Способ временного перекрытия трубопроводов

 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и предназначено для временного перекрытия сечения действующего трубопровода, заполненного жидкостью, преимущественно нефтью, в частности при проведении ремонтных работ. Способ заключается в вводе тампона-герметизатора и прокачке через него хладагента с температурой фазовых переходов, лежащей в диапазоне температуры кристаллизации перекачиваемого продукта, определяемой возможно более высокой энергией активации вязкого течения, но выше предела хладноломкости стали трубы. В качестве хладагента используют смесь сухого льда и водного раствора этиленгликоля, содержанием которого контролируют температуру фазовых переходов. Также в качестве хладагента используют сжиженные газы, температура фазовых переходов которых регламентируется их давлением насыщения. Сжиженный газ подают в тампон-герметизатор при температуре окружающей среды с последующим его испарением при требуемом давлении насыщения, которым определяют температуру испарения хладагента. Так, в качестве хладагента используют газ высокого давления, дросселируемый в тампоне-герметизаторе. Кроме того, возможен вариант - после введения в трубопровод тампон-герметизатор заполняют сжиженным газом-хладагентом, при этом при помощи дросселя регулируют температуру в зоне герметизации автономно до полного испарения сжиженного газа-хладагента. Для сокращения времени монтажа перекрытия трубопровода тампон-герметизатор вводят в полость перекрываемого трубопровода через существующий отвод, оборудованный полнопроходной задвижкой. Способ позволяет повысить надежность перекрытия трубопровода. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и предназначено для временного перекрытия сечения действующего трубопровода, заполненного жидкостью, преимущественно нефтью, в частности при проведении ремонтных работ.

Известны способы перекрытия трубопроводов, заключающиеся во введении в трубопровод эластичной надувной оболочки, надувании ее и последующей фиксации [Патент США N 5285806, кл. F 16 K 7/10, F 16 L 55/124, 1995].

Недостатком данного способа является возможность просачивания продукта между оболочкой и трубой.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ перекрытия сечения трубопроводов за счет примораживания уплотнительного устройства (тампона-герметизатора), находящегося в трубопроводе [Расщепкин К.Е., Бакиева О.3., Гулякович Г.Н. и др. Современные способы перекрытия магистральных трубопроводов// "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов", М.: ВНИИОЭНГ, 1976, с. 23 - 252], используя для этого преимущественно жидкий азот.

Недостатком данного способа является нарушение прочностных характеристик труб в местах их нерегламентированного охлаждения (обычно ниже -100^oC), что, как правило, ниже предела хладноломкости стали труб.

Изобретение решает техническую задачу надежного перекрытия трубопровода и сохранение прочностных характеристик материала трубы в месте монтажа тампона - герметизатора.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе временного перекрытия трубопроводов, заключающемся во вводе тампона герметизатора, предлагается через него прокачивать хладагент с температурой фазовых переходов, лежащей в диапазоне температуры кристаллизации перекачиваемого продукта, определяемой, возможно более высокой энергией активации вязкого течения, но выше предела хладноломкости стали трубы. В качестве хладагента используют смесь сухого льда и водного раствора этиленгликоля, содержанием которого контролируют температуру фазовых переходов. Также в качестве хладагента используют сжиженные газы, температура фазовых переходов которых регламентируется их давлением насыщения. Также сжиженный газ подается в тампон - герметизатор при температуре окружающей среды с последующим его испарением при требуемом давлении насыщения, которым определяют температуру испарения хладагента (поверхности контакта тампона-герметизатора с трубой). Так, в качестве хладагента используют газ высокого давления, дросселируемый в тампоне-герметизаторе.

Кроме того, возможен вариант - после введения в трубопровод тампон-герметизатор заполняют сжиженным газом - хладагентом, при этом в тампоне- герметизаторе устанавливают дроссель, регулирующий температуру в зоне герметизации автономно до полного испарения сжиженного газа - хладагента. Для сокращения времени монтажа перекрытия трубопровода тампон-герметизатор вводят в полость перекрываемого трубопровода через существующий отвод, оборудованный полнопроходной задвижкой.

На фиг. 1 показана зависимость вязкости от температуры для некоторых нефтей [А. А. Арсентьев, С.Е.Кутуков, Г.X. Самигуллин. Аномальное поведение нефтей при отрицательных температурах // Проблемы нефтегазового комплекса в условиях становления рыночных отношений: Сборник научных статей. Уфа: Фонд содействия развитию научных исследований, 1997, с. 137-140]. Данная зависимость носит аномальный характер, так как обычно при уменьшении температуры жидкости монотонно увеличивается вязкость. При этом обычно большей вязкости соответствует большее значение энергии активации вязкого течения. Усредненные значения энергий активации вязкого течения приведены в табл. 1 [А.А. Арсентьев, С.Е.Кутуков, Г.X.Самигуллин. Аномальное поведение нефтей при отрицательных температурах // Проблемы нефтегазового комплекса в условиях становления рыночных отношений: Сборник научных статей. Уфа: Фонд содействия развитию научных исследований, 1997, с. 137-140], откуда видно, что снижение температуры ниже -25-32^oC не приводит к увеличению энергии активации вязкого течения и для каждой нефти существуют свои диапазоны максимальных значений энергии активации вязкого течения, которыми и целесообразно регламентировать процесс герметизации (см. табл. 1 в конце описания).

В качестве тампона - герметизатора может быть использована эластичная оболочка, внутрь которой для улучшения герметичности между стенкой и трубой подается хладагент. Для уменьшения затрат времени на перекрытие трубопровода ввод тампона-герметизатора может проводиться через существующий отвод, оборудованный полнопроходной задвижкой. Хладагент может прокачиваться через оболочку в виде смеси сухого льда и водного раствора этиленгликоля, процентным содержанием которого определяют температуру фазовых переходов. Также в качестве хладагента могут быть использованы сжиженные газы, температура фазовых переходов которых регламентируется их давлением насыщения. В этом случае давление насыщения может задаваться регулятором давления на выходе из тампона-герметизатора. Сжиженный газ может подаваться в тампон-герметизатор при температуре окружающей среды с последующим его испарением при требуемом давлении насыщения, которым определяют температуру испарения хладагента (поверхности контакта тампона-герметизатора с трубой). При этом температура выбирается выше предела хладноломкости стали трубы.

Например, в качестве сжиженного газа можно использовать углекислоту (CO₂), редуцированную в тампоне-герметизаторе. Внутри тампона-герметизатора температура CO₂ задается давлением в оболочке и рассчитывается по уравнению Клайперона-Клаузиуса: dT_s/T_s= (1/_г-1/_ж)dP_s/, где _г и _ж - плотности соответственно газа и жидкости; - теплота парообразования CO₂; P_s - давление насыщенных паров; T_s - температура испарения.

Таким образом, параметром регулирования термодинамических условий в тампоне-герметизаторе является P_s - давление насыщенных паров CO₂, которое задают регулятором давления на выходе из него.

Температура газа после регулятора давления определяется параметрами дросселирования: где - коэффициент Джоуля-Томпсона, К/Па; R = 189 Дж/кг К - газовая постоянная CO₂; Т_г - температура газа после регулятора давления, К;
P_atm = 101.3 kПа - атмосферное давление;
a, b - постоянные уравнения состояния Ван-дер-Ваальса:
(P+a²)(1/-b) = RT,
где a = 3.5310⁶ бар см²/кг, b=42.8 см³/кг.

Термодинамические параметры углекислоты приведены в табл. 2 в конце описания [Справочник химика, том 1. / Под ред. чл.-кор. АН СССР Б.П.Никольского.-М. - Л.: ГОСХИМИЗДАТ, 1963. - с. 887].

Отработанный холодный газ на выходе из тампона-герметизатора можно использовать для охлаждения образующей трубы в месте перекрытия трубопровода. Например, газ может подаваться в эту зону, локализованную теплоизоляционным кожухом.

Аналогичный процесс можно организовать при автономном нахождении оболочки, заполненной сжиженным газом в трубопроводе, до полного испарения сжиженного газа.

Регулирование температур можно производить подбором хладагента с конкретными температурами фазовых переходов. Выбор хладагента осуществляется как в зависимости от необходимого диапазона температур, так и его экономической и технологической эффективности.

Изобретение может быть использовано для временного перекрытия нефтепроводов и продуктопроводов при аварийных и ремонтных работах.

Использование предложенного способа позволяет задать оптимальную температуру охлаждения и за счет этого значительно снизить материальные затраты и сократить время, необходимое на перекрытие трубопровода.

Формула изобретения

1. Способ временного перекрытия трубопроводов, заключающийся во вводе тампона-герметизатора в перекрываемую трубу, отличающийся тем, что прокачивают хладагент с температурой фазовых переходов, лежащей в диапазоне температуры кристаллизации перекачиваемого продукта, определяемой возможно более высокой энергией активации вязкого течения, но выше предела хладноломкости стали трубы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют смесь сухого льда и водного раствора этиленгликоля, процентным содержанием которого контролируют температуру фазовых переходов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют сжиженные газы, температура фазовых переходов которых регламентируется их давлением насыщения.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что сжиженный газ подают в тампон-герметизатор при температуре окружающей среды с последующим его испарением при требуемом давлении насыщения, которым определяют температуру испарения хладагента, поверхности контакта тампона-герметизатора с трубой .

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют газ высокого давления, дросселируемый в тампоне-герметизаторе.

6. Способ по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что после введения в трубопровод тампон-герметизатор заполняют сжиженным газом-хладагентом, при этом в тампоне-герметизаторе устанавливается дроссель, регулирующий температуру в зоне герметизации автономно до полного испарения сжиженного газа-хладагента.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тампон-герметизатор вводят в полость перекрываемого трубопровода через существующий отвод, оборудованный полнопроходной задвижкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3