УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДАХ Российский патент 1996 года по МПК F17D3/08 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту для эффективного способа удаления конденсата или осевшей жидкости в трубопроводах посредством использования подвижного поршня определенного типа.

Известно устройство для удаления жидкости в трубопроводах, содержащее цилиндрический поршень из гибкого губкообразного материала (полимерного), например, пенополиуретана. Последний вводится и выводится из трубопровода через входные и выходные отверстия с выталкиванием жидкости, содержащейся в трубопроводе. При этом отношение длины поршня к внешнему диаметру составляет 1,5 2, т. е. длина поршней установлена 1,5 2 Ду.

Недостатком известного устройства является недостаточная упругость поршней (или способность к деформации), что требует высоких усилий.

Технический результат от использования устройства обеспечение минимальной эффективности удаления жидкости не менее 90 при максимальном уменьшении диаметра поршня 0,5
Это достигается тем, что в устройстве для удаления жидкости в трубопроводах, содержащем цилиндрический поршень из гибкого губкообразного полимерного материала вводимого и выводимого после прохода участка из трубопровода через входные и выходные отверстия с выталкиванием жидкости, поршень выполнен из материала с плотностью ниже 40 кг/м³.

Наиболее важным признаком данного изобретения является то, что циркуляционное устройство для удаления жидкости (в данном случае упомянутый выше "поршень") имеет преимущественно цилиндрическую форму (фиг. 1 3) и изготовлен из очень легкого типа полиуретана (плотность менее 40 кг/м³) без необходимости какого-либо защитного пластмассового или резинового покрытия, что обеспечивает чрезвычайно большую сжимаемость, имеющую важную роль для работы.

Другой важный признак предлагаемого изобретения заключается в том, что внешний диаметр поршня может быть значительно больше внутреннего диаметра трубопровода.

Прилагаемые чертежи служат иллюстрацией важных признаков, необходимых для осуществления данного способа.

На фиг. 1 приводится перспективное изображение цилиндрического поршня; на фиг. 2 перспективное изображение цилиндрического поршня со скошенным передним краем в виде усеченного конуса; на фиг. 3 вариант поршня в перспективном изображении с полусферическим или слегка параболическим передним концом; на фиг. 4 грубо выполненный поршень, однако удовлетворительно работающий в трубопроводе; на фиг. 5 график зависимости эффективности удаления жидкости в зависимости от степени заполнения жидкостью трубопровода.

На фиг. 1 изображен поршень 1 цилиндрической формы, изготовленный из очень легкого пенополиуретана (максимальная плотность 40 кг/м³. Опыт показал, что такой поршень хорошо работает при вытеснении жидкости, за исключением переднего его края 2, который подвержен повышенному износу, даже когда продольная ось поршня остается параллельной оси трубопровода, с отрывом малых частиц, вызываемых трением о неровности внутренних поверхностей трубопровода и распределением потока перед поршнем.

Вариант (фиг. 2) задуман, чтобы устранить упомянутые выше недостатки, а имеет форму передней части 5 в виде усеченного конуса 4, без упомянутых выше передних краев, сводя к минимуму разрушение переднего края и способствуя вводу поршня, особенно если радиус поршня гораздо больше, чем внутренний диаметр трубопровода.

Важным признаком данного способа, не имеющим повторения в традиционных способах, является возможность ввода поршня через любой тип входного отверстия, даже меньшего, чем размер поршня, ввиду чрезвычайной сжимаемости пенополиуретана низкой плотности (менее 40 кг/м ³) и предпочтительно в диапазоне между 17 и 33 кг/м³.

Как можно видеть на фиг. 1 4, основная форма поршня это цилиндр с верхней частью в виде усеченного конуса, или закругленной формы. Рассмотрение этих фигур раскрывает определенные пропорции между длиной и диаметром каждого поршня. Ясно, что представленные формы будут сохраняться, если длина поршня более или менее вдвое превышает его диаметр (независимо от формы передней части поршня). На практике пропорции могут меняться от 1,5:1 до 2:1. Однако коротких поршней (с высотой, равной или меньшей диаметра) следует избегать, чтобы они не поворачивались внутри трубопровода, при проталкивании вдоль трубопровода. Очень длинные поршни также не очень эффективны, они подвержены деформации, которую грубо можно назвать как выпучивание, другими словами, газовая и жидкая фазы, проходя между внутренней поверхностью трубопровода и внешней поверхностью поршня, деформируя форму поршня и мешая его движению.

Предлагаемое изобретение имеет два больших преимущества:
значительное снижение цены поршня по данному способу;
поршень легко может быть пропущен через сужения диаметра внутри трубопровода, что повышает эффективность процесса.

В данном случае цена пенополиуретана без покрытия раз в 150 ниже, чем цена соответственного поршня из полиуретанового эластомера. При этом уровне цен поршни можно часто менять, не дожидаясь их значительного износа, становится даже возможным одноразовое использование поршня, что делает операцию очистки трубопровода гораздо более простой. Полученные результаты "говорят" за то, что можно рекомендовать проводить удаление конденсата из газопровода с заменой традиционных надувных шаров на пенопластовые устройства.

Оборудование такого типа схематично показано на фиг. 4. Поршень выполнялся без всякой чистовой обработки поверхности, просто вырезанием цилиндра (в данном случае довольно грубой многогранной призмы) с помощью хорошо заточенного ножа из блока пенополиуретана коммерческого качества. Повторное пропускание через большие длины газопровода показало удивительно малый износ и очень удовлетворительное сохранение размера поршня. При каждом проходе через газопровод минимальная эффективность удаления жидкости была 90 при максимальном уменьшении диаметра поршня 0,50
Испытания в рабочих условиях, проведенных в пенополиуретановыми поршнями очень малой плотности, показали удивительно хорошие результаты, по сравнению с ожиданиями и постулатами известного уровня техники.

Прежде всего, ожидали, что пенополиуретановые поршни малой плотности не будут иметь достаточного сопротивления срезу в любых условиях работы. Эти ожидания подогревались известным фактом, что гибкий полиуретановый поршень из материала плотностью 60 кг/м³ и отличного качества не сохранял минимально допустимого рабочего качества после прохождения всего лишь 3 км газопровода.

Проход через газопровод длиной 208 км с диаметром 40,64 см поршня, изготовленного по данному изобретению, дал следующие результаты в смысле износа:
номинальный диаметр поршня 45,72 см;
средний реальный диаметр поршня 45,46 см;
конечный диаметр поршня после одного прохода по газопроводу 44,95 см.

Ввиду такого результата можно ожидать по крайней мере 10 проходов по испытательному газопроводу без заметного износа поршня.

Данное изобретение раскрыло еще одно заблуждение, выявленное в процессе анализа известного уровня техники, а именно: необходимость в непроницаемой оболочке из пластмассы или синтетического каучука на передней части движущегося тела (в предлагаемом случае поршня или "чушки" по известному уровню техники), чтобы избежать прохода через поры материала при высоких давлениях, что считалось очень вредным. Поршень по изобретению не нуждается в каком-либо покрытии его трущейся части для обеспечения удовлетворительной работы по прогону жидкости через трубопровод.

Другое преимущество способа заключается в том, что достаточно лишь небольшого перепада давления, чтобы двигать поршень по внутренним поверхностям трубопровода, даже если по ходу имеются изменения внутреннего диаметра трубопровода, необходимые для работы. Такой поршень продвигается по участку трубопровода при малом перепаде давления между задней частью (частью напора) и передней частью, проталкивающей жидкость в трубопроводе. Примеры, приведенные для иллюстрации описания, показывают широкий диапазон соотношений между диаметром трубопровода и радиусом поршня, в противоположность распространенному представлению не очень знающих суть дела специалистов.

Третье преимущество изобретения относится к удивительно хорошей производительности на участках трубопровода с полной длиной, измеряемой сотнями километров, или даже тысячью километров, без потери рабочих качеств и при необходимости только одного входного отверстия, что позволяет обойтись без промежуточных коллективов и отверстий для ввода.

С другой стороны, не следует забывать, что разрушения, причиняемые жесткой полиуретановой эластомерной "чушкой" по известному уровню техники, гораздо больше, чем разрушения, наносимые упомянутым поршнем. "Чушка" из полиуретанового эластомера имеет ограниченную гибкость и вводится в трубопровод, надувается до диаметра лишь немного превышающий внутренний диаметр трубопровода (разность составляет всего лишь несколько миллиметров) и как таковая подвержена застреванию при прохождении препятствий в виде неровностей внутренней поверхности трубопровода. В случае менее упругих "чушек", однако, рабочее давление толкающего чушку газа поддерживается высоким, чтобы ускорить проход чушки, что уменьшает опасность застревания, но увеличивает опасность разрезания чушки в участках трубопровода с ограниченной проходимостью, как например, изгибов с малым радиусом кривизны, неточно состыкованных фланцев и местных шишек или уменьшения диаметра и т. п. Большая доля потерь чушек в газоприводах происходит таким образом.

Последующие примеры не оставляют сомнений в части сравнительно слабой степени износа поршня в суровых рабочих условиях, в противоположность ожидаемому для этого легкого и гибкого материала.

П р и м е р 1. Поршень диаметром 17,78 см был введен в трубопровод диаметром 15,24 см с длиной 72 км. Трубопровод использовался для транспортировки 340000 м³ (норм) газа в день под давлением 58,24 кг/см². Поршень выгнал из трубопровода конденсат и прибыл в ожидаемое время к выходному отверстию, конечный диаметр поршня после удаления его из трубопровода был 15,75 см.

П р и м е р 2. В тех же условиях работы, что и в примере 1, в трубопровод был введен поршень диаметром 20,32 см и удален с конечным диаметром 17,53 см.

П р и м е р 3. Еще одно сухое испытание было проведено для оценки степени износа в тяжелых условиях. Поршень был введен в сухой трубопровод и продвинут со скоростью 21 м/с по 8 км трубопровода. Оценка проводилась по потере массы.

Начальная масса 82,94 г
Конечная масса 71,60 г
Отношение между оцениваемыми массами 86
Относительная потеря массы 1,89 г/км.

Другой важный параметр оценки производительность по удалению жидкости.

П р и м е р 4. Удельные объемы воды, каждый из которых представляет определенную часть в процентах полного имеющегося объема, заливались в опытный трубопровод. Полный объем вытесненной воды измеряли после прохода поршня со скошенным на конус передним краем (фиг. 2). Результаты сведены в табл. 1.

График на фиг. 5 показывает потерю в эффективности при уменьшении удельного содержания воды в трубопроводе, однако, даже при низких величинах Н эффективность превышает 90
П р и м е р 5. Рабочее испытание предлагаемого способа с проходом поршня через суженные участки трубопровода.

Это испытание иллюстрируют упомянутые основные свойства процесса по изобретению: эффективное удаление жидкости из трубопровода при использовании поршня с высокой сжимаемостью, отличающегося удовлетворительной работой в суженных проходах (иногда очень суженных) и без потери эффективности по удалению воды в присутствии малых перепадов давления.

Поршень с диаметром немного больше 15,24 см (что показывает легкое вставление поршня во входное отверстие без заметных деформаций) проходит через сужение диаметра с 15,24 до 10,16 см прежде чем идти по опытному трубопроводу с полной длиной 48 м. При проходе поршень преодолевает несколько сужений диаметра и последовательность поворотов на 90^oС с малым радиусом кривизны. Измерялось необходимое давление в функции от удельного сужения диаметра.

Результаты сведены в табл. 2.

Приведенные выше результаты показывают, что устройство использующее полиуретановый поршень с очень низкой плотностью введенный в трубопровод со значительным уменьшением диаметра и проходящий по нему через несколько значительных сужений диаметра трубопровода, имеет высокую эффективность по удалению конденсатных жидкостей и воды и даже может использоваться как мера объема трубопровода без значительных потерь в объеме поршня или без разрушения поршня. ТТТ1 ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: в трубопроводном транспорте. Сущность изобретения: устройство содержит цилиндрический поршень из гибкого губкообразного материала, вводимого и выводимого после прохода участка из трубопровода через входные и выходные отверстия с выталкиванием жидкости, содержащейся в трубопроводе, при этом поршень выполнен из полимерного материала с плотностью ниже 40 кг/м³. 5 з. п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

1. Устройство для удаления жидкости в трубопроводах, содержащее цилиндрический поршень из гибкого губкообразного полимерного материала, вводимый и выводимый после прохода участка из трубопровода через входные и выходные отверстия с выталкиванием жидкости, содержащейся в трубопроводе, отличающееся тем, что поршень выполнен из материала с плотностью ниже 40 кг/м³. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя часть цилиндрического поршня выполнена в виде усеченного конуса, при этом высота конической части меньше полной высоты поршня. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя часть поршня выполнена в виде параболической полусферы. 4. Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что боковая поверхность поршня выполнена в форме боковой поверхности призмы с множеством прямоугольных боковых граней малой ширины для приближения к цилиндрической форме. 5. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что поршень выполнен с возможностью продвижения вдоль трубопровода посредством малого перепада давления между его задней напорной частью и передней частью для вытеснения жидкости вдоль трубопровода. 6. Устройство по пп. 1-5, отличающееся тем, что плотность губкообразного полимерного материала находится в диапазоне от 17-33 кг/м³.