СПОСОБ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ "ТОРНАДО" И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК B08B9/53 

Изобретение относится к чистке, в частности, полых изделий и может быть применено в нефтедобывающей промышленности для чистки насосно-компрессорных труб (НКТ) нефтяного сортамента от асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО), труб канализации и т.п.

Большинство известных способов очистки НКТ от АСПО связаны с использованием горячего рабочего агента или нагревом самой трубы, что сказывается на энергоемкости очистки и ее стоимости.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки внутренней поверхности трубы от загрязнений и устройство для его осуществления по патенту США 5383975, МПК В 08 В 9/00, от 24 января 1995 г.

В известном способе очистки внутренней поверхности трубы от загрязнений, поток рабочего агента подают в трубоочищающую систему, при помощи которой увеличивают его поперечное сечение и формируют очищающий поток, направляя его в сторону, обратную направлению подачи рабочего агента, тем самым перемещая трубоочистительную систему вдоль трубы.

Известная трубоочищающая система содержит головку, в которой выполнен внутренний канал для подвода рабочего агента и расширение, соединенное с соплом и внутренним каналом, выполненную с возможностью подсоединения к шлангу.

Недостатком известного способа очистки и реализующего его устройства является недостаточно эффективное влияние рабочего агента на АСПО в виду формирования из рабочего агента кольцевой струи и обусловленного этим взаимодействия с АСПО.

Выполнение сопла кольцевым резко снижает давление рабочего агента на выходе из сопла (с 240 до 180 кг/см²), а отдельно взятый элемент такой струи подходит к очищаемой поверхности радиально, что не является оптимальным.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности очистки с загрязнением вплоть до полного перекрытия проходного сечения трубы.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе очистки внутренней поверхности трубы от загрязнений, при котором поток рабочего агента подают в трубоочищающую систему, при помощи которой увеличивают его поперечное сечение и формируют очищающий поток, направляя его в сторону, обратную направлению подачи рабочего агента, тем самым перемещая трубоочищающую систему вдоль трубы, согласно изобретению очищающий поток формируют в несколько лучевых струй и направляют их по касательной к мнимой поверхности цилиндра, размещаемого в районе максимального увеличения поперечного сечения потока рабочего агента под углом к его образующей, сквозь загрязнение, так что лучевая струя, достигнув поверхности трубы, преобразуется в плоскостной поток между загрязнением и трубой, имеющий составляющие его перемещения вдоль и поперек трубы.

Эффективно, если поток рабочего агента разделяют, и вспомогательный поток, формируемый в лучевые струи, подают на загрязнение в направлении, параллельном направлению подачи рабочего агента или/и перпендикулярном ему.

Целесообразно, если лучевую струю очищающего потока время от времени прерывают. Приемлемо, если дополнительно лучевые струи направляют в направлении подачи рабочего агента, трубоочищающую систему перемещают вдоль трубы принудительно.

Поставленная задача решается так же тем, что в известной трубоочищающей системе, содержащей головку, в которой выполнен внутренний канал для подвода рабочего агента и уширение, соединенное с соплами, направленными в сторону шланга, и внутренним каналом, выполненную с возможностью подсоединения к шлангу, согласно изобретению каждое сопло выполнено в виде цилиндрического отверстия длиной не менее трех его диаметров, а его продольная ось составляет угол от 45 до 85^o с образующей мнимого цилиндра в точке касания, размещаемого в районе максимального уширения внутреннего канала.

Эффективно, если сопло выполнено в сопловой вставке, установленной в головке, и соединено с уширением при помощи канала в сопловой вставке в форме усеченного конуса, при этом торцевая поверхность сопловой вставки перпендикулярна продольной оси сопла.

Целесообразно, если в головке выполнено дополнительное сопло, продольная ось которого находится на продольной оси головки.

Целесообразно, если в головке выполнено дополнительное сопло, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси головки.

Приемлемо, если соосно имеющемуся соплу, направленному в сторону шланга, выполнено дополнительное сопло, направленное в обратную сторону от уширения внутреннего канала.

Надежно, если в уширение внутреннего канала помещен механизм временного перекрытия поперечного сечения сопла очищающего потока.

Практично, если механизм временного перекрытия поперечного сечения сопла выполнен в виде шара, а полость, соединяющая внутренний канал с уширением, выполнена по геометрическим размерам менее диаметра шара, а ее продольная ось не пересекается с продольной осью внутреннего канала.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск информации по патентным и научно-техническим источникам, позволил установить, что отсутствуют аналоги заявленным изобретениям, идентичные всем их существенным признакам. Следовательно, заявленные способ и устройство для его реализации соответствуют критерию "Новизна" применительно к изобретению по действующему Патентному закону.

Для проверки соответствия требованию критерия "Изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от выбранного прототипа. Установлено, что отличительные признаки явным образом не следуют из известного уровня техники. Следовательно, заявленные изобретения соответствуют критерию "Изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1, 2, 3 представлены изометрические проекции головки, на фиг.4, 5, 6, 7 - возможные варианты исполнения головки. На фиг.8 показана сопловая вставка. На фиг.9, 10, 11 изображена головка с механизмом временного прерывания струи.

На фиг.12 и 13 представлена схема предлагаемого процесса взаимодействия трубоочищающей системы, струй и преобразованного потока на стенке трубы.

На чертежах позициями обозначены головка 1, уширение 2 внутреннего канала, резьба 3 для соединения головки со шлангом высокого давления, сопло 4, проточка 5, где размещается выход сопла, внутренний канал 6 для подвода рабочего агента, часть окружности мнимого цилиндра 7, установленного в районе максимального уширения поперечного сечения потока рабочего агента, к которой по касательной направлена продольная ось сопла, дополнительное сопло 8, направленное перпендикулярно продольной оси головки, дополнительное сопло 9, направленное по продольной оси головки, дополнительное сопло 10, соосное соплу 4 очищающего потока, ненаправленное по направлению подачи рабочего агента.

Сопловая вставка 11, канал 12 в форме усеченного конуса сопловой вставки, полость 13 между внутренним каналом головки и уширением, 14 - шар, штуцер 15 головки, α - угол между продольной осью сопла и образующей мнимого цилиндра.

Заявленный способ очистки реализуется при помощи трубоочищающей системы.

Поток рабочего агента подают в трубоочищающую систему, включающую головку 1, соединенную со шлангом. В головке поперечное сечение рабочего агента увеличивают для создания лучших условий его подачи на внутреннюю загрязненную поверхность трубы. Головку вводят в трубу, если загрязнение позволяет это сделать.

Если проходное сечение трубы перекрыто отложениями, их размывают, используя головку с соплом, направленным вдоль продольной оси головки. Давление рабочего агента может достигать 600 атм. Обычно работают на давлении 240 атм.

Головкой трубоочищающей системы формируют очищающий поток, направляя его в сторону, обратную направлению подачи рабочего агента от насоса (не показан). Конструкция головки выполнена так, что очищающий поток формируют в несколько лучевых струй, располагая сопла в головке симметрично, что является предпочтительным. Каждая лучевая струя направляется по касательной к мнимому цилиндру, размещаемому в районе максимального увеличения поперечного сечения потока рабочего агента под углом к его образующей. Лучевую струю направляют сквозь загрязнение, которое прорезается струей. Лучевая струя, достигнув поверхности трубы, преобразуется в плоскостной тангенциальный поток между загрязнением и трубой, имеющий составляющие его перемещения вдоль и поперек трубы. Плоскостной поток прижат к поверхности трубы и отламывает загрязнение кусками, в связи с чем желательно использование большего количества сопел и применение дополнительного сопла, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси головки. Эта лучевая струя, используя перемещение головки в трубе, по винтовой линии разрезает слой загрязнений и облегчает очистку, так же эффективно очищающий поток направлять одновременно соосно имеющемуся соплу, направленному в сторону шланга, в дополнительное сопло 10, направленное в обратную сторону от уширения внутреннего канала. Но при этом шланг и головку следует перемещать принудительно, даже если дополнительных сопел, направленных в направлении подачи, будет в два раза меньше. Сказывается сопротивление очищенных отложений, которые трудней выносятся из трубы.

По своим выносным свойствам предлагаемый способ превосходит способы, при которых формируется кольцевой или радиальный очищающие потоки, поскольку сформированная и направленная таким образом струя отражается от поверхности трубы, не создавая на ней плоскостного тангенциального вихря, что подтверждено совместными испытаниями способов.

Весьма эффективно отражается на процессе очистки временное прерывание лучевой струи. Переменные напряжения, возникающие в слое загрязнений от циклического воздействия лучевой струи и очищающего потока, способствуют лучшему отрыву загрязнений от поверхности трубы.

Трубоочищающая система конструктивно проще, чем в известном американском патенте. Главными ее элементами являются выполнение сопла в виде цилиндрического отверстия длиной не менее трех его диаметров для формирования устойчивого лучевой струи и ориентация продольной оси сопла очищающего потока по касательной к образующей мнимого цилиндра, установленного в районе максимального уширения внутреннего канала под углом α из диапазона 45-85^o. При углах менее 45^o и более 85^o эффективность очистки резко падает, т.к. в первом случае велика составляющая перемещения струи вдоль трубы, а во втором лучевая струя приближается к радиальному направлению, что используется в известных процессах и устройствах, не отличающихся высокой эффективностью (применяют дополнительное механическое воздействие на загрязнение). Поскольку процесс очистки идет при высоких давлениях, целесообразно сопло выполнять в отдельной сменной сопловой вставке, а канал к нему - в форме усеченного конуса в этой же вставке, при этом торцевая поверхность сопловой вставки перпендикулярна продольной оси сопла, что увеличивает срок службы головки. Головка может быть выполнена с дополнительными соплами, облегчающими процесс очистки, но затруднений для реализации представленных конструкций нет.

Механизм временного перекрытия поперечного сечения сопла очищающего потока требует составной головки, определенных геометрических размеров полости, соединяющей внутренний канал с уширением (менее диаметра) шара, установленного в уширении и перемещаемого в нем рабочим агентом, направленным в уширение по касательной к внутреннему каналу (продольные оси не пересекаются).

Предлагаемым способом проведена пробная очистка НКТ от АСПО с нефтяных месторождений КОМИ. В качестве рабочего агента использовалась вода комнатной температуры. Очистка произведена на опытной установке, специально разработанной под предлагаемый процесс. Установка обеспечивает очистку НКТ длиной 6 и 12 м.

Установка включает станину с зажимными устройствами, насос высокого давления серии 60 РТ (600 атм), шланг высокого давления и блок автоматики. Установка явится предметом самостоятельной заявки.

С использованием переносного оборудования способ и устройства для его реализации опробованы на очистке канализационных сетей диаметром до 250 мм старейших московских предприятий, в т.ч. Останкинского пивоваренного завода. Подтверждена отзывами заказчиков высокая эффективность заявленных изобретений.

Опробование проведено заявителем с использованием следующего оборудования:
- насоса высокого давления (240 атм) фирмы Kareher мод. НД 1090, который является мобильной системой, имеющей возможность подключения к бытовым и промышленным электросетям и сетям водоснабжения;
- шланга высокого давления длиной 50 м, соединяющего насос и трубоочищающую систему предложенной конструкции, являющейся инструментом проведения процесса.

Данный комплекс обслуживается бригадой из двух человек и позволяет в смену очистить 200 м коммуникаций сложной пространственной конфигурации.

Предлагаемый способ является экологически чистым и энергосберегающим.

Сведения, изложенные о заявленных изобретениях, охарактеризованных в независимых пунктах формулы, свидетельствуют о возможности их реализации с помощью описанных в заявке и известных средств и методов.

Следовательно, заявленный способ и устройство для его реализации соответствуют условию промышленной применимости.

Группа изобретений относится к чистке, в частности, полых изделий и может быть использована в нефтедобывающей промышленности для чистки насосно-компрессорных труб, труб канализации и т.п. Группа изобретений обеспечивает повышение эффективности очистки труб с загрязнением вплоть до полного перекрытия проходного сечения трубы. В способе очистки внутренней поверхности трубы от загрязнений поток рабочего агента подают в трубоочищающую систему, при помощи которой увеличивают его поперечное сечение и формируют очищающий поток, направляя его в сторону, обратную направлению подачи рабочего агента, тем самым перемещая трубоочищающую систему вдоль трубы. Очищающий поток формируют соплами в виде цилиндрического отверстия длиной не менее трех его диаметров в несколько лучевых струй и направляют их по касательной к мнимой поверхности цилиндра, размещаемого в районе максимального увеличения поперечного сечения потока рабочего агента под углом от 45 до 85^o к его образующей, сквозь загрязнение так, что лучевая струя, достигнув поверхности трубы, преобразуется в плоскостной поток между загрязнением и трубой, имеющий составляющие его перемещения вдоль и поперек трубы. Трубоочищающая система для осуществления способа содержит головку, в которой выполнен внутренний канал для подвода рабочего агента, и уширение, соединенное с соплами, направленными в сторону шланга, и внутренним каналом, выполненную с возможностью подсоединения к шлангу. Каждое сопло выполнено в виде цилиндрического отверстия длиной не менее трех его диаметров, а его продольная ось составляет угол от 45 до 85^o с образующей мнимого цилиндра в точке касания, размещаемого в районе максимального уширения внутреннего канала. 2 с. и 9 з. п. ф-лы, 13 ил.

1. Способ очистки внутренней поверхности трубы от загрязнений, при котором поток рабочего агента подают в трубоочищающую систему, при помощи которой увеличивают его поперечное сечение и формируют очищающий поток, направляя его в сторону, обратную подаче рабочего агента, тем самым перемещая трубоочищающую систему вдоль трубы, отличающийся тем, что очищающий поток формируют соплами в виде цилиндрического отверстия длиной не менее трех его диаметров в несколько лучевых струй и направляют их по касательной к мнимой поверхности цилиндра, размещаемого в районе максимального увеличения поперечного сечения потока рабочего агента, под углом от 45 до 85^o к его образующей сквозь загрязнение так, что лучевая струя, достигнув поверхности трубы, преобразуется в плоскостной поток между загрязнением и трубой, имеющий составляющие его перемещения вдоль и поперек трубы. 2. Способ очистки по п. 1, отличающийся тем, что поток рабочего агента разделяют и вспомогательный поток, формируемый в лучевые струи, подают на загрязнение в направлении, параллельном направлению подачи рабочего агента или/и перпендикулярном ему. 3. Способ очистки по п. 1, отличающийся тем, что лучевую струю очищающего потока время от времени прерывают. 4. Способ очистки по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно лучевые струи направляют в направлении подачи рабочего агента, а трубоочищающую систему перемещают принудительно. 5. Трубоочищающая система для очистки внутренней поверхности трубы, содержащая головку, в которой выполнен внутренний канал для подвода рабочего агента и уширение, соединенное с соплами и внутренним каналом, выполненную с возможностью подсоединения к шлангу, при этом каждое сопло выполнено в виде цилиндрического отверстия длиной не менее трех его диаметров, а его продольная ось составляет угол от 45 до 85^o с образующей мнимого цилиндра в точке касания, размещаемого в районе максимального уширения внутреннего канала. 6. Трубоочищающая система по п. 5, отличающаяся тем, что сопло выполнено в сопловой вставке, установленной в головке, и соединено с уширением при помощи канала в сопловой вставке в форме усеченного конуса, при этом торцевая поверхность сопловой вставки перпендикулярна продольной оси сопла. 7. Трубоочищающая система по п. 5, отличающаяся тем, что в головке выполнено дополнительное сопло, продольная ось которого находится на продольной оси головки. 8. Трубоочищающая система по п. 5, отличающаяся тем, что в головке выполнено дополнительное сопло, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси головки. 9. Трубоочищающая система по п. 5, отличающаяся тем, что соосно имеющемуся соплу, направленному в сторону шланга, выполнено дополнительное сопло, направленное в обратную сторону от уширения внутреннего канала. 10. Трубоочищающая система по п. 5, отличающаяся тем, что в уширение внутреннего канала помещен механизм временного перекрытия поперечного сечения сопла очищающего потока. 11. Трубоочищающая система по п. 5, отличающаяся тем, что механизм временного перекрытия поперечного сечения сопла очищающего потока выполнен в виде шара, а полость, соединяющая внутренний канал с уширением, выполнена по геометрическим размерам менее диаметра шара и ее продольная ось не пересекается с продольной осью внутреннего канала.