Устройство для герметизации трубопроводов

 

Использование: в трубопроводном транспорте, в частности временной герметизации полости магистральных трубопроводов большого диаметра. Сущность изобретения: устройство, помещенное в трубопровод 1, содержит стержень 3, жестко соединенный с цилиндром 2, на который с зазором установлен подвижный полый цилиндр 4, торец которого снабжен кольцевым коническим выступом 5 и обращен к полости между цилиндрами. При этом стержень 3 обращен в сторону герметизируемой полости трубопровода 1. 1 ил.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, в частности временной герметизации полости магистральных нефтепроводов большого диаметра при производстве ремонтных, например сварочных, работ.

Известно устройство для герметизации внутренней полости трубопроводов (а.с. N 1643852 М. кл. F 16 L 55/10), содержащее пенополиуретановый тампон и канал для ввода пенополиуретана в трубопровод, причем тампон выполнен в виде цилиндра, переходящего в усеченный конус. Устройство позволяет возникающему перед тампоном в трубопроводе давлению прижимать его к стенке трубопровода и повышать надежность герметизации.

Однако расклинивающий эффект ограничен прочностными характеристиками тампона и композиции, что не позволяет использовать устройство при возрастании давления выше предельно допустимого для каждого конкретного устройства.

Известно устройство для перекрытия трубопровода (а.с. N 1768858 F 16 L 55/10), содержащее герметизирующие уплотнительные элементы, которые перекрывают внутреннюю полость трубопровода, в пространство между которыми подается вода под некоторым давлением, что создает противодавление и позволяет исключить переток жидкости из устройства в отключенный трубопровод, и наоборот.

Однако в трубопроводах большого диаметра (1,0-1,2 м) из-за некоторой эллипсности сечения практически невозможно установить герметизирующие элементы, исключающие утечки, причем с увеличением давления возможность разгерметизации увеличивается.

Наиболее близким к изобретению является устройство для герметизации трубопровода по а. с. N 17391159 М. кл. F 16 L 55/10. Устройство содержит цилиндр, установленный в трубопроводе с зазором, который заполняется герметиком, изготовленным на основе высокомолекулярного полимера. Герметик является вязкоупругой системой, в которой при сдвиге возникают нормальные напряжения, обеспечивающие определенный расклинивающий эффект и, как следствие, повышение герметичности устройства.

Однако практические работы по применению указанного устройства для герметизации трубопроводов большого диаметра показали, что за счет расклинивающего эффекта может быть достигнута герметизация при давлении в перекрытом участке трубопровода, не превышающем 0,01-0,02 МПа, что недостаточно для обеспечения безопасности сварочных работ на магистральных нефтепроводах, где за счет стекания нефти за счет перепадов высот по трассе, выравнивания давления после остановки и микроутечек в перекрывающих задвижках может создаться давление в перекрытом трубопроводе 0,5 МПа и более, которое может привести к просачиванию газа (нефти) через устройство и созданию взрывоопасной ситуации на участке проведения аварийных (особенно сварочных) работ, а в отдельных случаях к срезу стопорного элемента и созданию ситуации, опасной по условиям техники безопасности.

Для решения задачи создания при герметизации безопасных ситуаций в известном устройстве, содержащем цилиндр с зазором, установленный в трубопроводе, полость которого перед цилиндром заполнена герметиком, а со стороны открытого конца установлен стопорный элемент, дополнительно к цилиндру жестко прикреплен стержень, на который с зазором установлен подвижный полый цилиндр, причем стержень обращен в сторону герметизируемой полости трубопровода, а торец подвижного цилиндра снабжен кольцевым коническим выступом, который обращен к полости между цилиндрами, заполненной герметиком, предпочтительно гелем на основе высокомолекулярного полимера, кроме того, стержень снабжен стопорным элементом, а неподвижный цилиндр каналом с перекрывающим элементом. Эти дополнения приводят к повышению надежности герметизации трубопроводов большого диаметра и обеспечению безопасности при проведении сварочных работ в случае возникновения давления в отключенном трубопроводе.

Схема устройства приведена на чертеже. Устройство, помещенное в трубопровод 1, содержит цилиндр 2, жестко соединенный со стержнем 3, на который установлен с зазором подвижный полый цилиндр 4, снабженный кольцевым коническим выступом 5. Стержень снабжен упором 6 с фиксатором 7, который установлен в отверстие 8 на конце стержня. Кроме того, цилиндры снабжены кольцевыми манжетами 9. Устройство дополнительно снабжено стопорным элементом 10, установленным на трубопроводе 1 со стороны открытого конца и патрубком 11 с задвижкой 12. Пространство между стенкой трубопровода 1 и цилиндрами 2, 4 заполнено герметиком 13. При этом острие стержня 3 обращено в сторону герметизируемой полости 14, а кольцевой конический выступ 5 цилиндра 4 в сторону полости между цилиндрами.

Устройство работает следующим образом. Со стороны свободного конца трубопровода 1 после отсечения поврежденного участка трубопровода вставляют устройство в собранном виде (см. чертеж). Затем устанавливают стопорный элемент 10 и через патрубок 11 с задвижкой 12 устройство заполняют герметиком 13. По мере заполнения устройства герметиком подвижный цилиндр 4 с манжетом 9 перемещается в сторону герметизируемой полости 14 и очищает полость между цилиндрами от нефти, одновременно заполняя ее герметиком 13. После перемещения цилиндра 4 до упора 6 задвижку 12 перекрывают. После установки устройства в трубопроводе 1 в герметизируемой полости 14 начинает повышаться давление. Причины такого повышения давления указаны выше (перепад высот по трассе, выравнивание давления, микроутечки задвижек).

В результате повышения давления на торец подвижного цилиндра 4 начинает действовать сила давления P_ц=PS_ц, где P давление, а S - площадь торца цилиндра. В то же время на торец стержня 3 действует сила давления P_с=PS_c, которая в свою очередь действует и на поршень 2.

В результате за счет разницы сил давлений P_ц и P_с, обусловленной разницей площадей торца цилиндра 4 и торца стержня 3, подвижный цилиндр сдвигается вдоль стержня в сторону неподвижного цилиндра 2. При этом цилиндр 4 равномерно распределяет вязкопластичный герметик 14 и, сжимая вдоль оси трубопровода, прижимает его к стенке трубопровода 1 по всей поверхности полости между цилиндрами, что обеспечивает надежное расклинивание и герметизацию устройства. Кольцевой конусный выступ 5 цилиндра 4 создает при этом дополнительный расклинивающий эффект в герметике. Стопорный элемент 13 выполняет при этом функцию предохранителя при превышении величины сдвигового эффекта над адгезионным эффектом герметика. Для разгерметизации устройства достаточно приоткрыть задвижку 12.

На экспериментальном участке трубопровода d_внутр.= 150 мм было испытано устройство, выполненное следующим образом. Подвижный и неподвижный цилиндры были выполнены из оргстекла: диаметр цилиндров 148 мм, ширина 40 мм. Кольцевой конический выступ подвижного цилиндра также был выполнен из оргстекла: ширина 40 мм, угол конусности 30^o, диаметр острой кромки кольца 84 мм. Кольцевые канавки на цилиндрах треугольные в свету, глубиной 10 мм снабжены резиновыми манжетами, неподвижный цилиндр жестко соединен со стержнем из медной трубки диаметром 20 мм с запаенным концом и отверстием М8 и упором на конце. В качестве упора был использован болт М8 со сточенной со стороны цилиндра головкой. Длина стержня выбрана равной 6 диаметрам трубы и равнялась 0,9 м. Подвижный цилиндр был установлен на стержень с зазором 1 мм. В трубопроводе было сделано отверстие размером М6 мм для ввода герметика, которое перекрывалось болтом М6.

В качестве стопора применен болт диаметром М12.

Герметизирующая композиция, аналогичная композиции прототипа, перекачивалась лабораторным насосом в полость между цилиндрами, раздвигая цилиндры до упорного элемента, где завершалась ее полимеризация. Через 20 мин в полость герметизируемого участка подавалось давление компрессорной установки.

Аналогичный опыт проводился с устройством- прототипом, длина которого равнялась длине стержня изобретения.

Сравнительные эксперименты показали, что герметизирующее устройство по предлагаемому изобретению выдержало максимально развиваемое давление компрессора 4,6 ати, в то же время как устройство-прототип начало пропускать газ при давлении 0,8 ати. Лабораторные исследования показали, что адгезия геля и напряжение сдвига геля пропорциональны увеличению силы давления на него.

Таким образом, исследования показали, что новое техническое решение обладает по сравнению с прототипом следующими преимуществами; за счет использования подвижного цилиндра обеспечивается резкое увеличение адгезии герметика и как следствие расклинивающего эффекта устройства; перемещение подвижного цилиндра обеспечивает также равномерность распределения герметика по всему сечению полости трубопровода между цилиндрами; устройство создает нормальные напряжения, пропорциональные давлению в герметизируемом трубопроводе и достаточные для надежной герметизации трубопровода, при любом создаваемом в отключаемом трубопроводе давлении.

Проведенные испытания показали высокую эффективность устройства для герметизации трубопроводов и надежность при любых давлениях в отключаемом участке трубопровода, причем процесс роста герметизации пропорционален росту этого давления.

Таким образом, исследования показали, что новое техническое решение обладает по сравнению с прототипом следующими преимуществами: за счет использования подвижного цилиндра обеспечивается резкое увеличение эффекта расклинивания герметика и как следствие герметизации устройства; в процессе заполнения устройства герметиком за счет манжетов подвижного цилиндра обеспечивается эффективная очистка внутренней поверхности трубопровода от загрязнений нефтью, что увеличивает эффект адгезии герметика.

С учетом отмеченных преимуществ устройство может быть использовано для производства сварочных работ на аварийных участках нефтепроводов; устройство может быть использовано для очистки внутренней поверхности трубопровода от нефтяных отложений.

Формула изобретения

Устройство для герметизации трубопроводов, содержащее цилиндр, с зазором установленный в трубопроводе, полость которого перед цилиндром заполнена герметиком, а на трубопроводе со стороны открытого конца установлен стопорный элемент, отличающееся тем, что цилиндр жестко соединен со стержнем, на который с зазором установлен полый подвижный цилиндр, причем стержень обращен острием в сторону герметизируемой полости трубопровода, а торец подвижного цилиндра снабжен кольцевым коническим выступом, который обращен к полости между цилиндрами, заполненной герметиком, предпочтительно гелем на основе высокомолекулярного полимера, кроме того, стержень на участке за подвижным цилиндром снабжен упором, при этом цилиндры окольцованы уплотнительными манжетами, а на участке трубопровода между ними размещен патрубок с задвижкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1