ГЕРМЕТИЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЖИГА ТЕРМИТНЫХ СОСТАВОВ Российский патент 2014 года по МПК F23Q7/02 

Изобретение относится к взрывным работам и предназначено для применения в нефтегазовой промышленности в качестве герметичного устройства для поджига термитных составов, которые приваривают выводы электрохимической защиты (ЭХЗ) к трубопроводам для защиты их от коррозии.

Надежность приварки выводов ЭХЗ определяется мощным импульсом поджига термитного состава, который более качественно производит приварку их к трубопроводу.

Приварка выводов ЭХЗ к действующим газонефтепроводам согласно требованиям промышленной безопасности должна осуществляться дистанционно на расстоянии 300 м.

Известно устройство многоразового использования для дистанционного поджига термитных составов, которое состоит из тигель-формы, выполненной из графита, каркаса устройства, подвижного штока, термитной спички, спирали инициатора, бумаги, платы инициатора, термоконтакта, выводов ЭХЗ. Анализ указанного устройства для поджига термитного состава показывает ряд его недостатков, основным из которых является сложность и ненадежность его осуществления при повышенной влажности и осадках. Кроме того, после каждой приварки выводов ЭХЗ необходимо использовать новый металлический подвижный шток, так как он оплавляется при горении термита. Высокая влажность и осадки делают невозможным применение данного устройства для поджига термитных составов (п.4.11 «Инструкции по термитной сварке выводов ЭХЗ к магистральным газопроводам; «Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов (ВНИИГАЗ)», М., 1984, с.7).

ООО НПО «Нефтегазкомплект - ЭХЗ» («Инструкция по термитной сварке выводов ЭХЗ с применением термоматериалов», -Саратов, 2009, с.3) предлагает осуществлять приварку выводов ЭХЗ к действующим трубопроводам с использованием в многоразовой тигель-форме термокарандаша с запалом. При этом запал термокарандаша содержит шнур со временем горения 30 сек. За указанное время можно удалиться от места выполнения газоопасной работы на 10-15 м. Поэтому этот метод не отвечает требованиям промышленной безопасности.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для дистанционного поджига термитного состава в многоразовой тигель-форме. В этом случае на термитный состав размещают легковоспламеняемый переходный заряд, который воспламеняется электрозапалом, выполненным в виде нихромового проводника, обмазанного легковоспламеняемым составом (пат. 2323075, Российская Федерация, МПК B23K 20/00. Устройство для термитной приварки выводов электрохимзащиты к магистральным трубопроводам [Текст]/ Горчаков В.А., Потапов А.В., Якорнева Е.С.: заявитель и патентообладатель ООО «Электрохимизделия» - №2005139478/02: заявл. 16.12.2005.; опубл. 27.04.2008). Дистанционный поджиг (300 м) термитного состава производится радиоуправляемым устройством, расположенным на возвышенности, которое состоит из передатчика, работающего от батареи 12 B, и приемника, для питания которого требуется источник 9 B, разъема и футляра. Устройство предназначено для 100 поджигов термитного состава. Хранение его осуществляется при температурах от +5 до +40°C, относительной влажности до 90%.

Метод с использованием дистанционного поджига термита радиоуправляемым устройством дорог и сложен. Он требует профессионализма исполнителя работ, не может применяться в лесистой и пересеченной местности и непригоден в случае, когда влажность воздуха выше 90%, а также при отрицательных температурах воздуха (ниже -15°C) и вблизи ЛЭП. (Инструкция по термитной сварке выводов ЭХЗ с применением термоматериалов. Саратов, 2009 г., с.4).

Технический результат, достигаемый изобретением - повышение эффективности действия устройства поджига термитных составов, конструкция которого позволяет значительно упростить технологию выполнения работ и удешевить их стоимость, повысить надежность его действия в самых сложных условиях проведения поджигов, включая отрицательные температуры воздуха и работы в близи ЛЭП, а также повысить промышленную безопасность при его использовании.

Поставленная цель достигается тем, что герметичное устройство для поджига термитных составов, состоящее из корпуса, снаряженного воспламенительным и зажигательным составами, и электровоспламенителя, приводящегося в действие от батарейных источников питания, при этом оно дополнительно снабжено чашечкой с отверстием в донышке, закрытом с внешней стороны кружком из сетчатого материала, пропускающего форс пламени электровоспламенителя, воспламенительный и зажигательный составы снаряжены без подпрессовки, при этом чашечка своим донышком фиксирует их, а в корпусе над чашечкой выполнены два или одно загерметизированных отверстия диаметром 0,4-0,7 от внутреннего диаметра корпуса, через которые происходит сброс внутреннего давления, что обеспечивает устойчивое горение зажигательного состава. Навеска воспламенительного состава составляет 0,4-1,2 от веса зажигательного состава, равном порядка 1,0-1,5 г, температура горения которого выше 2000°C.

Герметичное устройство для поджига термитного состава изображено на Фиг.1. Оно состоит из корпуса 1, в котором размещен зажигательный термитный 2 и воспламенительный 3 составы, поджатые чашечкой 4, в центральной части донышка которой выполнено отверстие, закрытое с внешней стороны донышка чашечки кружком 5, выполненным из тонкого сетчатого материала. В корпусе над кромкой донышка чашечки проделаны отверстия, диаметр которых составляет 0,4-0,7 внутреннего диаметра корпуса, которые плотно закрыты пленкой 6, например скотчем. В дульце корпуса вставлен и обжат штатный электровоспламенитель 7, который инициируется от автомобильного аккумулятора 12 В.

При дистанционной (300 м) подаче на электровоспламенитель 7 напряжения с использованием магистрального провода происходит инициирование электровоспламенителя, пламя которого достаточно для надежного инициирования насыпного воспламенительного состава 3, после окончания горения которого происходит возгорание зажигательного состава 2. За счет высокой температуры горения зажигательного состава 2 происходит надежное инициирование 50 г навески термита в графитовом тигле многоразового использования. Надежное функционирование пиротехнической цепочки и целостность корпуса 1 при начальном горении воспламенительного и зажигательного составов происходит за счет разрушения пленки 6, например скотча, и сброса давления в корпусе 1. Герметичное устройство вставляется в запальное отверстие тигля, и за счет его перекрытия отпадает необходимость использования кожуха, устраняющего брызги расплавленной меди на трубу.

Пример изготовления герметичного устройства для поджига термитного состава

Корпус 1 герметичного устройства может быть выполнен из любого материала. В нашем случае выбран алюминиевый корпус, применяемый при выпуске электродетонаторов, чтобы использовать в технологическом процессе материалы и полуфабрикаты, имеющиеся на предприятиях соответствующего профиля. Материалы и полуфабрикаты должны соответствовать ГОСТ 9089-75 «Электродетонаторы мгновенного действия». Поэтому внутренний диаметр корпуса 1 равен 6,6 мм, чтобы он соответствовал пластикатовой пробке электровоспламенителя 7, используемого в электродетонаторах. Длина корпуса составляет 10,0-11,0 диаметров корпуса. Корпус 1 снаряжают 1,0-1,5 г зажигательным, например медным термитным, составом, который имеет следующую рецептуру:

- медь окись (ЧДА) ГОСТ 16599-79 - 66,7% - алюминиевая крупка первичная (АКП) ТУ 48-5-38-78 - 8,4% - порошок медный электролитический ПМС-Н ГОСТ 4960-75 - 11,6% - ферромарганец молотый пассивированный для производства электродов ФМН 1,0 ТУ 14-5-97-77 - 13,0%

(Инструкция по термитной приварке выводов ЭХЗ к магистральным газопроводам. ВНИИГАЗ, М. - 1984, с.4).

Уменьшение навески зажигательного медного термитного состава в устройстве до 0,6-0,8 г при температурах ниже 20°C из 20 опытов дает 1-2 отказа при поджиге 50 г навески термита в графитовом тигле многоразового использования. Навеска 2 зажигательного медного термитного состава 1,0-1,5 г в герметичном устройстве обеспечивает безотказное поджигание его в графитовом тигле при температурах до минус 30°C.

Для надежного воспламенения навески 2 зажигательного медного термитного состава в герметичном устройстве была рассчитана температура его воспламенения по методу Амосова А.П. «Тепловая теория воспламенения» (учебное пособие), Куйбышев, КПтИ, 1982, 91 с. Она составила 1350-1400°C. Затем были рассчитаны температуры горения воспламенительных составов. На основании выполненных расчетов были выбраны 50% кремния (Si) в смеси с 50% окиси свинца (PbO₂) или 50% кремния с 50% кальция, играющие роль воспламенительных составов. Указанные составы при горении навески в 1 г выделяют температуру около 1600°C и надежно воспламеняют навеску 2 зажигательного медного термитного состава, поэтому в корпус 1 на навеску 2 насыпного зажигательного медного термитного состава снаряжался воспламенительный состав 3 на основе 50% кремния в смеси с 50% окиси свинца в количестве 1 г. Затем на чашечку 4 с наружной стороны фиксировался кружок из тонкого сетчатого материала 5, препятствующий просыпанию состава в объем корпуса 1. После чего чашечка досылалась пуансоном до воспламенительного состава без его уплотнения.

Далее в корпус 1 вставляют штатный электровоспламенитель 7 и корпус обжимают для его плотного и герметичного соединения. Расчетная температура горения штатного электровоспламенителя составляет 1450-1500°C.

При отработке конструкции герметичного устройства была отмечена ненадежность его действия, если использовать только воспламенительный состав в устройстве (50% кремния и 50% окиси свинца) даже с навеской до 3 г. При температуре +5°C наблюдается 50%-ная вероятность воспламенения 50 г медного термитного состава в графитовом тигле многоразового использования. Поэтому корпус 1 герметичного устройства снаряжался 1,0-1,5 г навеской зажигательного медного термитного состава 2, расчетная температура горения которого достигает 2600°C.

Эксперименты также показали необходимость использования отверстий в корпусе 1, загерметизированных пленкой 6 (1-2 оборота). При их отсутствии происходит отказ пиротехнической цепочки, так как высокое давление в малом объеме герметичного устройства угнетает воспламенение и горение пиротехнических составов.

Изобретение предназначено для применения в нефтегазовой промышленности в качестве герметичного устройства для поджига термитных составов, которые приваривают выводы электрохимической защиты (ЭХЗ) к трубопроводам для защиты их от коррозии. Герметичное устройство для поджига термитных составов состоит из корпуса, снаряженного воспламенительным и зажигательным составами, и электровоспламенителя, приводящегося в действие от батарейных источников питания. Устройство дополнительно снабжено чашечкой с отверстием в донышке, закрытое с внешней стороны кружком из сетчатого материала, пропускающего форс пламени электровоспламенителя, воспламенительный и зажигательный составы снаряжены без подпрессовки, при этом чашечка своим донышком фиксирует их, а в корпусе над чашечкой выполнены два или одно загерметизированных отверстия диаметром 0,4-0,7 от внутреннего диаметра корпуса, через которые происходит сброс внутреннего давления, что обеспечивает устойчивое горение зажигательного состава. Навеска воспламенительного состава составляет 0,4-1,2 от веса зажигательного состава, равного порядка 1,0-1,5 г, температура горения которого выше 2000°C. Изобретение позволяет значительно упростить технологию изготовления и удешевить стоимость работ, повысить надежность его действия в самых сложных условиях проведения поджигов, а также повысить промышленную безопасность при его использовании. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Герметичное устройство для поджига термитных составов, состоящее из корпуса, снаряженного воспламенительным и зажигательным составами, и электровоспламенителя, приводящегося в действие от батарейных источников питания, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено чашечкой с отверстием в донышке, закрытое с внешней стороны кружком из сетчатого материала, пропускающего форс пламени электровоспламенителя, воспламенительный и зажигательный составы снаряжены без подпрессовки, при этом чашечка своим донышком фиксирует их, а в корпусе над чашечкой выполнены два или одно загерметизированных отверстия диаметром 0,4-0,7 от внутреннего диаметра корпуса, через которые происходит сброс внутреннего давления, что обеспечивает устойчивое горение зажигательного состава.

2. Герметичное устройство для поджига термитных составов по п.1, отличающееся тем, что навеска воспламенительного состава составляет 0,4-1,2 от веса зажигательного состава, равного порядка 1,0-1,5 г, температура горения которого выше 2000°C.