УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 1998 года по МПК F16L55/128 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, и в частности, может быть использовано для временной герметизации внутренней полости магистральных нефтепроводов большого диаметра при производстве ремонтных, например, сварочных работ.

Известно устройство для перекрытия трубопровода [1], которое содержит герметизирующие уплотнительные элементы, перекрывающие внутреннюю полость трубопровода, причем в пространство между ними подается вода под некоторым давлением, что должно создавать противодавление и исключить переток жидкости из устройства в отключенный трубопровод и наоборот.

Однако в магистральных трубопроводах, из-за некоторой эллипсности сечения, практически невозможно установить герметизирующие элементы, исключающие утечки, причем с увеличением диаметра трубопроводов возможность разгерметизации увеличивается.

Известно устройство для герметизации внутренней полости трубопроводов, которое содержит пенополиуретановый тампон и канал для ввода пенополиуретана в трубопровод, причем сам тампон выполнен в виде цилиндра, переходящего в усеченный конус. Техническое решение устройства позволяет возникающему перед тампоном в трубопроводе давлению прижимать его к стенке трубопровода и повышать надежность герметизации.

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

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является техническое решение устройства для герметизации трубопровода [3].

Устройство содержит цилиндр, установленный в трубопроводе с зазором, который заполняется герметиком, причем последний на основе высокомолекулярного полимера. Поскольку герметик является вязкоупругой системой, то при сдвиге в нем возникают нормальные напряжения, обеспечивающие определенный расклинивающий эффект, и как следствие, повышение герметичности устройства.

Однако практическое применение устройства для герметизации магистральных трубопроводов показало, что за счет расклинивающего эффекта может быть достигнута герметизация при давлении в перекрытом участке трубопровода, не превышающем 0,02 МПа, что недостаточно для обеспечения безопасности сварочных работ на магистральных нефтепроводах, в которых за счет выравнивания давления после остановки и микроутечек в перекрывающих задвижках при перепаде высот по трассе 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 (главным образом, сварочных) работ.

Для решения задачи обеспечения высокой степени надежности герметизации магистральных нефтепроводов и обеспечения безопасности при проведении сварочных работ при возникновении давления в отключенных участках трубопроводов, в известном устройстве, содержащем цилиндр, установленный в трубопровод с зазором, дополнительно установлен стержень, жестко скрепленный с цилиндром, а на стержне с зазором установлен подвижный полый цилиндр, причем стержень обращен в сторону открытого конца трубопровода и снабжен резьбой, на которую навернута поджимная гайка, кроме того, подвижный цилиндр снаружи и изнутри снабжен уплотнительными манжетами, а торец снабжен выступом, который обращен к полости между цилиндрами, заполненной герметиком, предпочтительно, гелем на основе высокомолекулярного полимера, при этом конец стержня снабжен сквозным отверстием в направлении, перпендикулярном оси, а между подвижным цилиндром и поджимной гайкой размещена стопорная шайба, установленная в шпоночной канавке на конце стержня.

Схема устройства приведена на чертеже.

Устройство, помещенное в трубопровод 1, содержит цилиндр 2, жестко соединенный со стержнем с резьбой на конце 3, на которой установлен с зазором подвижный полый цилиндр 4, снабженный кольцевым коническим выступом 5, который обращен внутрь полости между цилиндрами. Стержень снабжен стопорной шайбой 6 с фиксатором 7, который установлен в шпоночной канавке на конце стержня. При этом на стержень навернута поджимная гайка 8. Подвижный и неподвижный цилиндры снабжены уплотнительными манжетами 9,10, 11а, пространство 12 между ними заполнено герметиком.

Устройство работает следующим образом.

Со стороны свободного конца трубопровода 1, после отсечения поврежденного участка трубопровода, вставляется устройство в собранном виде (см. чертеж). При этом гайка 8 установлена на самом конце стержня 3, а подвижный цилиндр 4 введен в трубопровод 1 не более чем на одну четверть. Затем приготовленный герметик подается в зазор между трубопроводом 1 и отжатым манжетом 9 в полость 12. (Цилиндр 4 для подачи герметика может быть также снабжен специальным отверстием). После заполнения полости 12 цилиндр 4 задвигается в трубопровод 1 заподлицо с торцом трубы и поджимается гайкой 8 до начала появления герметика в зазоре между трубой и манжетами. Через 15-20 мин гайка еще раз поджимается. При этом цилиндр 4 равномерно распределяет вязко-пластичный герметик в полости 12 и, сжимая вдоль оси трубопровода, надежно расклинивает его (за счет создания в нем нормальных напряжений) по все поверхности полости трубопровода 1 между цилиндрами, что обеспечивает герметизацию устройства. Кольцевой конусный выступ 5 цилиндра 4 создает при этом дополнительный расклинивающий эффект в герметике. Отверстие на конце стержня может быть использовано или для установки дополнительного стопора-предохранителя, или для тягового устройства при точной установке устройства в трубопровод 1.

На экспериментальном участке трубопровода d_внут=150 мм было испытано устройство, выполненное следующим образом. Подвижный и неподвижный цилиндры были выполнены из оргстекла: диаметр цилиндров неподвижного - 148 мм, подвижного - 144 мм, ширина - 25 мм. Манжеты из набора резины толщиной δ = 3мм. Кольцевой конический выступ подвижного цилиндра также выполнен из оргстекла; ширина 46 мм, угол конусности 26^o, диаметр острой кромки кольца 84 мм. Кольцевая канавка на неподвижном цилиндре, треугольная - в свету, глубиной 10 мм. Неподвижный цилиндр жестко соединен со стержнем из стального прутка ⊘ 16 мм с резьбой на конце М14, стопорной шайбой и поджимной гайкой.

Герметизирующая композиция, аналогичная композиции прототипа, перекачивалась лабораторным насосом в полость между цилиндрами, через медную трубку ⊘ 3х0,8, которая была вставлена в полость трубы через верхнюю часть манжета подвижного цилиндра. Затем гель отжимался поджимной гайкой. Через 20 мин в полости герметизируемого участка трубы создавалось сдвиговое давление с помощью лабораторного масляного пресса.

Аналогичный опыт проводился с устройством прототипом, длина которого равнялась длине стержня (без резьбы) предлагаемого изобретения.

Сравнительные эксперименты показали, что герметизирующее устройство по предгаемому изобретению выдержало максимально развиваемое давление компрессора 7,3 ати, в то время как устройство-прототип начало пропускать газ при давлении 0,9 ати.

Лабораторные исследования показали, что гель способен выдержать практически любое давление, которое может возникнуть при проведении сварочных работ на аварийных участках магистральных нефтепроводов.

Таким образом, исследования показали, что новое техническое решение обладает, по сравнению с прототипом, следующими преимуществами:
- за счет предварительного сжатия герметика между подвижным и неподвижным цилиндрами устройства обеспечивается резкое увеличение расклинивающего эффекта в полости трубопровода, что в свою очередь обеспечивает оптимальный эффект герметизации.

- наличие поджимной гайки позволяет резко снизить длину герметизирующего устройства без ущерба для его надежности.

- регулируемое расстояние между цилиндрами обеспечивает равномерное распределение герметика по всему объему герметизирующей полости трубопровода и исключает возможность образования пустот.

Проведенные испытания показали высокую эффективность устройства для герметизации магистральных трубопроводов и надежность при возникновении любых давлений в отключенном участке трубопровода, причем процесс герметизации может быть рассчитан и спрогнозировано предельное сдвиговое давление.

Таким образом, исследования показали, что новое техническое решение обладает по сравнению с известными устройствами следующими преимуществами:
- резкое и регулируемое увеличение эффекта расклинивания герметизатора и, как следствие, повышение эффективности и надежности устройства;
- простота и быстрота установки устройства для герметизации трубопроводов.

С учетом отмеченных преимуществ:
- устройство может быть с высокой степенью надежности и безопасности использовано для герметизации участков магистральных нефтепроводов при производстве сварочных работ на аварийных участках трубопроводов;
- устройство может быть использовано для очистки внутренней поверхности трубопровода от нефтяных отложений.

Использование: в трубопроводном транспорте, в частности для временной герметизации полости магистральных трубопроводов большого диаметра. Сущность: устройство, помещенное в трубопровод 1, содержит стержень с резьбой на конце 3, жестко соединенный с цилиндром 2, на которой 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 открытого конца трубопровода 1 и снабжен стопорной шайбой 6 с фиксатором 7. Кроме того на стержень навернута поджимная гайка 8. 1 ил.

Устройство для герметизации трубопроводов, содержащее цилиндр, с зазором установленный в трубопроводе, полость которого за цилиндром заполнена герметиком, отличающееся тем, что цилиндр жестко соединен со стержнем, на котором с зазором установлен полый подвижный цилиндр, причем стержень обращен острием в сторону открытого конца трубопровода и снабжен резьбой, на которую навернута гайка, кроме того, подвижный цилиндр снаружи и изнутри снабжен уплотнительными манжетами, а торец его снабжен выступом, который обращен к полости между цилиндрами, заполненной герметиком, предпочтительно гелем на основе высокомолекулярного полимера, при этом конец стержня снабжен сквозным отверстием в направлении, перпендикулярном оси, а между подвижным цилиндром и гайкой размещена стопорная шайба, установленная в шпоночной канавке на конце стержня.