СПОСОБ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ОТ ОТЛОЖЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК B08B9/04 

Изобретение относится к области очистки внутренней поверхности труб от отложений и может быть использовано в лакокрасочной, нефтехимической, молочной, пищевой, газовой промышленности для очистки труб с диаметром от 20 мм и выше.

Известен способ очистки окрашенных поверхностей, заключающийся в разрушении красочного покрытия путем подачи на окрашенную поверхность струи нагретого сжатого воздуха и последующего удаления покрытия механическим путем, например, скребком. [1]
Данный способ предназначен только для наружных, преимущественно плоских поверхностей. Недостатком способа является низкая скорость очистки и недостаточное качество очистки.

Более близким к изобретению является способ очистки внутренней поверхности труб от отложений, включающий удаление отложений механическим путем посредством резцов при одновременном термогазодинамическом воздействии высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей, направленной по оси трубы.

Газовую струю создают термогазогенератором, перемещаемым в полости трубы относительно очищаемой поверхности. При этом механическая очистка осуществляется в два приема. При большой толщине отложений первый слой отложений снимается резцами, установленными на переднем торце термогазогенератора вокруг соплового отверстия. Эти отложения сразу попадают в зону термодинамического воздействия газовой струи, сжижаются и удаляются. Оставшийся слой отложений удаляется подпружиненными резцами, установленными на боковой поверхности роторного устройства, размещенного за термогазогенератором, и шарнирно с ним связанного. Эти отложения после удаления с очищаемой поверхности перемещаются в зону термогазодинамического воздействия с помощью подпружиненных шнековых лопастей, установленных на боковой поверхности термогазогенератора. [2]
В известном способе предусматривается удаление отложений с внутренней поверхности труб с помощью резцов при одновременном термогазодинамическом воздействии на отложения высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей, направленной по оси трубы. При этом удаленные с очищаемой трубы отложения подаются в зону термогазодинамического воздействия для сжижения и удаления. Таким образом, газовая струя, создаваемая термогазогенератором, выполняет вспомогательную функцию очистки размягчает отложения, чем облегчает их механическое удаление, после чего осуществляет сжижение и удаление продуктов отложений из полости труб. В результате качество очистки зависит от возможностей механической очистки резцами и может быть неудовлетворенным при большой плотности отложений, при многослойных отложениях с различной плотностью, при неравномерных по толщине отложениях, когда работа резцов затруднена, а также при очистке в области сварных швов и технологических неровностях.

Недостатком способа является также то, что он предназначен для очистки труб с постоянным диаметром, определяемым размерами устройства, и не может быть применен для труб переменного диаметра.

Кроме того, затруднена практическая реализация способа, в особенности для труб малого диаметра из-за сложности конструкции для его осуществления (в частности, из-за сложности подвода питания к вращающемуся термогазогенератору, сложности роторного устройства).

Наиболее близким к изобретению является способ очистки трубопроводов, содержащих загрязнения на внутренней поверхности, использующий реактивную струю, истекающую из сопла газогенератора под заданным углом к осадку со скоростью 1500 3000 м/с, температурой 1500 2500^oK и коэффициентом избытка окислителя 0,3 0,9 [3]
Следует заметить, что качество очистки, а для определенных отложений, например солевых, разрушение отложений возможно лишь при непосредственном воздействии сверхзвуковой струи на отложения на всем протяжении трубы. Однако сверхзвуковая скорость в струе сохраняется на расстоянии 5 10 ее диаметров и поэтому очистка трубопровода от отложений возможна в пределах указанного расстояния от места ввода струи в трубопровод. Далее, из-за потерь энергии скорость газа в струе резко падает и эффект очистки отсутствует. Если принять диаметр струи, равный диаметру трубы, то и в этом предельном случае сверхзвуковое воздействие возможно на расстоянии 5 10 диаметров трубы. При этом невозможно воздействие на отложения под углом на всем протяжении трубы и очень велики энергетические затраты, т.к. мощность газогенератора пропорциональна квадрату диаметра струи.

В известном способе, [3] термогазодинамическое воздействие в сверхзвуковом режиме осуществляется только на входе в трубопровод, следовательно, эффективная очистка возможна только небольшого начального участка трубы. Кроме того, в известном способе не имеет значения как подается струя, под каким углом и через какое количество сопел. Дело в том, что указанные признаки являются существенными только тогда, когда термогазодинамическое воздействие осуществляется в сверхзвуковом режиме и непосредственно на отложения, т. е. на расстоянии 2 3 диаметра трубы от ее входа. Далее, в силу потери энергии струей на всем протяжении трубы, скорость становится значительно ниже звуковой и направлена по оси трубы независимо от того как струя была направлена на входе в трубу.

Таким образом, в известном решении сверхзвуковое воздействие непосредственно на отложения возможно только на небольшом начальном участке трубы, поэтому на большей части трубы эффект очистки малоэффективен или отсутствует. Следовательно, известный способ может быть использован в тех случаях, когда длина трубы не более чем на порядок превышает ее диаметр.

К этому следует добавить данные, полученные заявителем в процессе опытной очистки труб, длиной от 6 до 12 метров и диаметром 51 мм, по известному способу. В начальный момент происходит отделение отложений от внутренней поверхности трубы и перемещение их вдоль трубы. Однако энергия струи из-за трения о стенки трубы и из-за потерь на перемещение отложений снижается и струя не может далее перемещать отложения, что приводит к закупорке трубы. В связи с тем, что вход в трубу открыт, продукты сгорания возвращаются обратно, но без отложений, т.к. не хватает энергии на перемещение отложений да еще против основного потока. В результате чего очистка трубы становится невозможной.

Кроме того, следует обратить внимание на то обстоятельство, что эффективность и качество очистки существенно зависят от градиента температуры по длине и толщине отложений и стенки трубы, т.к. разрушение отложений наиболее эффективно за счет внутреннего силового фактора, обусловленного температурными напряжениями из-за различных коэффициентов линейного расширения отложений и материала стенки трубы. Наибольший градиент можно получить только при перемещении газогенератора относительно очищаемой поверхности. При этом можно понизить температуру и скорость газа в струе, сохраняя эффективность, т. е. использовать вместо дефицитного кислорода доступный воздух и тем самым значительно снизить стоимость очистки.

И, наконец, известный способ не решает задачу очистки труб переменного сечения, имеющих неровности. В этих трубопроводах образуются застойные зоны, где очистка от отложений без совмещения перемещения и сверхзвукового воздействия просто невозможна.

Задачей, решаемой изобретением, является создание способа очистки внутренней поверхности труб от отложений, обеспечивающего:
качественную очистку внутренней поверхности труб;
очистку труб переменного диаметра;
очистку труб малого диаметра;
экономичность;
простоту практической реализации;
повышение скорости очистки.

Для достижения поставленной задачи в известном способе очистки внутренней поверхности труб от отложений, включающем термогазодинамическое воздействие в сверхзвуковом режиме, создаваемое термогазогенератором, помещенным в полость трубы, при относительном перемещении термогазогенератора и очищаемой поверхности трубы, согласно изобретению, термогазодинамическое воздействие осуществляют под углом к очищаемой поверхности непосредственно на отложения, имеющим, по крайней мере, одно наклонное сопло.

Согласно изобретению, термогазодинамическое воздействие осуществляют под углом к диаметральной плоскости.

Согласно изобретению, относительное перемещение термогазогенератора и очищаемой поверхности осуществляют вращательным движением трубы вокруг своей оси или возвратно-вращательным движением термогазогенератора на угол, не меньший, чем 360^o, деленный на число сопел, и продольным перемещением термогазогенератора или трубы за каждый поворот на величину, не превышающую толщину газовой струи в месте контакта с очищаемой поверхностью в продольном направлении.

Согласно изобретению, относительное перемещение термогазогенератора и очищаемой поверхности осуществляют продольным перемещением термогазогенератора или трубы при условии, что термогазодинамическое воздействие совершают газовой струей, имеющей в зоне контакта с очищаемой поверхностью сплошное кольцевое сечение, создаваемой термогазогенератором с щелевым коническим соплом или несколькими наклонными соплами.

Согласно изобретению, термогазодинамическое воздействие осуществляют в детонационном режиме.

Перемещение термогазодинамического воздействия в отличие от прототипа позволяет концентрировать энергию непосредственно на отложениях в сверхзвуковом режиме, в результате чего осуществляется более интенсивный подвод тепла в зону воздействия, более интенсивное разрушение отложений за счет температурных напряжений и газодинамического воздействия и унос продуктов отложений газовой струей.

В итоге осуществляется очистка термогазодинамическим путем, при этом качество очистки повышается, что в свою очередь повышает экономичность способа.

Направление термогазодинамического воздействия под углом к диаметральной плоскости трубы придает потоку вращательное движение, т.к. появляется тангенциальная составляющая скорости потока. Это увеличивает траекторию движения потока в трубе и время термогазодинамического воздействия на очищаемую поверхность.

Одновременно продукты сгорания и отделившиеся частицы отложений под действием центробежной силы оказывают химическое воздействие на очищаемую поверхность и дополнительно осуществляют абразивную очистку.

В результате повышается качество очистки и скорость очистки, сокращаются затраты топлива, т.е. повышается экономичность способа.

Способ применим для труб переменного диаметра, т.к. продольное перемещение термогазогенератора в трубе, или трубы относительно термогазогенератора не ограничено перепадами диаметральных размеров труб при условии, что диаметр термогазогенератора меньше диаметра трубы.

Способ применим, кроме того, для очистки труб малого диаметра благодаря простоте конструкции для его осуществления.

Вращательное движение трубы вокруг своей оси или возвратно-вращательное движение термогазогенератора на угол 360^o, деланный на число сопел при условии, что продольное перемещение термогазогенератора или трубы на каждый поворот не превышает толщину газовой струи в месте контакта с очищаемой поверхностью в продольном направлении, обеспечивает последовательное приведение всей очищаемой поверхности в контакт с зоной тормогазодинамического воздействия газовой струи (струй) термогазогенератора. Благодаря такому перемещению, не остается неочищенных участков. Вместе с тем, за счет исключения вращательного движения термогазогенератора вокруг своей оси облегчается подвод питания к термогазогенератору, что упрощает реализацию способа на практике.

При этом, следует отметить, что выбор количества сопел (газовых струй) при реализации способа зависит от условий эксплуатации толщины и вида отложений, плотности отложений, диаметра очищаемых труб.

Чем меньше число сопел, тем более сконцентрировано энергетическое воздействие термогазогенератора в локальных зонах воздействия. Это позволяет обходиться термогазогенератором меньшей мощности и меньшего размера, что положительно сказывается на экономичности способа и дает возможность чистить трубы меньшего диаметра.

Использование газовой струи со сплошным кольцевым сечением в зоне контакта с очищаемой поверхностью имеет преимуществом то, что в этом случае отпадает необходимость во вращательном движении трубы или термогазогенератора, что упрощает практическую реализацию способа. В этом случае мощность термогазогенератора распределяется по всему диаметру очищаемой поверхности и использование целесообразно при небольшой толщине отложений, их меньшей плотности и адгезии с поверхностью трубы, когда можно обойтись меньшим энергетическим воздействием на отложения для их удаления.

Осуществление способа в режиме детонационного горения обеспечивает повышение качества очистки за счет более интенсивного термогазодинамического воздействия. При детонационном горении со стенок трубы удаляется нагар. Кроме того, повышается скорость очистки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично изображено осуществление способа очистки трубы, на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1.

Для осуществления способа применяют термогазогенератор 1 с наклонным соплом 2, жестко связанный с полой штангой 3.

Питание термогазогенератора 1 осуществляется по шлангам 4, 5 соответственно для воздуха и горючего, проходящим через полый канал штанги 3. Количество сопел термогазогенератора выбирается в зависимости от условий эксплуатации.

Односопловой генератор целесообразно применять при большой толщине и плотности отложений, когда требуется высокая энергетическая концентрация в локальной зоне воздействия. Это позволяет снизить потребляемую мощность и уменьшить размеры термогазогенератора. В результате появляется возможность очистки труб малого диаметра до 20 мм.

Для осуществления способа трубу 6 с отложениями 7 на внутренней поверхности 8 устанавливают в подшипниковой опоре 9. Термогазогенератор 1 вводят в полость трубы 6 с помощью штанги 3. К термогазогенератору 1 подают воздух и горючее по шлангам 4, 5 и осуществляют его запуск. Одновременно осуществляют вращение трубы 6 с помощью привода (на чертеже не показан) вокруг своей оси и продольное перемещение термогазогенератора 1 с помощью штанги 3, связанной с приводом (на чертеже не показан). Термогазогенератор 1 создает сверхзвуковую газовую струю 10, направленную на очищенную поверхность 8 под углом 45^o к оси трубы 6 и под углом 45^o к диаметральной плоскости. Под влиянием термогазодинамического воздействия газовой струи 10 происходит отделение отложений 7 от поверхности 8, их частичное сгорание и унос газовым потоком. Для качественной очистки необходимо, чтобы перемещение термогазогенератора 1 и вращение трубы 6 было согласно. Для этого на каждый поворот трубы 6 перемещение осуществляют на величину, не превышающую длину газовой струи 10 в месте контакта с очищаемой поверхностью 8 в продольном направлении.

Направление газовой струи 10 под углом к меридиональной плоскости закручивает поток с продуктами отложений, в результате чего продукты сгорания и отделившиеся отложения, перемещающиеся по винтовой поверхности под действием центробежной силы, оказывают механическое воздействие на очищаемую поверхность 8 и дополнительно осуществляет абразивную очистку.

Применение многосоплового термогазогенератора целесообразно при небольшой толщине и плотности отложений, когда требуется энергетическое воздействие.

Применение термогазогенератора, обеспечивающего газовую струю 10 со сплошным кольцевым сечением в зоне контакта с очищаемой поверхностью 6, имеет преимущественно при реализации, т.к. исключает необходимость вращательного движения.

Для всех вариантом осуществления способа применим режим детонационного горения. Для осуществления детонационного горения периодически прекращают подачу горючего в термогазогенератор 1. В эти моменты горение прекращается. Затем вновь подают горючее, и через промежуток времени, равный времени заполнения полости трубы 6 горючей смесью, вновь подается сигнал на запуск термогазогенератор 1, в результате осуществляется горение в детонационном режиме со скоростью, значительно превышающей звуковую, при котором оказывается дополнительное термогазодинамическое воздействие на отложения 7. В итоге повышается качество и скорость очистки.

Использование: очистка внутренней поверхности труб от отложений, в лакокрасочной, нефтехимической, газовой промышленности. Сущность изобретения: термогазогенератор 1 вводят в полость трубы 6 с помощью штанги 3. К термогазогенератору 1 подают воздух и горючее по шлангам 4, 5 и осуществляют его запуск. Одновременно осуществляют вращение трубы 6 вокруг своей оси и продольное перемещение термогазогенератора 1 с помощью штанги 3. Термогазогенератор 1 создает сверхзвуковую газовую струю 10, направленную на очищаемую поверхность 8 под углом 45 град. к оси трубы и углом 45 град. к меридиональной плоскости. Под влиянием термогазодинамического воздействия газовой струи 10 происходит отделение отложений 7 от поверхности 8, их частичное сгорание и унос газовым потоком. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ очистки внутренней поверхности труб от отложений, включающий термогазодинамическое воздействие на поверхность в сверхзвуковом режиме, создаваемое теплогазогенератором, имеющим по меньшей мере одно сопло, которое располагают в полости трубы под углом к очищаемой поверхности, отличающийся тем, что очистку осуществляют при относительном перемещении термогазогенератора и очищаемой поверхности трубы, которое осуществляют вращательным движением трубы вокруг своей оси или возвратно-вращательным движением термогазогенератора на угол 360^o, деленный на число сопл, и продольным перемещением термогазогенератора или трубы за каждый поворот на величину, не превыщающую длину газовой струи в месте контакта с ожидаемой поверхностью в продольном направлении. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термогазодинамическое воздействие совершают газовой струей, имеющей в зоне контакта с очищаемой поверхностью сплошное кольцевое сечение, создаваемое термогазогенератором с щелевым коническим соплом или несколькими наклонными соплами. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что термогазодинамическое воздействие осуществляют в детонационном режиме.