УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ ТРУБЫ ГАЗОПРОВОДНОЙ МАГИСТРАЛИ Российский патент 1998 года по МПК F16L55/168 

Изобретение (патент) относится к области газовой промышленности и, в частности, к газопроводным магистралям под давлением, а конкретном случае - для перекрытия внутренней полости трубы при ремонтных работах на участке действующей газопроводной магистрали.

Известны устройства для перекрытия полости трубопроводов под давлением, состоящие из трех основных секций: гидравлический цилиндр, корпус, внутри которого размещена направляющая штанга, на которой смонтирована заглушка чашеобразной формы с герметизирующим уплотнителем, изготовленным из эластичного материала (см. проспект фирмы T.D.Williamson, Bulletin N 501.0, август 1987 г. , США, проспект фирмы IPSCO, США). Недостатком известных устройств является то, что для введения во внутреннюю полость перекрываемого трубопровода герметизирующей заглушки требуется вырезание отверстия в указанной трубе диаметром, равным диаметру этого трубопровода, а это приводит к значительному ослаблению прочности трубопровода, находящегося под высоким давлением газа. Недостатком известных устройств является также то, они не обеспечивают полной герметизации в месте перекрытия внутренней полости трубы действующего газопровода, что приводит к утечке газа в отсекаемую полость газопровода. Кроме того, недостатком этих устройств является то, что после перекрытия трубы эти устройства не демонтируются с объекта и находятся в рабочем положении до завершения всех ремонтных работ на отсеченном участке магистрали, а после этого они могут быть сняты. Это снижает эксплуатационные возможности и увеличивает затраты на их изготовление.

Целью заявленного патента (изобретения) на устройство является повышение надежности в работе, расширение его технологических и эксплуатационных возможностей и снижение затрат на изготовление.

Это достигается тем, что устройство для перекрытия внутренней полости трубы газопроводной магистрали, включающее в себя корпус, направляющую штангу, гидравлические цилиндры и пробку, на которой установлена эластичная герметизирующая заглушка, причем эластичная герметизирующая заглушка выполнена в виде пластины прямоугольного сечения, а в пробке вдоль ее оси по образующей цилиндра выполнен дугообразный паз прямоугольного сечения, аналогичного сечению пластины, а устройство снабжено дополнительной герметизирующей рабочей средой с низкой температурой плавления, т.е. в виде жидкого парафина, стеарина и т.п., а в направляющей штанге и в пробке вдоль их осей выполнены сквозные отверстия, через которые должно быть под давлением обеспечено перемещение указанной рабочей среды в зону размещения эластичной герметизирующей заглушки. Штанга с пробкой закреплена резьбовым соединением с возможностью их взаимной сборки-разборки.

Заявленное техническое решение по сравнению с известными позволяет значительно повысить надежность в работе за счет применения герметизирующей эластичной заглушки в виде пластины прямоугольного сечения и соответственно нового конструктивного исполнения пробки, в которой вдоль оси по образующей выполнен дугообразный паз с сечением аналогичным сечению пластины, что обеспечивает плотное прилегание к внутренней поверхности трубы в месте ее герметизации. Кроме того, в заявленном техническом решении предусмотрено использование дополнительной герметизирующей рабочей среды в виде жидкого с низкой температурой плавления материала, например парафина, стеарина и т.п., подача которого осуществляется непосредственно через отверстия, выполненные в штанге и в пробке, что также способствует повышению надежности герметизации за счет приложения к пластине с ее внутренней стороны дополнительных прижимных усилий от действия на нее распирающих сил жидкого и впоследствии затвердевшего парафина, стеарина и т.п. Сборно-разборная конструкция штанги и пробки позволяет значительно повысить технологические и эксплуатационные возможности всего устройства, т.к. после герметизации трубы устройство демонтируется с объекта, а пробка с заглушкой остается в объекте по своему назначению и после выполнения последующих ремонтных работ на участке газопроводной магистрали устройство может быть повторно установлено в объект для удаления пробки с заглушкой путем повторной сборки штанги с пробкой, причем в этом случае разгерметизация осуществляется путем введения через отверстия штанги и пробки сухого пара под давлением, который расплавляет парафин и т. п. и удаляет его наружу через указанные отверстия в штанге, что также позволяет расширить его технологические возможности и снизить затраты на изготовление дополнительных единиц устройств.

На фиг. 1 показан общий вид устройства, установленного на объект; на фиг. 2 - устройство в рабочем состоянии (пробка с заглушкой введены во внутреннюю полость газопроводной трубы в зону ее герметизации); на фиг. 3 показано устройство в процессе его демонтажа с объекта (герметизация трубы завершена полностью с введением дополнительной рабочей среды, т.е. жидкого парафина и т.п., и после его затвердевания штанга отсоединена от пробки и заслонка запорного крана закрыта); на фиг. 4 показан разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 5 показан разрез по Б-Б на фиг. 2.

Устройство для перекрытия внутренней полости трубы газопроводной магистрали включает в себя корпус 1, направляющую штангу 2, соосно и подвижно размещенную относительно оси корпуса 1 с возможностью ее осевого и радиального перемещения во внутренней полости "а" корпуса 1. На наружной поверхности корпуса 1 закреплены 2 (или более) гидравлических цилиндра 3 и 4, жестко закрепленные на фланце 5 корпуса 1. Штоки 6 и 7 гидроцилиндров 3 и 4 жестко связаны между собой траверсой 8, на которой смонтирована резьбовая пара - гайка 9 и винт 10. Гайка 9 подвижно установлена во фланце 11, который жестко закреплен на траверсе 8, при этом гайка 9 снабжена маховичком 12, который предназначен для передачи гайке крутящего момента. Во внутренней полости "а" корпуса 1 устанавливается уплотнительный герметизирующий элемент, предварительно собранный извне, состоящий из пробки 13, эластичной заглушки 14, обжимного кольца 15 и уплотнительного кольца 16. Пробка 13 выполнена в виде цилиндра, по образующей которого вырезан дугообразный паз 17 прямоугольного сечения, а эластичная заглушка 14 выполнена в виде пластины тоже прямоугольного сечения с размерами аналогичными размерам по сечению паза 17 пробки 13 и изготовлена из полиуретана мягкого (или другого эластичного материала). Эластичная заглушка 14 плотно заделана в дугообразном пазу 17 пробки 13 и закреплена с ней двумя штырями 18. Один торец пробки 13 скруглен по радиусу, равному или меньше внутреннего радиуса уплотняемой трубы газопроводной магистрали, а на другом торце этой пробки выполнены три резьбовых отверстия, при помощи которых пробка 13 крепится к штанге 2 и к двум фиксирующим скалкам 19 и 20, штанга 2 и скалки 19 и 20 вводятся во внутреннюю полость "а" корпуса 1 через уплотнительные отверстия, выполненные на торце "б" этого корпуса.

В штанге 2, пробке 13 и соответственно в винте 10 выполнены сквозные отверстия "г", "д" и "е", через которые осуществляется подача дополнительной герметизирующей рабочей среды "ж" в зону "и" для создания дополнительных распирающих усилий на эластичную пластину 14, в качестве которой может быть использован расплавленный парафин, стеарин и т.п., т.е. материал, обладающий низкой температурой плавления. Указанная рабочая среда "ж" подается под давлением от шнекового механизма (на чертеже не показан). Кроме этого, через отверстия "г", "д" и "е" осуществляется удаление дополнительной герметизирующей среды "ж" из зоны "и" путем подачи сухого пара через трубку диаметром меньше диаметров отверстий "г", "д" и "е", который, воздействуя на среду "ж", расплавляет ее и удаляет из зоны "и" (на чертеже не показана трубка). Это осуществляется от паросиловой установки, которая на чертеже не показана.

Устройство для перекрытия внутренней полости трубы газопроводной магистрали работает следующим образом: в резьбовые отверстия пробки 13 уплотнительного герметизирующего элемента ввертывают штангу 2 и две фиксирующие скалки 19 и 20 и собранный узел вводят во внутреннюю полость "а" корпуса 1 таким образом, чтобы штанга 2 и скалки 19 и 20 прошли через три уплотнительные отверстия, выполненные в торце "б" корпуса 1. При этом цилиндры 3 и 4, а также винт 10 предварительно выставлены в исходное (крайнее) положение (см. фиг. 1). После этого устройство монтируют на объект, где предварительно приварен запорный кран 21 к трубе 22 действующей газопроводной магистрали и вырезано отверстие "D_тр" в трубе 22. Устройство закрепляется к запорному крану 21 посредством фланца 5 корпуса 1 и технологического фланца 23 с уплотнительным кольцом 24, ранее использованных при креплении устройства для вырезания отверстия "D_тр" на этом объекте. Шиберная заслонка 25 запорного крана 21 герметично закрыта. После монтажа устройство проверяют на герметичность в местах его соединения с запорным краном подачей во внутреннюю полость "а" корпуса 1 рабочей среды (инертного газа) под давлением, равным давлению в газопроводной магистрали (подвод рабочей среды на чертеже не показан). Обеспечив герметичность соединения устройства с запорным краном 21, открывают полностью шиберную заслонку 25 и, вручную вращая гайку 9, маховичком 12 сообщают винту 10 осевое перемещение и соответственно осевое перемещение штанге 2 с уплотнительным элементом (пробка 13, пластина 14 и кольца 15 и 16), вводят уплотнительный элемент через внутреннюю полость запорного крана 21 и через отверстие "D_тр" во внутреннюю полость "и" трубы 22. При этом ширина уплотнительного элемента "H" должна быть меньше диаметра отверстия "D_тр", чтобы при прохождении эластичной пластины 14 через отверстие "D_тр" не были допущены ее порезы о кромки отверстия "Dtp". По окончании ручной подачи штанги 2 с уплотнительным элементом 9 фиксируется расположением торца винта 10 на уровне торца гайки 9, включается гидравлическая подача штанги 2 цилиндрами 3 и 4, штоки 6 и 7 которых, опускаясь вниз, перемещают траверсу 8 и соответственно винтовую пару 9 и 10, обеспечивая усилие выжимания пластины 14 от поверхности дугообразной перемычки 17 в радиальном направлении в сторону внутренней поверхности "и" трубы 22 (см. фиг. 2 и фиг. 5). Окончание процесса гидравлической подачи и прижима уплотнительного элемента фиксируется упором траверсы 8 в торец "б" корпуса 1 (или сигнальным прибором). После этого через резьбовое отверстие винта 10 и отверстия "г", "д" и "е" от шнековой установки (на чертеже не показана) под давлением подают дополнительную герметизирующую среду "ж" (жидкий парафин, стеарин и т.п.), этим самым создают дополнительное прижимающее усилие эластичной пластины 14 к внутренней полости "к" трубы 22. Одновременно с этим, под давлением гидравлического усилия прижима по оси пробки 13, создается герметичное уплотнение по внутреннему диаметру пробки 13 и запорного крана 21 в зоне размещения уплотнительного элемента поджатием уплотнительного кольца 16. После подачи дополнительной герметизирующей рабочей среды в указанную зону "и" выдерживают технологическое время для затвердевания рабочей среды, что позволяет сохранить заданное усилие прижима эластичной пластины 14 в зоне ее уплотнения по поверхности "к". По окончании технологического времени выдержки отключают шнековую установку, отводят траверсу 8 цилиндрами 3 и 4 в исходное положение (см. фиг. 1), вывертывают из резьбовых отверстий пробки 13 штангу 2 и скалки 19 и 20, закрывают шиберную заслонку 25 запорного крана 21 и демонтируют устройство с объекта, предварительно стравив давление газа внутри корпуса 1.

После проведения ремонтных работ на заданном участке газопроводной магистрали устройство повторно используют, но уже для разгерметизации перекрытия и удаления из этой зоны пробки 13, пластины 14 и уплотняющих колец 15 и 16 следующим образом: устройство монтируют на запорный кран 21, как было описано выше, только предварительно перед этим во внутреннюю полость "а" корпуса 1 вводят штангу 2 и две скалки 6 и 7 и центрируют их в трех отверстиях, выполненных на торце "б" корпуса 1 (из отверстия "д" штанги 2 и отверстия "г" в винте 10 должны быть удалены компоненты дополнительной герметизирующей рабочей среды "ж"). После монтажа устройства открывают шиберную заслонку 25 запорного крана 21, ввертывают штангу 2 и скалки 19 и 20 в резьбовые отверстия пробки 13, через отверстие "г" винта 10 и отверстие "д" штанги 2 вводят трубку, один конец которой должен быть герметично подсоединен к паросиловой установке, и под действием подаваемого сухого пара через трубку в зону затвердевшей массы "ж", разогревая ее до жидкого состояния, удаляют массу вместе с отработанным паром наружу (на чертеже не показано).

После удаления расплавленной массы эластичная пластина 14 освобождается от прижимающих усилий, и при дальнейшем включении гидроцилиндров 3 и 4 последние через штангу 2, скалки 19 и 20, концы которых предварительно закреплены к траверсе 8 (см. указанные на концах штанги 2 и скалок 19 и 20 специальные сквозные отверстия), удаляют пробку 13, пластину 14 с кольцами 15 и 16 из внутренней полости "к" трубы 22 и из внутренней полости запорного крана 21 (см. фиг. 1) в исходное положение. После этого перекрывают шиберной заслонкой 25 запорный кран 21, стравливают газ, поступивший во внутреннюю полость "а" корпуса 1, и демонтируют устройство с объекта вышеописанным способом. Использование уплотнительного элемента (пробки 13, пластины 14 и колец 15 и 16) осуществляется многократно при отсутствии его повреждений после предыдущего использования.

Использование: область газовой промышленности и, в частности, для перекрытия внутренней полости в трубе газопроводной магистрали под давлением в зоне предполагаемого проведения ремонтных работ, а именно в предварительно вырезанном отверстии в трубе через приваренный в этом месте запорный кран. Сущность: устройство для перекрытия внутренней полости - трубы газопроводной магистрали, содержащее корпус 1, направляющую штангу 2 и уплотнительный герметизирующий элемент, состоящий из пробки 13 и эластичной заглушки 14, причем в пробке 13 выполнен дугообразный прямоугольного сечения паз 17 и аналогично этому заглушка 14 выполнена в виде пластины также прямоугольного сечения и изготовлена преимущественно из полиуретана мягкого. Кроме того, в штанге 2 и в пробке 13 выполнены сквозные вдоль их оси отверстия "д" и "е", через которые вводится под давлением дополнительная герметизирующая рабочая среда "ж", например, расплавленный парафин, стеарин и т.п., которая, попадая в зону "и" между пластиной 14 и пробкой 13, создает дополнительные усилия прижима пластины 14 к внутренней поверхности "к" трубы 22. После остывания парафин затвердевает и этим самым обеспечивает максимальные усилия прижима и герметизации пластин 14 к трубе 21, что позволяет повысить надежность работы устройства. Разъемная конструкция штанги 2 с пробкой 13 позволяет после выполнения герметизации и перекрытия трубы устройство снять с объекта, а пробку 13 с пластиной 14 оставить по своему назначению в трубе 21. Это позволяет расширить технологические и эксплуатационные возможности устройства, т.к. оно может быть использовано для перекрытия полости трубы на последующем объекте. Конструктивная форма выполнения герметизирующего элемента в виде пластины 14 прямоугольного сечения и, соответственно, выполнения прямоугольного дугообразного паза в пробке 13, а также применение дополнительной герметизирующей рабочей среды "ж", в частности парафина, в жидком и затем отвердевшем состоянии, позволяет осуществлять перекрытие и герметизацию внутренней полости трубы 21 через отверстия "тр", вырезанные меньшего диаметра, чем диаметр газопроводной трубы 21, что позволяет значительно снизить затраты на изготовление устройств и их уплотнительных элементов. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для перекрытия внутренней полости трубы газопроводной магистрали, включающее в себя корпус, направляющую штангу, гидравлические цилиндры и пробку, на которой установлена эластичная герметизирующая заглушка, отличающееся тем, что эластичная герметизирующая заглушка выполнена в виде пластины прямоугольного сечения, а в пробке вдоль ее оси по образующей цилиндра выполнен дугообразный паз прямоугольного сечения, аналогичного сечению пластины. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной герметизирующей рабочей средой с низкой температурой плавления, состоящей, например, из жидкого парафина, стеарина и т.п. а в направляющей штанге и в пробке вдоль их осей выполнены сквозные отверстия, которые предназначены для подачи рабочей среды в зону размещения эластичной герметизирующей заглушки. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что штанга и пробка выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом посредством резьбового соединения с возможностью их взаимной сборки и разборки.