Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к предохранительным, противопожарным, запорным и аварийным устройствам, служащим для перекрытия потока перекачиваемой среды в зону аварийной ситуации, сложившейся на защищаемом объекте, для предотвращения усугубления аварии и дальнейшего развития ее вплоть до катастрофы, и может использоваться в первую очередь в системах обеспечения безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов для перекачки газа, нефти и продуктов ее переработки. Одной из самых тяжелых аварийных ситуаций на магистральных трубопроводах является нарушение целостности трубопровода: как частичное в виде трещин, свищей, так и полное в виде разрыва стенки трубопровода по образующей, на длине, сопоставимой по размерам с диаметром трубопровода и последующего его раскрытия, как створки раковины, или разрушения стенки трубопровода по окружности вплоть до отделения одной части трубопровода от другой. Причинами разрушения целостности трубопровода могут быть: техногенное воздействие - случайное силовое или ударное воздействие рабочим органом землеройных механизмов при выполнении землеройных работ непосредственно вблизи с трубопроводом; геофизическое воздействие - подвижка грунта при оползнях и землетрясениях; диверсия, террористический акт - целенаправленное разрушение трубопровода путем его подрыва взрывчатым веществом. При нарушении целостности магистрального трубопровода происходит утечка перекачиваемой среды в окружающее пространство, что приводит к материальным потерям и разрушению экологии окружающей природы. При частичном нарушении целостности масштаб утечки относительно незначителен и обслуживающий персонал успевает принять меры к устранению аварии, прежде чем последствия ее примут катастрофический характер, но это возможно только при отсутствии возгорания утечки и, как следствие, пожара, ведущего к катастрофическому развитию ситуации - термическому массированному разрушению трубопровода со всеми вытекающими из этого последствиями. Самовозгорание наиболее вероятно при утечке перекачиваемого по трубопроводу под большим давлением газа.
Полное нарушение целостности трубопровода, сопровождаемое иногда невосполнимой утечкой перекачиваемой среды в громадных количествах, определяемых объемом перекачиваемой среды, содержащейся не только на участке, где произошла авария, но и на соседних с ними участках трубопровода, откуда самотеком или под давлением перекачиваемая среда дополнительно поступает к месту утечки, наносит значительный материальный ущерб и катастрофическое по последствиям разрушение экологии окружающей природы, если вовремя не будут приняты меры по остановке и локализации утечек, устранению причин и последствий аварии. При этом в большинстве случаев, особенно при утечке газа, возможно с большей долей вероятности возгорание утечки и пожар вытекшей из трубопровода перекачиваемой среды по причинам: искрообразование при значительной быстротекущей деформации стенки трубы во время разрушения или при воздействии высокоскоростной струи среды на каменистый или с содержанием гальки грунт и т.п. При подрыве трубопровода взрывчатым веществом возгорание происходит в 100% случаев. Пожар крайне затрудняет и затягивает время проведения работ по устранению причин и последствий аварии и многократно увеличивает материальный и экологический ущерб, приводит к катастрофическим последствиям для трубопровода и природы. Наиболее рациональным и первоочередным действием по борьбе с аварией и ее последствиями является экстренное отключение участка, где произошла авария, с обоих его концов от остального трубопровода, чтобы перекрыть поступление перекачиваемой среды к месту аварии и предотвратить катастрофическое развитие аварийной ситуации на магистральном трубопроводе: ограничить максимальный объем утечки из трубопровода объемом перекачиваемой среды, содержащейся в аварийном участке, и тем самым ограничить прямой материальный и экологический ущерб, потушить или предотвратить пожар путем прекращения подачи дополнительного горючего материала к месту состоявшегося или возможного пожара и тем самым предотвратить дальнейшее разрушение трубопровода под термическим воздействием пожара на постоянно расширяющейся площади растекания перекачиваемой среды, постоянно поступающей из трубопровода и постоянно подпитывающей пожар, и обеспечить условия для скорейшего устранения аварии трубопровода, что обеспечивает возможность значительного сокращения суммарных потерь от аварии. В практике на действующих магистральных трубопроводах по концам участков, на которые разбита линейная часть магистрального трубопровода по условиям обеспечения безопасности его эксплуатации, согласно рельефу местности, по которой он проложен; в соответствии с требованиями технологии перекачки среды и условий функционирования магистрального трубопровода как единая система установлены линейные краны или линейные задвижки с дистанционным управлением и электроприводом, линейные датчики давления перекачиваемой среды и каналы телекоммуникаций, связывающие линейные краны или задвижки, линейные датчики давления с пунктом управления и служащие для передачи энергии для электропривода линейных кранов или задвижек, показаний линейных датчиков давления, команд, управляющих электроприводом.
Предотвращение катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода осуществляют в этом случае следующим образом: по показаниям линейных датчиков давления фиксируют падение давления перекачиваемой среды и тем самым определяют нарушение целостности трубопровода и участок, где это нарушение произошло, отключают этот участок от соседних участков трубопровода путем закрытия линейных кранов или задвижек, установленных по концам участка, подачей энергии и команды электроприводам на закрытие, посылаемым по каналам телекоммуникаций. После отключения участка посылают на место аварии ремонтную бригаду для устранения аварии и ее последствий.
Недостатками известного способа и устройства являются:
- большая вероятность выхода из строя устройства и потеря им возможности осуществлять способ при геофизическом воздействии на магистральный трубопровод. Это объясняется следующим образом: сдвиг почвы при оползнях и землетрясении вероятнее всего выводит прежде из строя каналы телекоммуникации, поэтому передача показаний линейных датчиков давления, энергии и команд электроприводам линейных кранов или задвижек невозможна. Определить конкретный участок, место, где нарушена целостность трубопровода при отсутствии показаний датчиков, невозможно, отключение конкретного участка невозможно. Закрывают те линейные краны или задвижки, которые остались управляемыми и наиболее близки к зоне поражения, включающей не только участок нарушения целостности трубопровода, но и значительное количество соседних участков, которые невозможно отключить, чтобы предотвратить дальнейшее развитие аварийной ситуации вплоть до катастрофы. За время, потраченное на поиск места нарушения целостности трубопровода, принятие решения и отключение линейных кранов и задвижек вручную на концах участка поражения, объем утечки может составить величину, многократно превышающую объем утечки, допускаемый при нормальном функционировании устройства. В сочетании с возможным пожаром, а вероятность его возникновения со временем, прошедшим с момента начала аварии, многократно возрастает, разрушающим трубопровод, исключительный объем утечки наносит ущерб, материальный и экологический, такой величины, что однозначно дает основание говорить о перерастании аварии в катастрофу. Подобное развитие событий возможно при совершении диверсии на магистральном трубопроводе - подрыв взрывчатым веществом трубопровода;
- сложность конструкции, большая прейскурантная цена и значительные материальные затраты на монтаж и демонтаж на трубопроводе линейных кранов или задвижек делают экономически нецелесообразной установку их по длине трубопровода чаще, чем принято в настоящее время в практике, на расстоянии друг от друга, определяемом исходя из условия минимизации ущерба при возможной аварии трубопровода;
- ненадежность работы устройства в целом, заключающейся в том, что цель последовательных действий, положенная в основу функционирования устройства от причины аварии - нарушение целостности трубопровода до исполнения функции назначения устройства - отключение аварийного участка от остального трубопровода, включает слишком много звеньев, что значительно снижает надежность и быстродействие устройства, ненадежность каждого из них значительно снижает надежность устройства в целом. Эта цепь включает: нарушение целостности трубопровода - падение давления перекачиваемой среды - фиксирование и передача информации об этом в центр управления - анализ информации и принятие решения - передача энергии от постороннего источника и команды на исполнение электроприводам - исполнение электроприводами команды - передача информации об этом в центр управления - закрытие запорных элементов - отключение аварийного участка.
Всего 9 звеньев.
- большая вероятность того, что устройство не распознает частичного нарушения целостности трубопровода, не среагирует на факт аварии и не предотвратит ее развитие до катастрофических пределов. Это объясняется следующим образом: импульсом, запускающим устройство в действие, является падение давления перекачиваемой среды, т.е. устройство напрямую реагирует не на само нарушение целостности трубопровода, а на последствие его как причины. На трубопроводе большого диаметра частичное нарушение целостности его в виде трещины небольшой длины не вызовет на фоне допустимых погрешностей измерения заметного падения давления перекачиваемой среды, на которое среагировало бы устройство, но приведет при большем номинальном давлении ее к значительной утечке и скапливанию среды у трубопровода, что само по себе является значительным материальным и экологическим ущербом. При возникновении пожара трубопровод под термическим воздействием его разрушится, что однозначно приведет к катастрофическим последствиям.
Данный способ и устройство наиболее близки по технической сущности и достигаемым результатам к изобретению.
Известен запорный орган клапана с терморегулированием, выполненный из материала, наделенного эффектом «памяти формы» (SU, а/с, №713211, F16K 17/38, F28F 27/00 от 21.06.1976 г.).
Известный запорный орган клапана имеет недостатки, заключающиеся в том, что срабатывание этого возможно только при тепловом воздействии рабочей среды изнутри, в конструкции его не предусмотрено седло, на которое садился бы запорный орган, адаптируемое к отклонениям пространственного положения запорного органа от номинального с целью повышения герметичности клапана.
Известен отсечной клапан с термочувствительным управлением, содержащий корпус, в котором установлены седло и подпружиненный запорный орган с держателем из материала, наделенного эффектом «памяти формы» (SU, а/с, №629393, F16K 17/38, F28F 23/00 от 16.03.1977 г.).
Недостатком известного отсечного клапана является то, что он срабатывает только под тепловым воздействием рабочей среды изнутри, для перекрытия потока которой он предназначен, и конструкция его не рассчитана на какое-либо воздействие извне.
Известный отсечной клапан наиболее близок по технической сущности и достигаемым результатам к изобретению.
Технической задачей изобретения являются способ, устройство и клапан-отсекатель в его составе для предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода, обеспечивающие надежное распознавание и фиксирование напрямую до начала аварийной ситуации, обнаружение нарушения целостности трубопровода одномоментно с его образованием и определение аварийного участка, экстренное, напрямую без излишних промежуточных звеньев, приведение в действие запорных органов вне зависимости от внешних воздействий на объект приложения способа, автономное, без привлечения извне энергии, надежное отключение аварийного участка от остального трубопровода и предотвращение дальнейшего развития аварийной ситуации с минимумом ущерба от аварии.
1. Техническая задача по способу предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода, включающего распознавание и фиксирование факта аварийной ситуации по ее последствию, падению давления перекачиваемой по магистральному трубопроводу среды, определение аварийного участка среди остальных участков магистрального трубопровода, подачу энергии и команды на приведение в действие запорных органов на концах аварийного участка и тем самым отключение аварийного участка от остальной части магистрального трубопровода, решается согласно изобретению тем, что распознают и фиксируют по месту аварии непосредственно факт возникновения причины аварийной ситуации - нарушение целостности магистрального трубопровода во время его совершения и таким образом определяют аварийный участок и подают команду на приведение в действие запорных органов аварийного участка путем высвобождения в форме тепла энергии, аккумулированной в запорных органах, кроме того, дублируют распознавание и фиксирование факта аварийной ситуации по ее последствию, наличию пожара на месте аварии и тем самым дублируют определение аварийного участка и подачу команды на приведение в действие запорных органов высвобождением аккумулированной в них энергии.
2. Техническая задача по устройству для предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода, содержащему запорные органы по концам участков, датчики давления перекачиваемой среды по магистральному трубопроводу, линию передачи сигнала от датчиков давления, линию передачи команды для приведения в действие запорных органов, решается согласно изобретению тем, что запорные органы выполнены в виде клапанов-отсекателей с запасом аккумулированной энергии и спусковым устройством для высвобождения ее и устройство включает систему распознавания и фиксирования факта аварийной ситуации на каждом участке, выполненную по типу и в виде системы охранной сигнализации, основанной на контроле целостности сторожевой электрической цепи, сообщающей между собой клапаны-отсекатели, причем сторожевая электрическая цепь в виде изолированного проволочного проводника намотана по спирали на всю длину участка линейной части магистрального трубопровода между клапанами-отсекателями по ее концам и приклеена к поверхности магистрального трубопровода под изоляцией, при этом система распознавания и фиксирования факта аварийной ситуации имеет два источника электрического тока и два исполнительных органа, подключенных каждый соответственно к своему спусковому устройству клапанов-отсекателей, и настроена на одновременную работу исполнительных органов, кроме того, дополнительно к спусковому устройству каждого клапана-отсекателя с двух сторон подсоединены два инициирующих дистанционных химических средства, выполненных в виде бикфордова шнура, проложенных каждый по поверхности линейной части магистрального трубопровода, по верхней образующей трубы под ее изоляцией, на всю длину каждого из двух прилегающих с обеих сторон к клапану-отсекателю участков.
3. Техническая задача по клапану-отсекателю в составе устройства для предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода, содержащему корпус, в котором установлено седло и подпружиненный запорный орган с держателем, выполненный из материала с эффектом «памяти формы», решается согласно изобретению тем, что клапан-отсекатель включает химический генератор тепла с запасом аккумулированной энергии и спусковым устройством для высвобождения энергии, металлический корпус которого выполнен в виде втулки с правильной многогранной внутренней поверхностью, к граням которой с усилием, плотно, всей сопрягаемой с гранью поверхностью, прижаты подпружиненные лепестки с держателями, выполненные заодно с держателем в виде специально спрофилированных пластин из материала с эффектом «памяти формы», сопрягаемые между собой кромками таким образом, что кромки двух соседних лепестков выполняют для каждого лепестка роль седла, а все лепестки в совокупности являются запорным органом лепесткового типа, осевого исполнения, противопоточной направленности, при этом каждый лепесток на свободном конце снаружи имеет две консоли, опирающиеся на два соседних лепестка, и, кроме того, клапан-отсекатель включает пировтулку, сформованную из термостойких сортов пороха, плотно посаженную по совокупной внутренней поверхности лепестков запорного органа, разрушаемую защитную гильзу, внутренняя полость которой образует проходной канал клапана-отсекателя, плотно посаженную по внутренней поверхности пировтулки, и образующие совокупно с генератором тепла, запорным органом отдельный функциональный модуль, собранный в единое целое цилиндрической кассетой, установленной и закрепленной соосно с радиальным зазором с помощью торцовых крышек в корпусе, причем свободные поверхности и грани генератора тепла, поверхности и кромки лепестков теплоизолированы от пировтулки слоем пылевидного теплоизолирующего вещества, внутренняя полость кассеты загерметизирована гильзой, а полость между кассетой и корпусом сообщена с проходным каналом тремя обратными, малоинерционными, пластинчато-кольцевыми клапанами, выполненными в виде упругой пластины, свернутой в кольцо, предварительно напряженной плотно с заданным усилием, настроенным на давление припускаемой среды Рср≤1,5 Рраб, где Pср - давление пропускаемой среды, Рраб - рабочее давление перекачиваемой среды; перекрывающей окна в свободных частях цилиндрической стенки кассеты, и установленными в следующем порядке по направлению потока перекачиваемой среды в проходном канале: первый обратный клапан с пропуском среды из проходного канала - в передней части кассеты, второй с пропуском среды в проходной канал и третий с пропуском среды из проходного канала - в задней части кассеты; при этом срединная часть кассеты занята функциональным модулем, к тому же на кромках лепестков укреплены уплотняющие элементы из теплостойкого эластомера в виде шнуров.
Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг 1 - общий вид магистрального трубопровода, фиг.2 - вид А - общий вид клапана-отсекателя с сечением в четверть, фиг.3 - сечение Б-Б по клапану-отсекателю перпендикулярно его оси, фиг.4 - сечение В-В - общий вид спускового устройства, фиг.5 - сечение Г-Г по сопряжению краев лепестков, фиг.6 - сечение Д-Д по сопряжению лепестков с правильной многогранной внутренней поверхностью корпуса генератора тепла, фиг.7 - вид Е на сомкнувшиеся концы лепестков при запирании клапана-отсекателя.
Устройство для предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода с клапаном-отсекателем в его составе состоит из линейной части 1 магистрального трубопровода, образованной сваренными в нитку изолированными трубами, разбитой на участки 2 клапанами-отсекателями 3 со спусковыми устройствами 4 для высвобождения химической энергии, аккумулированной в клапане-отсекателе 3. В линейную часть 1 врезан рядом с клапаном-отсекателем 3 датчик давления 5 перекачиваемой среды, связанный через линию передачи сигнала 6 с центром управления работой магистрального трубопровода, который в свою очередь связан линией передачи команды 7 со спусковым устройством 4 каждого клапана-отсекателя 3.
К спусковому устройству 4 с двух сторон подсоединены два инициирующих дистанционных химических средства 8 в виде бикфордова шнура, проложенного каждый по поверхности линейной части 1 по верхней образующей трубы под ее изоляцией на всю длину каждого участка 2 из двух прилегающих с обеих сторон к клапану-отсекателю 3. Система 9 распознавания и фиксирования факта аварийной ситуации выполнена по типу и в виде системы охранной сигнализации, основанной на контроле целостности сторожевой электрической цепи 10, сообщающей между собой клапаны-отсекатели 3 по концам участка 2, причем сторожевая электрическая цепь 10 выполняет также функцию линии передачи команд и в виде изолированного проволочного проводника намотана по спирали по всему участку 2 и приклеена к поверхности линейной части 1 под ее изоляцией, при этом система 9 имеет два источника электроэнергии и два исполнительных органа, органично каждый встроенных в спусковое устройство 4 соответственно каждого клапана-отсекателя 3 участка 2, и настроена на одновременную работу обоих исполнительных органов. Источниками электроэнергии могут быть сухие гальванические элементы, рассчитанные на длительный срок эксплуатации в дежурном режиме. Исполнительные органы, предназначенные для выработки сигнала, инициирующего спусковое устройство 4 в случае нарушения целостности сторожевой электрической цепи 10, как и источники электроэнергии, условно не показаны на чертежах. Размещение под изоляцией инициирующих дистанционных химических средств 8 и сторожевой электрической цепи 10 рассчитано на предотвращение несанкционированного доступа к ним.
Клапан-отсекатель 3 состоит из корпуса 11 с передней 12 и задней 13 торцовыми крышками и включает химический генератор тепла 14 с запасом аккумулированной энергии, например пороховой генератор тепла со спусковым устройством 4, служащий для инициирования высвобождения тепловой энергии в результате реакции горения пороха. Металлический корпус генератора тепла 14 имеет форму втулки с правильной многогранной внутренней поверхностью, к граням 15 которой с усилием, плотно, всей сопрягаемой с гранью поверхностью прижаты подпружиненные лепестки 16 с держателями 17, выполненные заодно в виде специально спрофилированных пластин из материала с эффектом «памяти формы».
Лепестки 16 с держателями 17 в свободном состоянии имеют прогиб в сторону от грани 15 и при затягивании болтовых соединений 18 до упора подпружиниваются, чем обеспечивается плотный, с усилием, по всей сопрягаемой с гранью 15 поверхности беззазорный контакт лепестка 16 с генератором тепла 14 и эффективная теплопередача от генератора тепла 14 к лепестку 16. Лепестки 16 сопрягаются между собой кромками так, что кромки двух соседних лепестков 16 выполняют для каждого лепестка 16 роль седла, а все лепестки 16 в совокупности являются запорным органом 16а лепесткового типа, осевого исполнения, противопоточной направленности. Поток перекачиваемой среды направлен навстречу лепесткам 16 при запирании проходного канала клапана-отсекателя 3 путем изгиба их в положении 18а и способствует процессу изгиба лепестков 16, несущая способность и герметичность запорного органа 16а в этом случае максимальные. На свободном конце каждого лепестка 16 имеются по две консоли 19, опирающиеся на два соседних лепестка 16. Сопряжение лепестков 16 между собой посредством консолей 19 обеспечивает синхронность перемещения лепестков 16 при их изгибе в положение 18. По внутренней совокупной поверхности лепестков 16 запорного органа 16а плотно посажена пировтулка 20, сформованная из пороха термостойких сортов, по внутренней поверхности которой плотно посажена разрушаемая защитная гильза 21, выполненная с достаточной прочностью из хрупкой пластмассы, внутренняя полость которой образует проходной канал За клапана-отсекателя 3, а внутренняя поверхность для повышения износостойкости металлизирована. Пировтулка 20 теплоизолирована от свободных поверхностей граней генератора тепла 14 и кромок и поверхностей лепестков 16 слоем 20а пылевидного теплоизолирующего вещества, лишенного связующих свойств, например мела. Мел наносится на теплоизолируемые поверхности в смеси с водой, кашицей, и при высыхании образует плотный слой, который при любом внешнем ударном или вибрационном воздействии рассыпается в пыль. Генератор тепла 14, запорный орган 16а, пировтулка 20 и гильза 21 образуют совокупно функциональный модуль 22, собранный в единое целое цилиндрической кассетой 23, установленной соосно с радиальным зазором в корпус 11 и закрепленной с осевым натягом в нем торцовыми крышками 12, 13. Кассета 23 состоит из двух половин, собираемых вместе по оси, при этом происходит сборка в единое целое функционального модуля 22. Между кассетой 23 и генератором тепла 14 установлена теплоизоляция 24, снижающая теплопотери в окружающую среду. При осевой сборке кассеты 23 гильза 21 зажимается по торцам, что обеспечивает надежную герметизацию полости кассеты 23 с функциональным модулем 22 в ней.
Полость 23 а между корпусом 11 и кассетой 23 сообщена с проходным каналом За тремя обратными малоинерционными, пластинчато-кольцевыми клапанами 25, 26, 27, выполненными каждый в виде упругой пластины, свернутой в кольцо, предварительно напряженной плотно с заданным усилием, настроенным на давление пропускаемой среды Рср≤1,5 Рраб, где Рср - давление пропускаемой среды, Pраб - рабочее давление перекачиваемой среды, перекрывающей окна 28, 29, 30 в свободных частях цилиндрической стенки кассеты 23, и установленными в следующем по направлению потока перекачиваемой среды в проходном канале 3а порядке и назначении: клапан 25 с пропуском среды из проходного канала 3а - в передней части кассеты 23, клапан 26 с пропуском среды в проходной канал 3а и клапан 27 с пропуском среды из проходного канала 3а - в задней части кассеты 23. Полость 23а должна быть всегда в рабочем состоянии сухой, недопустимо попадание в нее перекачиваемой среды. Для гарантированного обеспечения этих требований клапаны 25, 26, 27 при монтаже садятся на герметизирующую мастику типа «Герметик» с большим запасом, обеспечивающим надежность герметизации запорного состояния клапанов 25, 26, 27. Этой же герметизирующей мастикой уплотняются все стыки между гильзой 21 и кассетой 23, кассетой 23 и торцовыми крышками 12, 13. Клапаны 25, 26, 27 установлены в гнездах 31, 32, 33, являющихся продолжением окон 28, 29, 30 и ограничены от осевого смещения: клапан 25 - с одной стороны передней торцовой крышкой 12, с другой - торцом кассеты 23 с каналами 34 для пропуска среды; клапан 26 - с одной стороны глухой торцовой стенкой кассеты 23, с другой - торцом кассеты 23 с каналами 35 для пропуска среды, клапан 27 - с одной стороны торцом кассеты 23, с другой - торцом задней торцовой крышки 13 и каналами 36 для пропуска среды.
Ограничение максимального радиального смещения клапанов 25, 26, 27 обеспечивается: клапана 25 - проточками в передней торцовой крышке 12 - торце кассеты 23, клапанов 26 и 27 - сетками 37, 38.
В корпусе 11 имеются внутренние равномерно расположенные по окружности дистанционные выступы 39 для облегчения монтажа кассеты 23 в корпус 11. Сопряжение кромок лепестков 16 уплотняется шнуром 40 из теплостойкого эластомера.
Спусковое устройство 4 прочно закреплено на корпусе 11 и сообщено с генератором тепла 14, проходы в корпусе 11 и генераторе тепла 14 надежно загерметизированы. Устройство для выпуска газообразных продуктов реакции горения пороха в генераторе тепла 14 в окружающую среду условно на чертежах не показано. Сторожевая электрическая цепь 10, дистанционные инициирующие химические средства 8 в виде бикфордова шнура проложены к спусковому устройству 4 по поверхности корпуса 11 под слоем изоляции, которой он с торцовыми крышками 12, 13 покрыт. По сигналам системы 9, инициирующего дистанционного химического средства 8, линии передачи команды 7 спусковое устройство 4 должно возбудится и запустить в работу генератор тепла 14, обеспечивая высвобождение аккумулированной химической энергии в виде тепла. Ближайшим аналогом спускового устройства 4 являются пусковые пиротехнические воспламенители, срабатывающие от внешнего начального импульса: электрический ток, тепло, механическое воздействие; и воспламеняющие основной заряд, в данном случае порох в генераторе тепла 14.
Способ предотвращения катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода осуществляют следующим образом.
Линейную часть 1 магистрального трубопровода разбивают на участки 2, ограниченные клапанами-отсекателями 3. Длину участков 2 выбирают в зависимости от различных условий и причин, в том числе:
от рельефа местности, по которой проложен магистральный трубопровод, сейсмичности района прокладки, вероятности совершения в этом районе диверсионных актов, но приоритетным всегда будет требование минимальности материального и экологического ущерба в случае возможного катастрофического развития аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода. С целью недопущения подобного развития событий и служат предлагаемые способ и устройство с клапаном-отсекателем.
При нарушении целостности линейной части 1 на участке 2 в силу различных причин: геофизических - оползень, землетрясение, техногенных или же диверсионного акта и т.д.; нарушение может быть значительным вплоть до полного разрушения трубопровода или частичным - трещина, но в любом случае это связано с местной деформацией трубопровода, вызывающей нарушение целостности сторожевой электрической цепи 10 системы 9 распознавания и фиксирования факта аварийной ситуации. Распознавание и фиксирование факта аварийной ситуации и определение аварийного участка в этом случае заключаются в свершившемся разрыве сторожевой электрической цепи 10 на участке 2 до начала развития аварийной ситуации, точнее до начала свершения аварии. Разрывом сторожевой электрической цепи 10 вызывают срабатывание исполнительных органов системы 9, встроенных в спусковые устройства 4 двух клапанов-отсекателей 3 по краям участка 2, и подают начальные импульсы на срабатывание спусковых устройств 4, которые инициируют в свою очередь срабатывание генераторов тепла 14, например поджог пороха. Высвободившейся аккумулированной энергией в виде тепла нагревают лепестки 16 запорного органа 16а до критической температуры срабатывания эффекта «памяти формы» материала, одновременно через лепестки нагревают до температуры вспышки пороха пировтулку 20, но поскольку пировтулка 20 и лепестки 16 разделены слоем 20а из пылевидного теплоизолирующего вещества, то нарастание температуры пировтулки 20 отстает от нарастания температуры лепестков 16, но достижение до критической температуры срабатывания эффекта «памяти формы» материала лепестков 16 и до температуры вспышки пороха пировтулки 20 осуществляют одновременно подбором толщины слоя 20а и теплоизолирующего вещества. Например, критическая температура материала с эффектом «памяти формы» на основе дисперсионно-твердеющих аустенитных сталей ≈320°С, а температура вспышки термостойких порохов ≈250°С.
Взрывом пировтулки 20, которую нагрели до температуры вспышки, разрушают гильзу 21 до фрагментов малого размера с одновременным распылением слоя 20а, которые удаляют с места действия потоком перекачиваемой среды. Ударную волну в перекачиваемой среде от взрыва гасят обратными клапанами 25 и 27, через которые пропускают часть перекачиваемой среды в сухую полость 23а и тем самым ограничивают рост давления перекачиваемой среды. Лепестки 16 сгибают из исходного положения в положение 18а тем, что их нагревают до критической температуры и осуществляют эффект «памяти формы». Консоли 19 каждого лепестка 16 опирают на два соседних лепестка 16, не дают им при изгибе отстать, но и консоли двух соседних лепестков опирают на рассматриваемый лепесток 16 и не дают ему в свою очередь отстать. Таким образом, изгиб лепестков 16 синхронизируют и одновременно изгибают их в положение 18а и тем самым закрывают запорный орган 16а. Гидравлический удар потока перекачиваемой среды от экстренного закрытия запорного органа 16а гасят обратными клапанами 25 и 26 тем, что пропускают через них и полость 23а часть перекачиваемой среды и ограничивают перед клапаном-отсекателем 3 рост давления перекачиваемой среды. Подобные же действия осуществляют на другом клапане-отсекателе 3 участка 2. Таким образом, аварийный участок 2 отключают от остальной части магистрального трубопровода. В случае незначительного нарушения целостности магистрального трубопровода, который не распознан системой 9, распознавание факта аварийной ситуации осуществляют после начала свершения аварийной ситуации по последствию нарушения целостности магистрального трубопровода - падению давления перекачиваемой среды - факт фиксируют датчиком давления 5, передают сигнал по линии передачи 6 в центр управления, откуда после принятия решения передают начальный импульс по линии передачи команды 7 на спусковые устройства 4 клапанов-отсекателей 3 аварийного участка 2, который определяют известным способом по показаниям датчиков давления 5 соседних участков 2. Отключают аварийный участок 2 после поступления начального импульса по линии передачи команд 7 в спусковые устройства 4 клапанов-отсекателей 3 аварийного участка так же, как описано выше. При незначительном нарушении целостности магистрального трубопровода, например свищ или малоразмерная трещина, не распознанном системой 9, и также по последствиям нарушения целостности, не распознанному датчиком давления 5, поскольку падение давления перекачиваемой среды столь незначительно, что не превышает величину погрешности измерения, распознание и фиксация факта аварийной ситуации возможны при следующих обстоятельствах: накопившиеся утечки перекачиваемой среды воспламеняются самопроизвольно или от молнии, или от каких-либо иных причин, начинается пожар и под тепловым воздействием его срабатывают дистанционные инициирующие химические средства 8 и начальный импульс в виде огня в бикфордовом шнуре передается после начала развития аварийной ситуации в спусковые устройства 4, но с одновременным определением аварийного участка 2, поскольку само распознавание и фиксация факта аварийной ситуации после начала свершения ее произошли на самом аварийном участке 2. Начальный импульс передают на спусковые устройства 4 клапанов-отсекателей 3 на концах аварийного участка 2 и отключают аварийный участок 2 таким же образом, что и описан выше. При диверсионном акте распознавание и фиксацию факта осуществляют как системой 9, так и датчиком давления 5 и дистанционным инициирующим химическим устройством 8 одновременно, так как на 100% вероятны значительные разрушения трубопровода и пожар. После устранения последствий аварии и при восстановлении магистрального трубопровода заменяют функциональный модуль 22 на заранее подготовленный.
Применение изобретения позволяет предотвращать катастрофическое развитие аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода и свести к минимуму материальный и экологический ущерб от аварии за счет экстренного, с двукратным дублированием, срабатывания устройства и возможности уменьшить вероятный возможный объем ущерба путем уменьшения длины участков с учетом относительно небольшой стоимости и простоты конструкций клапанов-отсекателей по сравнению с кранами и задвижками с электроприводом.
Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к аварийным устройствам, служащим для перекрытия потока перекачиваемой среды в зону аварии для предотвращения усугубления аварии и дальнейшего ее развития вплоть до катастрофы, и может использоваться в первую очередь в системах обеспечения безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов для перекачки газа, нефти и продуктов ее переработки. Способ заключается в распознавании и фиксировании факта аварийной ситуации по ее последствию, падению давления перекачиваемой среды и дополнительно до наступления аварийной ситуации распознают и фиксируют по месту аварии непосредственно факт возникновения причины аварийной ситуации - нарушение целостности магистрального трубопровода во время его совершения с помощью системы охранной сигнализации и таким образом определяют аварийный участок и подают команду на приведение запорных органов аварийного участка в действие путем высвобождения в форме тепла аккумулированной энергии в запорных органах, кроме того, дополнительно, в случае наступления аварийной ситуации, не распознанной системой охранной сигнализации, распознавание и фиксирование факта аварийной ситуации производится по ее последствию, наличию пожара на месте аварии и тем самым определяют аварийный участок и подают команду на приведение в действие запорных органов на нем высвобождением аккумулированной в них энергии. Устройство для осуществления способа включает два клапана-отсекателя со спусковыми устройствами, предназначенными для привидения их в действие, по концам аварийного участка, систему распознавания и фиксирования факта аварийной ситуации, выполненной по типу и в виде охранной сигнализации, основанной на контроле целостности сторожевой электрической цепи, которая в виде изолированного проволочного проводника намотана спиралью и приклеена по поверхности трубопровода под его изоляцией. Система сообщена с обоими спусковыми устройствами: двумя бикфордовыми шнурами, проложенными каждый по поверхности трубопровода под его изоляцией на всю длину своего участка, с двух сторон примыкающими к клапану-отсекателю и подключенными с двух сторон к каждому спусковому устройству каждого клапана-отсекателя; системой, состоящей из датчиков давления перекачиваемой среды, линии, передающей сигнал датчика давления в центр управления магистрального трубопровода, линии передачи команд из центра управления спусковым устройством. Клапан-отсекатель включает корпус, который содержит: генератор тепла с запасом аккумулированной химической энергии, сообщенный со спусковым устройством, посаженный плотно на запорный орган лепесткового типа, осевого исполнения, выполненный из материала с эффектом «памяти формы», в свою очередь посаженный на пировтулку, сформованную из термостойких сортов пороха, насаженную на разрушаемую защитную гильзу, внутренняя полость которой образует проходной канал клапана-отсекателя, герметизирующую полость кассеты, собирающей генератор тепла, запорный орган, пировтулку, гильзу в единый функциональный модуль и установленную в корпусе. Спусковое устройство запускает генератор тепла, высвобождающий химическую энергию в виде тепла, нагревающего запорный орган и пировтулку, в итоге чего пировтулка взрывом разрушает гильзу, запорный орган запирает проходной канал клапана-отсекателя в результате осуществления эффекта «памяти формы» материала. Применение изобретения позволит надежно и быстро, с высокой эффективностью и с наименьшим материальным и экологическим ущербом предотвратить катастрофическое развитие аварийной ситуации при нарушении целостности магистрального трубопровода. 3 н.п.ф-лы, 7 ил.
| Способ обнаружения утечки в участке напорной сети | 1983 |
|
SU1176139A1 |
| СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧКИ ГАЗА ИЗ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА | 1997 |
|
RU2119610C1 |
| Устройство для заряда и разряда групп аккумуляторных батарей | 1976 |
|
SU629593A1 |
| Запорный орган клапана | 1976 |
|
SU713211A1 |
| Устройство для управления режимом обжатий на реверсивном прокатном стане | 1976 |
|
SU607611A1 |
