Термоабразивный аппарат для очистки внутренней поверхности труб

Авторы патента:

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в нефтедобывающей промышленности для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ) или подобного нефтепромыслового оборудования от продуктов коррозии, органических, минеральных и различных нефтяных отложений.

Устройство содержит термогазогенератор, закрепленный на полой штанге, прямоточную камеру сгорания непрерывного действия, сопло для разгона продуктов горения до сверхзвуковой скорости, инжектор с камерой смешивания продуктов горения с абразивом, форсунку, свечу зажигания горючей смеси и штуцеры для подвода воздуха, абразива, жидкого топлива и воды. Предлагаемое устройство позволяет повысить эксплуатационную надежность термоабразивного аппарата благодаря тому, что камера смешивания инжектора перенесена в непосредственную близость к наконечнику его сопла, а также применению втулки-наконечника из карбидной минералокерамики, способствующей предохранению сопла от интенсивного износа абразивом, а подача воды в высокотемпературную область инжектора исключает прогар в изгибе его корпуса. Кроме того, выделяющийся пар связывает разлетающуюся пыль в рабочей области ТАА, что благотворно влияет на охрану труда и производственную санитарию в зоне работы обслуживающего персонала. Использование быстросъемного наконечника для автоматического отсоединения электрического кабеля от контакта свечи зажигания при входе ТАА во внутреннюю полость горячей трубы позволяет предотвратить перегрев изоляционного покрытия электрического кабеля. 1 илл.

Известно устройство для очистки внутренней поверхности труб при строительстве объектов нефтяной и газовой промышленности, включающее вал, на который установлен корпус с каналами и скребки. Концы скребков закреплены в обойме и образуют винтовую пару с гильзой. Скребки эластичные, гибкие, стержнеобразной формы, прилегают по образующей к валу, упруго изогнуты и зафиксированы в каналах опорным кольцом и упругим толкателем. При вращении гильзы обойма перемещается, что обеспечивает необходимый вылет концов скребков (Патент РФ №2063575, МПК F16L 55/28, опубл. 1996 г.)

Недостатки устройства:

- во-первых, валу придается вращательное движение, а это означает, что вал может быть только коротким или должен иметь дополнительные опоры во внутренней полости трубы, что усложняет конструкцию устройства;

- во-вторых, валу, имеющему одну консольную опору (привод с одного конца) невозможно придать большую угловую скорость, что резко снижает его производительность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой установке является термоабразивный аппарат (ТАА) для очистки внутренней поверхности трубы от отложений, включающий корпус термогенератора, камеру сгорания, сопло, форсунку, инжектор, свечу накаливания и системы штуцеров для подвода воздуха, абразива, жидкого топлива (Патент РФ №2161079, МПК В08В 9/032, опубл. 12.27.2000)

Известный аппарат решает два условия, направленных на очистку внутренней поверхности бывших в эксплуатации труб от продуктов коррозии, солей, затвердевших нефтепродуктов и парафина, используемых в нефтехимической, газовой и пищевой промышленности. Это термический нагрев отложений на внутренней поверхности труб и очистка их абразивом, выбрасываемым из сопла ТАА с большой скоростью вместе с продуктами горения жидкого топлива.

ТАА обладает высокой производительностью, очищает внутреннюю поверхность тела трубы без механических повреждений. Однако устройство не позволяет производить очистку внутренней поверхности труб малого диаметра (например, НКТ диаметром 63, 76 мм), применяющихся в нефтепромысловых скважинах из-за встроенных в ТАА штуцеров подачи воздуха и жидкого топлива, а также из-за свечи накаливания со стороны образующей корпуса термогазогенератора.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства, обеспечивающего качественную очистку внутренней поверхности насосно-компрессорных труб с внутренним диаметром от 63 мм до 100 мм, бывших в эксплуатации в нефтедобывающих и нагнетательных скважинах, и подобного им нефтепромыслового оборудования, удобного в эксплуатации, обладающего высокой надежностью в работе и долговечностью.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством, включающим термогазогенератор, сопло для разгона продуктов горения до сверхзвуковой скорости, патрубки для соединения со шлангами подачи воздуха, горючего и термоабразива, элемент для воспламенения горючей смеси, полую штангу, сопло, изогнутое под углом к диаметральной плоскости для выхода с большой скоростью высокотемпературного газа.

Новым является то, что из-за малого диаметра термоабразивного аппарата все присоединительные штуцеры для подачи воздуха, горючего, а также элемент для воспламенения горючей смеси вынесены в заднюю торцевую часть его корпуса. Кроме того, линия подвода абразива к соплу

инжектора выполнена в виде полого лотка, закругленного по радиусу меньше внутреннего диметра обрабатываемой трубы, и расположена под термогазогенератором, а передний конец полого лотка в виде нисходящего канала введен в концевую часть изогнутого сопла инжектора и образует элемент камеры смешивания для подачи абразива в скоростной поток раскаленного газа, а в другом конце полого лотка установлен патрубок для подсоединения гибкого шланга, подводящего абразивный материал.

Другим отличием является то, что во встроенный раструб трубчатой камеры сгорания подведена капиллярная трубка с водой для охлаждения наиболее перегревающейся части изогнутого сопла инжектора, с целью предотвращения его от прогара, кроме того, в сопле инжектора установлена втулка-наконечник из карбидной минералокерамики, обладающей высокой износостойкостью, а элемент электрического розжига горючей смеси (свеча накаливания) оборудован быстросъемным наконечником для автоматического расцепления электрического контакта с целью сохранения электропроводного кабеля от оплавления изоляции.

Суть полезной модели поясняет представленный рисунок, где на фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства в частичном продольном разрезе.

Устройство содержит полый корпус 1 (фиг.1), внутри которого с зазором установлена трубчатая камера сгорания 2, а для подачи воздуха в упомянутый зазор с торца полого корпуса 1 установлен патрубок 3 для соединения с гибким шлангом (на фиг. не указан). Для пропуска в трубчатую камеру сгорания 2 воздушного потока в ее стенках выполнена сеть радиальных каналов 4, радиальные каналы 4 способствуют образованию горючей смеси в трубчатой камере сгорания 2. В торцевой части полого корпуса 1 установлена форсунка 5, совмещенная с патрубком для подвода горючего, там же установлен элемент электрического розжига 6 (электрическая свеча накаливания), для воспламенения горючей смеси, электрический ток от источника питания на свечу 6 подается по

электропроводу через быстросъемный наконечник 17. Для придания продуктам горения сверхзвуковой скорости в трубчатую камеру сгорания 2 встроено сопло 7 из жаропрочного материала, в расширяющемся раструбе сопла 7 имеется капиллярный канал 8 для подачи воды в высокотемпературную зону инжектора 11. Капиллярная трубка 9 для подвода воды в капиллярный канал 8 проложена вдоль полого корпуса 1 термогазогенератора и завершается в его торце штуцером для подсоединения гибкого шланга. Также к полому корпусу 1 вдоль нижней образующей закреплен металлический полый лоток 10 с закругленным корпусом, радиус которого меньше внутреннего диаметра тела обрабатываемой трубы. Передний конец полого лотка 10 завершается нисходящим каналом и введен в концевую часть изогнутого сопла инжектора 11 и образует элемент камеры смешивания, через него подают абразив (например, песок) в скоростной поток раскаленного газа, а в другом конце полого лотка 10 установлен патрубок 12 для подсоединения гибкого шланга подвода абразива. Фиксация камеры сгорания 2 в полом корпусе 1 обеспечивается гайкой 13 и фиксаторами 14, корпус инжектора 11 закрепляется к полому корпусу 1 гайкой 15. Сопло инжектора 11 изогнуто под углом к диаметральной плоскости, а в концевой части установлена втулка-наконечник 16 из карбидной минералокерамики, обладающей высокой износостойкостью.

После полной готовности термоабразивного аппарата его закрепляют к полой штанге по длине больше длины очищаемых НКТ, все гибкие шланги для подачи горючего, воздуха, абразива и воды, присоединенные одним концом к термоабразивному аппарату, размещают во внутренней полости полой штанги, а другие концы - к источникам подачи горючего, воздуха, абразива и воды соответственно. Электрический кабель низкого напряжения (12 В) с быстросъемным наконечником 17 для свечи зажигания 6 подводится от отдельного источника питания. Термоабразивный аппарат, прикрепленный к полой штанге, как и обрабатываемую НКТ, размещают на электроприводных роликах.

Термоабразивный аппарат работает следующим образом.

Открывают воздушный кран, но не полностью, включают с пульта управления электрический ток (12 В) для накаливания свечи зажигания 6, затем включают подачу горючего через объединенную с патрубком форсунку 5 в трубчатую камеру сгорания 2, где происходит воспламенение воздушно-горючей смеси. После воспламенения воздушно-горючей смеси полностью открывают подачу воздуха в камеру сгорания 2. При нормальной работе аппарата слышен ровный устойчивый звук выхода высокотемпературного газа из втулки-наконечника 16, установленной в сопло инжектора 11. После начала устойчивого горения через патрубок 12 с помощью шланга подают абразивный материал (песок). Высокотемпературные продукты сгорания со сверхзвуковой скоростью истекают из сопла инжектора 11, подсасывая одновременно абразив за счет эффекта эжекции, затем включают электроприводные ролики в работу, которые вращают обрабатываемую трубу, а другие электроприводные ролики с определенной скоростью продвигают ТАА во внутреннюю полость трубы. После того, как корпус ТАА войдет во внутреннюю полость трубы, отключают электрический ток от свечи накаливания 6, а быстросъемный наконечник 17 автоматически расцепляется от контакта со свечой зажигания 6, вследствие чего электропровод не попадает в область высокой температуры. Горение в камере сгорания 2 поддерживается автономно за счет непрерывной подачи горючего и воздуха. Через некоторое время корпус инжектора 11 в области изогнутости сильно перегревается, для предотвращения его от прогара в капиллярную трубку 9 подают воду. Вода будет подсасываться через капиллярный канал 8 за счет разрежения, образовавшегося в раструбе сопла 7.

Предлагаемое устройство позволяет повысить эксплуатационную надежность термоабразивного аппарата благодаря тому, что камера смешивания инжектора перенесена в непосредственную близость к наконечнику его сопла, а также применению втулки-наконечника из

карбидной минералокерамики, способствующей предохранению сопла от интенсивного износа абразивом, а подача воды в высокотемпературную область инжектора исключает прогар в изгибе его корпуса. Кроме того, выделяющийся пар связывает разлетающуюся пыль в рабочей области ТАА, что благотворно влияет на охрану труда и производственную санитарию в зоне работы обслуживающего персонала. Использование быстросъемного наконечника для автоматического отсоединения электрического кабеля от контакта свечи зажигания при входе ТАА во внутреннюю полость горячей трубы позволяет предотвратить перегрев изоляционного покрытия электрического кабеля.

Термоабразивный аппарат, предназначенный для очистки внутренней поверхности труб (НКТ) от продуктов коррозии, органических и минеральных отложений (затвердевшие нефтепродукты, солевые отложения), содержащий корпус термогазогенератора, прямоточную камеру сгорания непрерывного действия, сопло для разгона продуктов горения до сверхзвуковой скорости, инжектор с камерой смешивания продуктов горения с абразивом, форсунку, свечу зажигания горючей смеси и штуцеры для подвода воздуха, абразива, жидкого топлива и воды, отличающийся тем, что подвод абразива в камеру смешивания выполнен в виде полого лотка, конец которого выполнен в виде нисходящего канала и перемещен в область наконечника сопла инжектора, втулка-наконечник изготовлена из карбидной минералокерамики, обладающей высокой износостойкостью, и установлена в сопле, высокотемпературная область инжектора изготовлена с возможностью подачи воды для предотвращения прогара в изгибе его корпуса, при этом свеча зажигания оборудована быстросъемным наконечником для автоматического отсоединения электрического кабеля от контакта свечи при входе термоабразивного аппарата во внутреннюю полость трубы.