Взрывной труборез

Предлагаемое устройство, относится к специальным взрывным устройствам для резки снаружи труб магистральных нефте-, газопроводов, и может найти применение для ведения ремонтных и аварийно-восстановительных работ на действующих трубопроводах.

Недостатки взрывных технологий с применением вышеуказанных кольцевых кумулятивных труборезов заключаются в том, что данные ТрККН нельзя применять при проведении разделительных операций демонтаже, аварийно-восстановительных работах, на магистральных трубопроводах имеющих в сечении отклонение от окружности, обладает недостаточно надежной системой инициирования, вследствии необходимости размещения системы инициирования в местах утолщения оболочки заряда. Кроме того, трудно зафиксировать ТрККН на фокусное расстояние, посредством применения подставок, особенно в условиях низких температур.

Технология изготовления зарядов ТрККН, основанная на методе волочении, является не только низкопроизводительной, но и приводит к появлению ряда дефектов, которые снижают качественные характеристики УКЗ. что значительно снижает эффективность действия изделий.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является -создание технологичного и экономичного трубореза для ведения аварийно-восстановительных работ на магистральных трубопроводах

Указанный технический результат достигается тем, что профилированная металлическая оболочка с углом кумулятивной выемки в 87...90° выполнена прокаткой, каждое полукольцо имеет перегиб, длина которого равна 2...3 размерам ширины сечения УКЗ, причем соотношение высоты сечения заряда к его ширине находится в пределах 0,74...0,8, а соотношение толщины облицовки к величине слоя ВВ составляет 0,21...0,25,_причем детонатора для инициирования размещены на отогнутых концах УКЗ, в вершине кумулятивной облицовки, строго по оси заряда.

Предлагаемое устройство содержит кольцевые кумулятивные заряды относится к специальным взрывным устройствам для резки снаружи труб магистральных нефте-, газопроводов, и может найти применение для ведения ремонтных и аварийно-восстановительных работ на действующих трубопроводах.

В отечественной практике подобные ситуации возникают при проведении ремонтных, аварийно-восстановительных работ или демонтаже магистральных нефтепроводов, в том числе при наличии остатков нефтепродуктов.

В качестве аналога были выбраны гибкие шнуровые кумулятивных заряды (ШКЗ) на основе эластичного ВВ [Заряд кумулятивный шнуровой. Инструкция по резке трубопроводов с остатками нефти на стенках с применением шнуровых кумулятивных зарядов (ШКЗ) 84-988-84 ИЭ1. - Уфа: ВНИИМТ-нефть. - 1988. - 20 с.], которые широко применяются в настоящее время.

ШКЗ представляют собой полимерную оболочку, получаемую в результате экструзии из полимерного материала, наполненного взрывчатым веществом. Заряды ЩКЗ обладают высокой эластичностью, гибкостью и отсутствием осколков.

Недостатками широко используемых в настоящее время зарядов ШКЗ является:

- повышенная в 2-3 раза навеска ВВ в сравнении с УКЗ в металлической оболочке;

- повышенная пожароопасность за счет присутствия полимера в заряде ВВ;

- эффективность ШКЗ в 2-3 раза ниже, чем УКЗ при одинаковой массе ВВ.

- при низких температурах, необходимо предварительно придать заряду нужную форму, в противном случае на морозе он теряет эластичность и становится хрупким, ломким.

Кроме того, заряды ШКЗ в 2...3 раза дороже, чем предлагаемые заряды

Практика ведения указанных работ обычно включает отключение подлежащего демонтажу участка нефтепроводов и слив нефти. При этом в нефтепроводе на стенках остаются не удаляемые остатки нефти или нефтепродуктов, что предъявляет дополнительные требования к обеспечению пожаробезопасности взрывных работ. Взрывная технология резки трубопроводов с остатками нефти на стенках в соответствии с инструкцией производства указанных работ проводится в два этапа. На первом - подготовительном - осуществляются отсечение демонтируемого участка линейными задвижками, подготовка котлована для вскрытия трубопровода в месте производства работ. Далее производится очистка от изоляции мест установки ШКЗ и вырезка отверстий диаметром не менее 100 мм для ввода пеногенераторов и контроля заполнения пеной внутренней полости трубопровода. Месторасположение отверстий относительно взрывного режущего устройства выбирается так, чтобы протяженность зоны заполнения внутренней полости трубопровода газожидкостной пеной была не менее 7 м в каждую сторону от плоскости реза.

В качестве прототипа предлагаемого технического решения был выбран кольцевой кумулятивный труборез [Гущин В.И., Евстигнеев Н.П. Взрывной способ резки труб // Строительство трубопроводов. - 1986. - №11 - С.27-28.], который применялся для резки магистральных трубопроводов

Взрывной труборез данной конструкции представляет собой два полукольца из профилированных медных оболочек, так называемых удлиненные кумулятивные заряды (УКЗ), УКЗ изготавливаются методом многократного волочения труб через фильеру. Этот метод характеризуется высокой трудоемкостью, а полученные изделия имеют низкую пластичностью, вследствие наклепа, полученного металлом при изготовлении.

Технические характеристики кольцевых труборезов приведены в таблице 1.

Номенклатура включает девять типоразмеров длиной от 1 до 3 м, отличающиеся геометрическими размерами, массой взрывчатого вещества на погонный метр.

Скорость детонации взрывчатого наполнителя не менее 7000 м/с, инициирование детонации от ЭД-8.

Резка труб с использованием кольцевых кумулятивных зарядов осуществляется следующим образом. При взрыве кумулятивного заряда образуется газометаллическая струя, которая мгновенно разрезает стенку трубы. Наиболее сильное перерезающее действие струи происходит на определенном расстоянии от заряда, т.е. в фокусе, где она имеет наивысшие скорость и плотность. Величина фокусного расстояния зависит от параметров кумулятивной выемки заряда и вида используемых взрывчатых веществ. Для создания заданного фокусного расстояния по периметру трубы на УКЗ монтируется фиксатор. Схема монтажа кольцевого трубореза представлена на рис.1.

Устройство содержит.1 - стенка трубопровода, 2 - кольцевой заряд, в виде двух полуколец, 3 - замок фиксатор полуколец, 4 - замок с гнездом под электродетонатор, 5 - электродетонатор. 6 - медная оболочка заряда УКЗ, 7 - взрывчатое вещество, D - диаметр трубопровода.

На одно полукольцо заряда надевается замок и держатель а на другой - замок и фиксатор. Полукольца навешивают на трубопровод и соединяют при помощи замка, при этом место установки труборезов предварительно очищают от изоляции на ширину не менее 500 мм. Взрывной способ может применяться для резки труб диаметром от 210 до 1420 мм со стенкой толщиной до 20 мм. Радиус разлета осколков до 300 м.

Недостатки взрывных технологий с применением вышеуказанных кольцевых кумулятивных труборезов:

Данные ТрККН нельзя применять при проведении разделительных операций демонтаже, аварийно-восстановительных работах, на магистральных трубопроводах имеющих в сечении отклонение от окружности. Данное устройство обладает недостаточно надежной системой инициирования, вследствии необходимости размещения системы инициирования в местах утолщения оболочки заряда (см. Рисунок  1).

Кроме того трудно зафиксировать ТрККН на фокусное расстояние, посредством применения подставок, особенно в условиях низких температур.

Технология изготовления зарядов ТрККН, основанная на методе волочении, является не только низкопроизводительной, но и приводит к появлению ряда дефектов, которые снижают качественные характеристики УКЗ. В частности, вследствие образования наклепа, вызывающего остаточные напряжения в металле, возникает разворот продольной кумулятивной канавки относительно торцевого сечения УКЗ, что значительно снижает эффективность действия изделий. Кроме того, при волочении длина исходной заготовки увеличивается в несколько раз, что может вызывать разрыв сплошности заряда ВВ. Что в итоге приводит к снижению надежности разделения трубопроводов.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является - создание технологичного и экономичного трубореза для ведения аварийно-восстановительных работ на магистральных трубопроводах в том числе и имеющих отклонение по наружным геометрическим размерам.

Указанный технический результат достигается тем, что профилированная металлическая оболочка с углом кумулятивной выемки в 87...90° выполнена прокаткой, каждое полукольцо имеет перегиб, длина которого равна 2...3 размерам ширины сечения УКЗ, причем соотношение высоты сечения заряда (Н) к его ширине (В) находится в пределах 0,74...0,8, а соотношение толщины облицовки () к величине слоя ВВ (d) составляет 0,21...0,25, а два детонатора для инициирования размещены на отогнутых концах УКЗ, в вершине кумулятивной облицовки, строго по оси заряда.

На рис.2 изображен труборез, с сечением по А-А в виде фигуры с кумулятивной выемкой с углом раствора 87...90° шириной В и высотой Н., толщиной оболочки равной 8, толщиной слоя ВВ d.

Известны методики расчета параметров удлиненно-кумулятивных зарядов (УКЗ), например: Методика расчета формирования кумулятивного «ножа» удлиненны зарядов с клиновидной выемкой. Физика взрыва. Под редакцией Л.П.Орленко // Москва. - 2002. - С.273...279. Но в УКЗ рассчитанных с ее использованием интервал соотношений высоты (Н) заряда к его ширине (В) составляет от 0,8 до 1,29, а интервал соотношений толщины оболочки () к толщине слоя ВВ (d) составляет от 0,07 до 0,28.

Предлагаемые интервалы соотношений высоты (Н) заряда к его ширине (В) 0,74...0,8, а также толщины оболочки () к толщине слоя ВВ (d) 0,21...0,25 получены в результате экспериментальной отработкой из условия получения максимальной глубины реза при минимальных массах заряда ВВ и металла оболочки с использованием для снаряжения порошкообразных гексогена и октогена. При выходе параметров заряда УКЗ за вышеуказанные интервалы существенно снижается кумулятивный эффект или возрастают масса ВВ или металлической оболочки.

Основные этапы изготовления труборезов состоят в следующем. Тонкостенные из трубы необходимого диаметра заполняют порошкообразным ВВ, при снаряжении ВВ одновременно осуществляют виброуплотнение. Полностью снаряженные трубы закрывают с обеих сторон пробками. Облицовку и внешнюю поверхность УКЗ формируют с помощью вращающихся роликов определеннной, необходимой конфигурации на специальном прокатном стане. Скорость прокатки определяется требованиями безопасности уплотнения ВВ. Данный способ позволяет изготавливать УКЗ за один прием прокатки вместо восьми-двенадцать при волочении

Эффективность и стабильность действия УКЗ во многом определяется качеством процесса схлопывания облицовок, где особое значение приобретает симметричность процесса инициирования заряда ВВ, детонатор должен располагаться строго в плоскости симметрии УКЗ. Наименьшая длина разгонного участка при инициировании с одного из открытых торцов заряда при расположении детонатора посередине слоя ВВ. В нашем случае наиболее стабильные и лучшие результаты получаются при установке детонатора в вершине кумулятивной облицовки строго по оси заряда, в нашем случае на отогнутом конце полукольца. Величина длины отогнутой части соответствует величине участка выхода детонации заряда на максимальный для данных условий режим и обеспечивает формирование из оболочки оптимального «кумулятивного ножа».

В результате воздействия "кумулятивного ножа", образуемого при взрыве заряда, на конструкции образуется рез, глубина которого зависит от конструктивных характеристик УКЗ и условий его взаимодействия с преградой.

Предлагаемая конструкция проста при монтаже, не требует установки УКЗ на трубе на фиксаторах, которые обеспечивают фокусное расстояние по периметру трубы, особенно в сложных условиях. Труба может иметь сложный профиль, данная конструкция позволяет вести демонтаж труб любого сечения. Данное устройство надежно и безопасно. Налажено опытное производство труборезов.

Взрывной труборез, состоящий из двух удлиненных кумулятивных зарядов (УКЗ) в виде полуколец, образующих кольцо при монтаже на трубопроводе, выполненных из профилированной металлической оболочки с кумулятивной выемкой, наполненной высоко бризантным взрывчатым веществом, и системы инициирования, отличающийся тем, что профилированная металлическая оболочка с углом кумулятивной выемки равным 87-90°, выполнена прокаткой, каждое полукольцо имеет перегиб с длиной участка перегиба равным 2...3 размерам ширины сечения УКЗ, причем соотношение высоты заряда трубореза к его ширине находится в пределах 0,74...0,8, а соотношение толщины облицовки к величине слоя ВВ составляет 0,21...0,25, причем детонаторы для инициирования размещены на отогнутых концах УКЗ, в вершине кумулятивной облицовки, строго по оси заряда.