение из действующего трубопровода образца-свидетеля в виде изогнутой полосы из материала трубопровода, во время исследования плотно примыкающей к внутренней поверхности трубопровода по дуге с углом по окружности более 180° .

При этом полоса не влияет существенным образом на картину течения пристенного слоя потока среды в трубопроводе. Давления среды в трубопроводах могут достигать значительной величины до 8 МПа и более, поэтому при работе устройства возникают значительные механические усилия, преодолевать которые рациональнее всего путем использования потенциальной энергии сжатой в трубопроводе среды, которую можно применять в качестве рабочего агента в пневмоприводе. Неизбежные в этом случае выбросы среды следует осуществлять через свечу, направляющую выбросы среды в атмосферу, на ветер, на безопасной высоте над поверхностью земли, с целью предотвращения создания локализованного объема воздуха, смешанного со сбрасываемой средой, чреватого взрывом или же массированным вредным воздействием на живую природу.

Техническая задача решается тем, что в устройстве для исследования коррозии и определения эффективности обработки химреагентами внутренней поверхности действующего трубопровода, содержащем корпус, полость которого сообщена с полостью трубопровода, смонтированный на запорном клапане, установленном на отводе трубопровода, сборно-разборную колонну штанг, установленную с возможностью осевых перемещения и фиксации в корпусе с уплотнением, имеющую на нижнем конце держатель с образцом-свидетелем, на верхнем - крон-блок, привод, установленный на корпусе, сопряженный с колонной штанг, фиксатор, согласно изобретению привод выполнен в виде двух пневмоцилиндров, одним концом - гильзой - соединенных с корпусом по разные его стороны, другим концом - штоком - с заклиниваемыми хомутами с управляемым ограничителем заклинивания, установленными на колонне штанг и сопряженными с нею с возможностью движения вдоль нее, при этом пневмоцилиндры расположены вдоль оси корпуса на расстоянии не менее чем сумма двух ходов штока пневмоцилиндра и ширины хомута, кроме того, привод снабжен блоком пневмоклапанов, сообщенным с полостью корпуса и полостями пневмоцилиндров, свечой, сообщенной с блоком пневмоклапанов, а держатель длиной, равной внутреннему диаметру трубопровода, является продолжением нижней полой штанги колонны и выполнен в виде пилона с удобообтекаемой аэродинамической формой сечения, в середине которого установлена контрольная пластина-образец, и на нижнем конце его с возможностью качания вокруг оси, параллельной оси трубопровода, закреплен одним концом образец-свидетель, выполненный из нескольких разновеликих по длине полос из материала трубопровода, жестко соединенных между собой вдоль, в виде предварительно изогнутой при изготовлении рессоры с изгибом наружной поверхности, образованным самой длинной полосой, радиус которой равен внутреннему радиусу трубопровода, вплотную без зазоров прижатой к внутренней поверхности трубопровода; другим концом образец-свидетель, расположенный между ограничительными роликами, установленными в полости нижней штанги, запасованный в направляющие движения пазы штанги, закреплен с возможностью качания вокруг оси, параллельной оси трубопровода, на головке штока пневмоцилиндра, встроенного в штангу и сообщенного с блоком пневмоклапанов каналами через колонну штанг, с уплотнениями в местах их свинчивания и через крон-блок, сопряженный с установленным на время исследования на корпусе регулируемым фиксатором, причем головка штока своими выступами запасована в направляющие пазы штанги, а передняя по ходу потока среды в трубопроводе кромка образца-свидетеля имеет с внутренней стороны изгиба фаску под углом не более 30° к внутренней поверхности трубопровода.

Сущность изобретения поясняется на чертежах: фиг.1 - общий вид устройства; фиг.2 - продольное сечение А-А; фиг.3 - сечение Б-Б по головке штока пневмоцилиндра в полой штанге; фиг.4 - выноска В с общего вида устройства с сечением по оси симметрии; фиг.5 - сечение Г-Г поперек муфты со штангой; фиг.6 - сечение Д-Д по вкладышу муфты; фиг.7 -сечение Е-Е муфты по ограничителям; фиг.8 - сечение Ж-Ж поперек образца-свидетеля; фиг.9 - вид сбоку И на устройство.

Устройство состоит (см. фиг.1, 2, 3, 8) из корпуса 1 с уплотнением 2, смонтированного на запорном клапане 3, установленном на отводе действующего трубопровода 4, полость 5 корпуса 1 сообщена таким образом с полостью действующего трубопровода 4.

В корпусе 1, плотно, с кинематическим (позволяющим движение без перекосов только строго по оси) зазором, с возможностью осевых перемещения и фиксации установлена колонна 6 штанг 7, свинченных на резьбе друг с другом. На верхнем конце колонны 6 установлен крон-блок 8 (см. “Новый политехнический словарь”.- М.: БРЭ, 2000 г. - от нем. Krone - венец; блок - часть механизма, представляющая собой совокупность функционально объединенных элементов), на нижнем - держатель 9 с образцом-свидетелем 10 и контрольной пластиной-образцом 11 по середине. Длина L_д держателя 9 равна по величине внутреннему диаметру D_вн.тр трубопровода 4. Контрольная пластина-образец 11 изготовлена из материала трубопровода и служит для объективной тарировочной оценки влияния активного фактора предмета исследования на результаты эксперимента.

Держатель 9 является продолжением нижней полой штанги 12 колонны 6 и выполнен в виде пилона с поперечным сечением удобообтекаемой аэродинамической формы, для того чтобы уменьшить возмущающее воздействие процесса обтекания пилона потоком среды в действующем трубопроводе 4 на картину течения потока в месте исследования с тем, чтобы свести к минимуму отрицательное воздействие нарушений течения на достоверность исследования. На нижнем конце держателя 9 закреплен с возможностью качания вокруг оси, параллельной оси трубопровода 4, нижний конец образца-свидетеля 10. Образец-свидетель 10 представляет собой рессору, предварительно изогнутую при изготовлении путем сварки или склепывания вдоль друг с другом нескольких разновеликих по длине, заранее изогнутых полос из материала трубопровода 4. Внешний радиус изгиба равен внутреннему радиусу D_вн.тр/2 трубопровода 4. Разновеликость по длине полос, собираемых в рессору, объясняется стремлением достигнуть такой формы изгиба ее под действием продольного внецентренного усилия (при потере рессорой первоначальной, заранее предусмотренной при изготовлении, формы изгиба из-за приложения случайных нагрузок, вызывающих напряжения изгиба, превышающих по величине предел пропорциональности материала), чтобы внешняя поверхность рессоры, образуемая самой длинной полосой, принимала форму окружности.

Верхний конец образца-свидетеля 10, пропущенный между ограничительными роликами 13 и 14, установленными в полости штанги 12, запасованный в направляющие пазы 15 штанги 12, закрепленный с возможностью качания вокруг оси, параллельной оси трубопровода 4, к головке 16 штока 17 пневмоцилиндра 18, встроенного в штангу 12. Головка 16 своими выступами 9 также запасована в пазы 15. Полости пневмоцилиндра 18 каналами 20 в штангах 12, 7 герметизируемыми уплотнениями 21 в местах свинчивания штанг 7, 12 в колонну 6 и крон-блока 8 с ними, через крон-блок 8, гибкие трубопроводы 22 сообщены с блоком пневмоклапанов 23, который трубопроводом 24 в свою очередь сообщен с полостью 5 корпуса 1 и трубопроводом 25 - со свечой 26. Радиусы ролика 14, прогиба R опорного камня 27 пазов 15 должны быть максимальными, насколько допускает диаметр штанги 12, для того чтобы изгибные напряжения при возможных вынужденных изгибах образца-свидетеля 10 в этих местах не превышали по величине предела упругости материала образца-свидетеля 10. Опорный камень 27 для уменьшения сил трения изготавливается из фторопласта Ф-4.

Передняя кромка образца-свидетеля 10, плотно примыкающего к внутренней поверхности трубопровода при исследовании, выполнена с фаской “k” под углом α ≤ 30° к поверхности трубопровода 4 для минимизации искажения картины течения потока среды в трубопроводе 4 и направлена против направления К потока. Ширина Z и толщина t образца-свидетеля 10 определяются диаметром штанги 12, который выбирается в свою очередь сообразно диаметру D_вн.тр трубопровода 4.

Для перемещения колонны 6 со штангами 7 и 12 с держателем 9 и образцом-свидетелем 10 в полость трубопровода 4 с преодолением усилия выталкивания колонны 6 сжатой средой в действующем трубопроводе 4 силы трения колонны 6 об уплотнение 2 необходимо приложение значительного усилия вдоль колонны 6, в практике до 3 т.е. Для осуществления этого предусмотрен привод (см. фиг.4, 5 6, 7, 9) из двух пневмоцилиндров 28, закрепленных одним концом на корпусе 1, другим - штоком 29 - на заклиниваемых хомутах 30, установленных на колонне 6 с возможностью продольных по колонне 6 перемещения и фиксации. Для обеспечения встречных перемещений хомутов 30 пневмоцилиндры 28 на корпусе 1 расположены друг от друга на расстояние L≥ 2S+Н, где S - ход штока 29, Н - ширина хомута 30. Полости пневмоцилиндров 28 сообщены гибкими трубопроводами 31 с блоком пневмоклапанов 23. Блок пневмоклапанов 23 служит для управления работой пневмоцилиндров 18, 28 и стравливает неизбежные при этом сбросы отработанной в пневмоцилиндрах 18, 28 среды из трубопровода 4 в свечу 26, которая развеивает их по ветру в атмосферу на безопасной высоте над землей.

Хомут 30 включает опорный вкладыш 32, запасованный своими направляющими 33 в пазы 34 хомута 30 для предотвращения его перекоса. Рабочие поверхности вкладыша 32 и хомута 30, сопрягаемые с поверхностью колонны 6, облицованы прочным упругим материалом с высоким коэффициентом трения о полированную поверхность стальных штанг 7, 12 колонны 6, например резина или полиуретан повышенной твердости. Это сделано не только с целью повысить силу трения хомута 30 о колонну 6, но и с целью не повредить поверхность колонны 6, с тем чтобы не разрушить, в противном случае, эластичные элементы уплотнения 2 и обеспечить максимальную герметизацию уплотнением 2 сопряжения корпус 1 - колонна 6.

Вкладыш 32 сопрягается с двуплечим кулачком 35, одним плечом которого является эксцентрик 36, другим - рычаг 37, соединенный осью 38 со штоком 29 пневмоцилиндра 28. Кулачок 35 качается на оси 39, установленной в хомуте 30. Размеры эксцентриситета “е” эксцентрика 36 и “l” рычага 37 связаны соотношением l≥ e/f, где f - коэффициент трения хомута 30 о колонну 6.

Для обеспечения холостых возвратных движений хомута 30 служат постоянный ограничитель 40 для случая перемещения хомута 30 вверх по колонне 6 при ее внедрении в полость трубопровода 4 и управляемый ограничитель 41 для случая перемещения хомута 30 вниз по колонне 6 при ее извлечении из полости трубопровода 4 с целью предотвращения несанкционированного заклинивания хомута 30 на колонне 6. Ограничители 40, 41 размещены в круговом пазу 42 кулачка 35 и установлены в хомуте 30. Ограничитель 41 имеет привод 43: ручной или же механический в зависимости от наличия системы автоматического управления работой пневмоцилиндров 18, 28. Ширина Н хомута 30 выбрана в зависимости от диаметра колонны 6 такой величины, чтобы обеспечить свободное без самопроизвольного заклинивания перемещение хомута 30 по колонне 6 как ползуна по направляющей при холостых ходах пневмоцидиндров 28. После внедрения колонны 6 в полость трубопровода 4 и установки образца-свидетеля 10 на место колонну 6 фиксируют в осевом направлении установкой регулируемого инвентарного фиксатора 44, прикрепляемого к корпусу 1 одним концом, другим - к крон-блоку 8. Фиксатор 44 устанавливается на время исследований, которое может длиться до нескольких десяткой или сотен часов, поскольку возложение исполнения функции фиксации колонны 6 на пнемоцилиндры 28 и хомуты 30 нерационально с точки зрения техники безопасности при исследовании.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 с уплотнением 2 и вставленной в него колонной штанг 6 монтируют на закрытый запорный клапан 3 на отводе действующего трубопровода 4. Пневмоцилиндры 28 постоянно установлены на корпусе 1, соединены с хомутами 30 на колонне 6 и сообщены с блоком пневмоклапанов 23. Сверху на колонне 6 установлен крон-блок 8. Нижняя полая штанга 12 колонны 6 с держателем 9, образцом-свидетелем 10 и контрольной пластиной-образцом 11 размещаются в корпусе 1. Шток 17 пневмоцилиндра 18 втянут внутрь. Для осуществления этого блок пневмоклапанов 23 должен быть подключен к трубопроводу 4 помимо занимаемого устройством отвода или же к независимому источнику рабочего агента, химически нейтрального или же аналогичного среде в трубопроводе 4. Образец-свидетель 10 втянут в полость нижней штанги 12 и находится в нерабочем положении 45. Длину колонны 6 выбирают заранее свинчиванием необходимого количества штанг 7. Можно наращивать длину колонны 6 и в процессе работы, но, поскольку каналы 20 заполнены рабочим агентом, необходимо установить на обоих концах каждой штанги 7 и 12 на каждом канале 20 пневмозамки, запирающие каналы 20 при развинчивании штанг 7 и 12 друг от друга и отпирающие каналы 20 при свинчивании. Это усложняет конструкцию и может быть выполнено в конкретном случае исполнения устройства при необходимости исследования трубопровода 4 в различных местах при отсутствии данных, необходимых для определения заданной длины колонны 6.

Можно задавать длину колонны 6 с гарантированным запасом по длине. Но возможно также и отсутствие в этих местах точек подключения к трубопроводу 4 помимо отвода и независимых источников рабочего агента. В этом случае действовать следует следующим порядком: определяется глубина залегания под землей трубопровода 4 по документам на него или же отрывкой контрольного шурфа, затем высчитывается необходимая длина колонны 6 и осуществляется свинчивание необходимого количества штанг 7 и 12, перед этим специальным инструментом типа длинного стержня с резьбой на конце втягивается внутрь пневмоцилиндра 18 шток 17, для чего инструмент через центральное отверстие штанги 12 ввинчивается в специально для этого предусмотренное резьбовое отверстие на поршневом конце штока 17. Штанга 12 с держателем 9 и образцом-свидетелем 10 в положении 45 вставляется в корпус 1, и инструмент извлекается из штанги 12. Свинчивание штанг 7, 12 в колонну 6 осуществляется инструментом типа ключа трубного цепного ГОСТ 19826-74В с дополнительной эластичной фрикционной облицовкой рабочих поверхностей ключа, обеспечивающей сохранность полированной поверхности штанг 7, 12. После этого корпус 1 со вставленной в него колонной 6 монтируется на клапан 3 и колонна 6 фиксируется фиксатором 44. Открывается кран 3 и среда из трубопровода 4 поступает в блок пневмоклапанов 23. Затем одним из пневмоцилиндров 28 производится заклинивание хомута 30 на колонне 6 и восприятие им осевого усилия колонны 6. Фиксатор 44 снимается, устройство готово к работе. Такой порядок действий применим во всех случаях. Поочередным действием управляемых блоком пневмоклапанов 23 пневмоцилиндров 28 колонна 6 опускается в полость трубопровода 4 до соприкосновения нижнего конца держателя 9 со стенкой трубопровода 4. Когда один из пневмоцилиндров 28 увлекает штангу вниз, другой в это время холостым ходом поднимает хомут 30 по штанге 6 вверх и наоборот. Во время этой операции управляемый ограничитель 41 извлечен из кругового паза 42. При движении штока 29 пневмоцилиндра 28 вниз кулачок 35 поворачивается и эксцентриком 36 прижимает вкладыш 32 к поверхности колонны 6 с усилием, создающим силу трения хомута 30 и вкладыша 32 о колонну 6, превышающим по величине осевое усилие колонны 6. То есть происходит заклинивание хомута 30 на колонне 6 и этим обеспечивается рабочий ход пневмоцилиндра 28. При движении штока 29 вверх кулачок 35 поворачивается до упора ограничителя 40 в конец кругового паза 42, при этом муфта 30 расклинивается и движется вверх по штанге 6. Этим обеспечивается холостой ход пневмоцилиндра 28.

При извлечении колонны 6 из полости трубопровода 4 пневмоцилиндры 28 поочередно, аналогично действиям их при опускании колонны 6, одерживают выталкиваемую из полости трубопровода 4 давлением среды в нем колонну 6. В этом случае заклинивание хомута 30 на колонне 6 происходит за счет одерживающего усилия пневмоцилиндра 28 при его рабочем ходе вверх. Холостой ход пневмоцилиндра 28 вниз обеспечивается тем, что муфта 30 в этом случае не заклинивается, за счет того что управляемый ограничитель 41 вводится в круговой паз 42 и стопорит поворот кулачка 35, не позволяя в этом случае эксцентрику 36 прижимать вкладыш 32 к колонне 6. При рабочем ходе пневмоцилиндра 28 управляемый ограничитель 41 выводится из кругового паза 42, освобождая от стопорения кулачок 35. Пневмоцилиндром 18 под управляющим воздействием блока пневмоклапанов 23 верхний конец образца-свидетеля 10 подается вниз. Верхний конец образца-свидетеля 10 движется вместе с головкой 16 штока 17 пневмоцилиндра 18 в направляющих пазах 15 нижней штанги 12 и проталкивается между ограничительными роликами 13, 14 в полость трубопровода 4, где образец-свидетель 10 начинает принимать форму изгиба, заложенную и зафиксированную при изготовлении, изгибаясь из вытянутого нерабочего положения 45 в рабочее положение 46. Образец-свидетель 10 практически самостоятельно, за счет упругости, стремится без воздействия со стороны пневмоцилиндра 18 занять рабочее положение 46. Этому способствует подъемная сила, действующая на образец-свидетель 10 в направлении поверхности трубопровода 4, возникающая под аэродинамическим воздействием среды при обтекании образца-свидетеля, имеющего угол атаки потока на передней кромке α до 30° . На последнем остатке пути по установке образца-свидетеля 10 в рабочее положение 46 верхний конец его, изогнутый по форме радиуса R прогиба камня 27, скользит по его поверхности и под силовым воздействием пневмоцилиндра 18 направленно производит силовое прижатие образца-свидетеля 10 к внутренней поверхности трубопровода 4. Радиус R прогиба камня 27 выбирается такой величины, чтобы при изгибе на нем верхнего конца образца-свидетеля 10, изготовленного как многослойная из разновеликих по длине полос рессора, деформация изгиба не превышала предела упругости и была обратимой. Это необходимо при использовании образца-свидетеля 10 для определения эффективности обработки химреагентами внутренней поверхности трубопровода 4, для обеспечения многократного его применения. Такой необходимости при исследовании коррозии нет. Верхний конец образца-свидетеля 10 образован только лишь самой длинной полосой рессоры. Радиус R прогиба камня 27 должен быть не менее чем в 15 раз больше толщины полосы (см. “Справочник конструктора-машиностроителя”. В. И. Анурьев, Том 3, глава II. - М.: Машиностроение, 1980 г.), чтобы изгибные деформации оставались в пределах упругости. Но даже в противном случае конструкция и совместное расположение роликов 13, 14, пазов 15 камня 27 обеспечивает постановку образца-свидетеля 10 в рабочее положение 46 под силовым воздействием пневмоцилиндра 18.

Образец-свидетель 10, плотно прижатый к внутренней поверхности трубопровода 4, имеющий на передней кромке фаску “k” под углом α ≤ 30° и толщиной, не превышающей толщину пограничного слоя потока среды в трубопроводе 4, беспрепятственно, без завихрений, обтекается потоком среды, картина течения пристенных слоев потока при этом не нарушается, что служит гарантией объективности исследования воздействий активных факторов предмета исследования по всей окружности внутренней поверхности трубопровода 4, от верха и до низа. Распределение активных факторов в среде по высоте диаметра трубопровода 4 в силу влияния силы тяжести не одинаково, и образец-свидетель 10 объективно отражает влияние характера распределения активных факторов на внутреннюю поверхность трубопровода 4. Расположенная по центру полости трубопровода 4 пластина-образец 11 служит для определения среднестатистической плотности распределения активных факторов в потоке среды. После установки устройства в рабочее положение на крон-блок 8 устанавливается регулируемый фиксатор 44, скрепленный с корпусом 1, фиксирующий фактическое положение колонны 6. Блок пневмоклапанов 23, пневмоцилиндры 18, 28 выводятся из сообщения с полостью 5 корпуса 1. В таком положении устройство остается на все время исследования. Образец-свидетель 10 подвергается воздействию активных факторов предмета исследования: коррозии или обработке химреагентами; аналогично воздействию их на внутреннюю поверхность трубопровода 4, с той же интенсивностью и результатом. Извлечение образца-свидетеля 10 для снятия результатов осуществляется следующим образом: приводятся в сообщение с полостью 5 корпуса 1 все элементы пневмоприводов 18, 23, 28, снимается фиксатор 44, пневмоцилиндром 18 верхний конец образца-свидетеля 10 втягивается в штангу 12 в нерабочее положение 45. Колонна 6, одерживаемая пневмоцилиндрами 28, выводится давлением среды из полости трубопровода 4. Штанга 12 с держателем 9 размещается в корпусе 1, выше клапана 3 в зоне длиной L_к, то есть от стыка фланцев клапана 3 и корпуса 1 до начала уплотнения 2. Длина L_к определяется расчетом

из соображений размещения в зоне L_к корпуса 1 не только держателя 9, но и хвоста образца-свидетеля 10 в виде петли длиной , образовавшейся при обжатии его в случае выхода из строя пневмоцилиндра 18 и невозможности втягивания верхнего конца образца-свидетеля 10 в полость штанги 12, движением колонны 6 о края отверстия отвода трубопровода 4. После извлечения держателя 9 с образцом-свидетелем 10 из полости трубопровода 4 клапан 3 перекрывается и устройство демонтируется.

Примером конкретного исполнения устройства служит расчет основных конструктивных размеров устройства для исследования коррозии или определения эффективности обработки ингибитором коррозии внутренней поверхности трубопровода 4 диаметром 720× 10 мм магистрального газопровода, перекачивающего природный газ, содержащий следы углекислоты и сероводородсодержащих соединений, с давлением Р₀=5,5 МПа.

Выбираем диаметр штанг 7, 12 размером d_ш=50 мм. Клапан 3 - D_y=50 мм. Исходя из конструктивных соображений ширину образца-свидетеля 10 - Z, изготовленного виде рессоры из 5 разновеликой длины полос толщиной t 0,4 мм из материала трубопровода 4, выбираем величиной 30 мм. Диаметр штанги 12 _ш=50 мм конструктивно позволяет выполнить радиус R прогиба камня 27 равным 25 мм. Соотношение R/t=25/0,4=62,5 в 4,2 раза больше минимально допустимого для предотвращения изгибных деформаций вне пределов зоны упругости материала. Это заведомо гарантирует отсутствие остаточных деформаций. Толщина рессоры 5× 0,4=2 мм и ширина Z=30 мм вполне обеспечат аэродинамическую устойчивость образца-свидетеля 10 под воздействием потока газа во время перехода образца-свидетеля 10 из нерабочего 45 в рабочее 46 положение.

Усилие выталкивания колонны 6 давлением среды Р₀₌5,5 МПа из полости трубопровода 4 составляет

Выбираем диаметр пневмоцилиндров 28 равным, с запасом на преодоление сил трения в уплотнении 2, d_ц - 65 мм, усилие пневмоцилиндра 28 в этом случае будет равно 1555 кгс. Диаметр пневмоцилиндра 18 выбираем исходя из допускаемого напряжения сжатия τ _cж=25 МПа полосы 20 толщиной δ =0,4 мм и шириной Z=30 мм.

F₁=τ_сж·δ·Z10^-1=25· 0,4· 30· 10^-1=30 кгс.

Этого усилия вполне достаточно, чтобы поставить образец-свидетель 10 в рабочее 46 и вытянуть в нерабочее 45 положение. При приложении этого усилия полоса не теряет устойчивость от продольного усилия пневмоцилиндра 18, поскольку ограничена от продольного изгиба направляющими пазами 15, в которых она движется. По выходе из пазов 15 полоса изгибается и, опираясь боковой поверхностью на поверхность прогиба камня 27, скользит по нему, преобразует направление усилия и передает его центральной части образца-свидетеля 10, загоняя его в положение 46, и в дальнейшем плотно прижимает его к внутренней поверхности трубопровода 4.

Диаметр D_ц пневмоцилиндра 18 согласно расчету равен

,

принимаем D_ц=10 мм.

Длина L_к части корпуса 1 для размещения держателя 9 и образца-свидетеля 10 составляет

принимаем L_к=1000 мм.

Материалом основных деталей устройства выбирается легированная коррозионно-стойкая сталь. Трущиеся поверхности хромируются. Изготовление штанг 7, 12 с внутренними каналами 20 не представляет собой особой трудности: в заготовке в виде трубы фрезеруются по поверхности продольные пазы, затем они с помощью сварки закрываются пластинами и после сварки заготовка обтачивается. Эластичные детали уплотнителя 2 и уплотнения пневмоцилиндров 18, 28 выполняются из фторопласта Ф4.

Применение устройства в практике позволит эффективно, качественно, а главное, с большой степенью достоверности оценивать результаты исследования коррозии или эффективности обработки химреагентами внутренней поверхности действующего трубопровода, проводить внедрение и извлечение образца-свидетеля в полость действующего трубопровода, используя потенциальную энергию среды в нем, обеспечивая достаточную степень безопасности работ.

Формула изобретения

Устройство для исследования коррозии и определения эффективности обработки химреагентами внутренней поверхности действующего трубопровода, содержащее корпус, полость которого сообщена с полостью трубопровода, смонтированный на запорном клапане, установленном на отводе трубопровода, сборно-разборную колонну штанг, установленную с возможностью осевых перемещений и фиксации в корпусе с уплотнением, имеющую на нижнем конце держатель с образцом-свидетелем, на верхнем - крон-блок, привод, установленный на корпусе, сопряженный с колонной штанг, фиксатор, отличающееся тем, что привод выполнен в виде двух пневмоцилиндров, одним концом - гильзой - соединенных с корпусом по разные его стороны, другим концом - штоком - с заклиниваемыми хомутами с управляемым ограничителем заклинивания, установленными на колонне штанг и сопряженными с нею с возможностью движения вдоль нее, при этом пневмоцилиндры расположены вдоль оси корпуса на расстоянии не менее чем сумма двух ходов штока пневмоцилиндра и ширины хомута, кроме того, привод снабжен блоком пневмоклапанов, сообщенным с полостью корпуса и полостями пневмоцилиндров, свечой, сообщенной с блоком пневмоклапанов, а держатель длиной, равной внутреннему диаметру трубопровода, является продолжением нижней полой штанги колонны и выполнен в виде пилона с удобообтекаемой аэродинамической формой сечения, в середине которого установлена контрольная пластина-образец, на нижнем конце его с возможностью качания вокруг оси, параллельной оси трубопровода, закреплен одним концом образец-свидетель, выполненный из нескольких разновеликих по длине полос из материала трубопровода, жесткосоединенных между собой вдоль, в виде предварительно изогнутой при изготовлении рессоры с изгибом наружной поверхности, образованным самой длинной полосой, радиус которой равен внутреннему радиусу трубопровода, вплотную без зазоров прижатой к внутренней поверхности трубопровода, другим концом образец-свидетель, расположенный между ограничительными роликами, установленными в полости нижней штанги, запасованный в направляющие движения пазы штанги, закреплен с возможностью качания вокруг оси, параллельной оси трубопровода, на головке штока пневмоцилиндра, встроенного в штангу и сообщенного с блоком пневмоклапанов каналами через колонну штанг, с уплотнениями в местах их свинчивания и через крон-блок, сопряженный с установленным на время исследования на корпусе регулируемым фиксатором, причем головка штока своими выступами запасована в направляющие пазы штанги, а передняя по ходу потока среды в трубопроводе кромка образца-свидетеля имеет с внутренней стороны изгиба фаску под углом не более 30° к внутренней поверхности трубопровода.

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