СПОСОБ ОЧИСТКИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2017 года по МПК B08B9/23 B08B9/27 B08B7/04 

Область техники

Изобретение относится к области обработки и очистки поверхности нефтяного оборудования, например насосных штанг и насосно-компрессорных труб (НКТ) после их использования перед проведением дефектоскопии и ремонта.

Способ может найти широкое применение при ремонте насосных штанг и НКТ в нефтедобывающей и газодобывающей промышленности.

Уровень техники

Из применяемых в настоящее время методов очистки поверхности изделий нефтяного оборудования наиболее распространенными являются механические, химические, электрохимические и тепловые методы.

Среди механических можно отметить следующие.

1. Способы, основанные на использовании воды и пара под давлением при температуре 900-1000°C (авт. свид. №141843; 208651; В21В 45/08, 1962; патент РФ №1674689, В21В 45/02, 1988; патент США №2442485, В21В 45/02, 1948 и др.).

2. Способы, основанные на использовании сжатого воздуха (авт. свид. №105495, В24С 3/16, 1956; №1609627, В24С 3/16, 1989 г. и др.).

3. Способы, основанные на охлаждении изделий до температуры охрупчивания нефтяных покрытий и дальнейшее удаление их механическим путем (авт. свид. №648293, В08В 3/10, 1975; №1712006, В08В 9/02, 1992; патент РФ №2060063, В08В 9/02, 1992 и др.).

Недостатки указанных способов, да и всех других способов, основанных на использовании иглофрез, щеток, резцов и т.п.являются низкие качество и эффективность очистки при больших затратах.

Среди химических и электрохимических методов следует отметить следующее.

1. Способ, включающий обработку поверхности изделий органическим растворителем, например, бензином, с последующим протиранием обработанной поверхности мягкой ветошью (авт. свид. №870505, C23G 5/02, 1981; патент ЕПВ №294245, C23F 3/00, 1988 г.). К недостаткам способа относятся токсичность бензина, его взрыво- и пожароопасность, которые исключают широкое применение в технологических процессах.

2. Способ, основанный на использовании хлоргидрата (авт. свид. №790629, C23G 5/00, 1991; Бартл Д., Мудрох X. Технология химической и электрохимической обработки поверхности металлов. М., 1961). Процесс ведут в герметизированной камере, а после его окончания изделие сушат при температуре 100-120°C до полного испарения хлоральгидрата. Недостатками способа являются его сложность и необходимость специального оборудования, а также малая доступность и высокая цена используемого реактива.

3. Способ, включающий последовательную обработку в хлорорганическом растворителе и водном растворе (авт. свид. №440450, 1518412,1792454 и др.).

4. Способы, включающие растворы кислот, щелочей или солей (авт. свид. №№ 1388461, C23G 3/00, 1986; № 17691819, C23G 3/00, 1990; Пожаробезопасные технические моющие средства. М., 1983 и др.).

5. Способ, включающий обработку поверхности изделий в среде паров, содержащих хлористый водород, получаемых из реакционной смеси (авт. свид. №№ 1781323, C23G 5/00, 1989; 461167, C23G 5/02, 1972; № 382776, C23G 5/00, 1970).

Агрегаты и оборудование, реализующие указанные способы, требуют значительных производственных площадей. Выделяющиеся при травлении испарения не только вредны для обслуживающего персонала, но и разрушительно действуют на производственное оборудование и цеховые конструкции. Кроме того, необходимость утилизации отходов использованных кислот и щелочей требует принятия дополнительных дорогостоящих мер для предотвращения загрязнения окружающей среды. Из других известны способы и устройства обработки и очистки поверхности металлических изделий (авт. свид. СССР №№171056, В23К 9/00, 1963; 476041, В08В 1/00, 1973; 719710, В08В 3/10, 1977; 935141, В08В 3/10, 1980; №1272725, С22В 9/10, 1985; 1695704, С23С 14/02, 1987; 1770420, С23В 9/20, 1990; 1812239, С23С 14/02, 1990; патенты РФ №№2030232, В21В 45/04, 1990; 2034094, С23С 8/36, 1993; патенты США №5143561, В21В 45/06, 1992, патент Франции №2664510, В21В 37/08, 1992, Стибленко В.П., Ситников И.В. Использование высокочастотного дугового разряда атмосферного давления для очистки и активации металлических поверхностей. Плазмотехнология. Сборник научных трудов. Киев, 1990 и др.).

Аналогом, наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ и устройство описанные в патенте РФ №2171721 «Способ обработки поверхности изделий и устройство для его реализации», приоритет от 23.02.1999 г., авторами которого являются Е.С. Сенокосов, А.Е. Сенокосов, В.И. Дикарев и Е.Е. Никитина.

Согласно аналога очистка нефтяного оборудования (насосные штанги, НКТ и др.) от углеводородов (нефть, парафины, асфальтены), песка, минеральных отложений, оксидов и других загрязнений осуществляется путем грубой механической очистки с последующим нагревом их в вакуумных камерах, приложению к ним вибрации для стряхивания загрязнений, очисткой поверхности дуговыми разрядами, когда катодами являются очищаемые изделия, со сбором загрязнений в наклонном днище.

Описанные в прототипе способ и устройство обладают рядом существенных недостатков:

- использование вакуума для очистки нефтяного оборудования дорого, требует высокой квалификации обслуживающего персонала и опасно в случае наполнения вакуумных полостей парами углеводородов;

- они не обеспечивают высокую производительность в силу цикличности процесса (загрузка, вакуумирование, очистка, напуск воздуха и вновь загрузка);

- использование штанг и НКТ в качестве катодов при их катодно-дуговой очистке чревато опасностью неконтролируемой и нежелательной поверхностной закалкой катодными пятнами с образованием мартенситных структур.

Из всех аналогов наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является патент РФ на полезную модель «Машина для очистки наружной поверхности магистральных трубопроводов» №143764, приоритет от 09.08.2013 г., авторы: Фокин Г.А., Сивоконь В.Н., Ильин Н.Е. и др. Согласно этого патента очистка поверхности труб осуществляется высокоскоростными потоками плазмы из факельных или струйных плазматронов. При этом любые загрязнения, находящиеся на поверхности труб, под воздействием высокотемпературных струй плазмы, плавятся, газифицируются и потоком струи удаляются с поверхности. Для очистки могут использоваться один или несколько плазматронов, которые движутся над очищаемой поверхностью.

Недостатками прототипа является:

- в процессе очистки поверхности остается много отходов в виде фрагментов старого покрытия, которые нужно отдельно утилизировать;

- используя прототип невозможно очищать внутреннюю полость труб малого диаметра, например НКТ;

- в прототипе не удается произвести очистку труб экологически чисто, трудно уловить летучие и газообразные отходы очистки;

- низкая производительность;

- высокая стоимость очистки.

Все эти недостатки устраняются в предлагаемом изобретении.

Сущность изобретения.

Предлагаемый способ очистки и устройство на его основе позволяют осуществлять очистку НКТ внутри и снаружи с минимумом отходов, экологически чисто.

Насосные штанги и НКТ являются очень важными элементами при добыче нефти и газа из глубинных слоев Земли. Их прочность и надежность обеспечивает ритмичность добычи нефти и газа. Их повторное многократное использование после ремонта определяет себестоимость нефти и газа, поскольку они входят в их стоимость. Поэтому целью изобретения является увеличение производительности очистки насосных штанг и НТК во время ремонта, обеспечение высокой прочности и надежности этих изделий и снижение себестоимости ремонта НКТ и насосных штанг, исключить загрязнения установки и цеха отходами очистки, исключение использования воды для очистки НКТ, исключение возможности возникновения взрыва и пожара от легких фракций АСПО, высокопроизводительно очищать НКТ любого диаметра и длины. Предлагаемый способ и устройство позволяет существенно увеличить степень автоматизации установки для очистки НКТ и сократить количество обслуживающего персонала.

Согласно предлагаемого способа и устройства очистки поверхности НКТ и насосных штанг от загрязнений (нефть, парафины, асфальтены, минеральные отложения, оксиды и т.п.) производится путем кратковременного воздействия низкотемпературной плазмой 6000-20000°C и плотностью энергии 10¹¹ Вт/м² на очищаемую поверхность. При этом наиболее эффективным способом нагрева является конвективный нагрев изделия в потоке горячего газа (Г.Б. Синярев, М.В. Добровольский. «Жидкостные ракетные двигатели» изд. Оборонной промышленности, М., с.233, 1955 г.).

Чем выше температура этого газа и его скорость, тем больше тепла и с большей скоростью оно передается нагреваемому телу, тем за более короткий период времени оно будет нагрето до необходимой температуры. Время нагрева определяется опытным путем за счет подбора и корреляции количества плазмотронов, их мощности и скорости протяжки НКТ.

При такой температуре и плотности тепловой энергии все известные химические элементы и их соединения мгновенно испаряются или сублимируют с очищаемой поверхности, оставляя поверхность чистой.

Процесс очистки осуществляется с высокой производительностью, не зависит от погодных условий (жара, мороз) и является экологически чистым, так как все органические молекулы под действием высокой температуры (6000-20000°C) диссоциируют, т.е. разлагаются на составляющие их атомы С, О₂, Н₂, которые в результате рекомбинации (последующего сгорания) из сложных канцерогенных молекул образуют простейшие безопасные продукты сгорания типа СО₂ и H₂O.

Такому превращению канцерогенных молекул в простейшие безопасные соединения способствует использование в качестве плазмообразующих рабочих тел (ПРТ) углеводородов, воздуха, кислорода, спирта, ацетона и их смесей.

На этом принципе сегодня работают термические установки по утилизации химического оружия и токсичных химических соединений (М.Н. Бернадинер. А.11. Шурыгин «Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов». М.: Химия, 1990).

Использование пропановых или ацетиленовых горелок при очистке НКТ не приводит к такому эффекту в силу, низкой температуры и плотности энергии в струе продуктов горения этих горелок. Наоборот, это приводит к газификации сложных органических молекул, которые являются вредными, например, при низкотемпературном (обычном) сжигании мусора, что приводит только к загрязнению окружающего пространства.

Таким образом, суть предлагаемого способа очистки заключается в том, что очистка поверхности металлических труб производится не механическим удалением за счет соударения твердых частиц в струе сжатого воздуха (песко- и дробеструйная очистка) о поверхность, но в высокотемпературном воздействии потока плазмы на частицы грязи на поверхности с последующим их сдуванием (испарением или сублимацией) с поверхности плазменной струей. Наиболее эффективно подобная очистка реализуется, если струя плазмы воздействует на поверхность НКТ под косым углом. Вся грязь на поверхности НКТ газифицируется и покидает поверхность. При этом очистка поверхности осуществляется практически на молекулярном или атомарном уровне. Процесс протекает быстро, поэтому материал трубы не успевает нагреться до высоких температур.

Таким образом, при кратковременном воздействии плазмы на очищаемую поверхность углеводороды (нефть, парафин, асфальтены и т.п.) плавятся и мгновенно газифицируются. За счет теплового удара растрескиваются на поверхности минеральные отложения и корки оксидов, теряется их адгезионная связь с поверхностью металла изделий. Под воздействием высокоскоростного потока плазмы, омывающего очищаемую поверхность, газообразные продукты, частицы минеральных отложений и оксидов удаляются с очищаемой поверхности.

Далее по газоводам системы вентиляции они поступают в фильтры, где продукты очистки улавливаются и далее утилизируются вместе с фильтрами или отдельно.

Согласно предлагаемого способа очистки насосно-компрессорных труб загрязненные асфальтосмолопарафиновыми отложениями (АСПО), ржавчиной (оксидами), минеральными отложениями и нефтью НКТ поступают в проходной бокс внешней очистки труб. Проходной бокс имеет вход и выход, механизм перемещения НКТ через бокс поступательно, поступательно-вращательно и реверсивно. Внутренняя полость бокса соединена с системой вентиляции для отвода газообразных продуктов очистки и системой сбора жидких и твердых отходов. Стенки бокса имеют каналы для охлаждения его корпуса, если он нагревается в процессе работы, или для нагрева корпуса с целью облегчения сбора АСПО в поддон и далее в горловину сброса в контейнер.

В стенках проходного бокса внешней очистки НКТ размещены от одного и более струйных или факельных плазматронов (Патент РФ №143764 от 09.082013 г. Фокин Г.А., Сивоконь В.Н., Ильин Н.Е. и др.), таким образом, что при прохождении через бокс грязных НКТ или насосных штанг их поверхность очищается высокоскоростными струями плазмы плазматронов. При этом происходит нагрев самих НКТ или насосных штанг. Очистку внешней поверхности организуют так, что бы к ее завершению внутренняя стенка НКТ прогрелась до температуры плавления АСПО, после чего АСПО по оплавленному, по периметру АСПО, жидкому пограничному слою легко выталкивается из НКТ. В экспериментах на это уходит меньше минуты, а в ряде случаев столб (керн) АСПО вываливался из НКТ под собственным весом. Этот способ особенно эффективен в зимний период, когда при отрицательных температурах АСПО внутри НКТ становится очень твердым и прочно связан с внутренней стенкой НКТ, его даже высверлить невозможно из-за наличия в нем песка.

На практике НКТ не всегда внутри загрязнены АСПО, часто в них накапливаются другие загрязнения (минеральные отложения, корки ржавчины и т.п.). Для очистки НКТ от этих загрязнений трубу достаточно нагреть до высокой температуры, но не более 650°С, чтобы не допустить произвольную термообработку, например закалку, которая становится возможной при нагреве до температуры выше температуры фазовых и структурных изменений. Такие изменения возможны при нагреве стали выше 700°С (Ю.П. Солнцев, Е.И. Пряхин, Ф. Войткун. Материаловедение, М. МИСИС, 1999 г., с. 217). При нагреве НКТ до 650°C все кристаллические минеральные отложения и корки ржавчины теряют связь с металлом трубы и легко дробятся, поэтому извлечь их из трубы не составляет труда, что и предусмотрено способом и устройством предлагаемого изобретения.

После внешней очистки НКТ в проходном боксе НКТ перемещают на участок внутренней очистки, где выталкивают АСПО из внутренней полости НКТ. Выталкивают механически поршнем, напором пара, сжатого газа, жидкости или за счет наклона НКТ под собственным весом. АСПО выталкивают в контейнер для утилизации.

Поскольку на внутренней стенке НКТ могут оставаться следы АСПО, минеральные отложения и другие загрязнения, то НКТ перемещают на участок финишной очистки.

Смысл финишной очистки внутренней полости НКТ заключается в газификации, термической диссоциации АСПО и дальнейшем высокотемпературном сжигании с последующим извлечением газообразных, аэрозольных и пылевидных продуктов внутренней очистки из полости НКТ в систему дымоотсоса через фильтры и далее в атмосферу.

Для этого на участке финишной очистки внутренней полости НКТ в трубу вводят струйный плазматрон или на плазматрон, закрепленный на штанге, накатывают НКТ. По мере движения плазматрона внутри НКТ за счет взаимодействия плазменной струи с внутренними стенками с них испаряются остатки АСПО, диссоциируют и сгорают в полости НКТ. Для полного сгорания углеводородов в трубу помимо плазматрона (параллельно струе плазмы или концентрично ей) попадают воздух, кислород или другие газы, обеспечивающие высокотемпературное полное сгорание остатков АСПО. Это напоминает процесс в камере сгорания гибридного ракетного двигателя (Большая Советская энциклопедия, 3-е изд-е, М. Советская энциклопедия, 1971 г., с. 1357).

За счет высокотемпературного взаимодействия струи плазмы и продуктов сгорания АСПО с внутренней стенкой НКТ, в результате теплового удара, минеральные отложения, корки оксидов трескаются и отстают от стенок. Потоком продуктов сгорания они выносятся в газовод, который сочленен со свободным концом НКТ в систему вентиляции и сбора отходов очистки. Для этого перед финишной очисткой свободный конец НКТ герметично сочленяют с газоотводящим узлом или этот узел накатывают и сочленяют герметично с НКТ. Учитывая, что газообразные продукты очистки имеют высокую температуру газоотводящий узел и газовод имеют принудительное охлаждение стенок и корпуса или в высокотемпературный поток для его охлаждения вспрыскивают жидкость, пар или газы, например воду, водяной пар или воздух.

Если НКТ запачкали при транспортировке между участками внутренней очистки, то на выходе участка финишной внутренней очистки НКТ устанавливают проходной бокс внешней очистки НКТ, являющийся копией входного бокса очистки внешней поверхности НКТ, только меньшей мощности.

Способ очистки насосно-компрессорных труб (НКТ) включает воздействие струи низкотемпературной плазмы плазматронов на очищаемую поверхность, газификацию и термическую диссоциацию продуктов очистки и последующую их рекомбинацию в простейшие молекулы воды и углекислого газа, относительное перемещение труб и плазматронов, Наружную поверхность трубы очищают струями низкотемпературной плазмы плазматронов до оплавления пограничного слоя между асфальтосмолопарафиновым отложением внутри трубы и внутренней стенкой трубы, затем отложения удаляют из внутренней полости трубы, после чего в НКТ вводят струйный плазматрон или на струйный плазматрон накатывают трубу с возможностью термодинамического воздействия струи плазмы на внутреннюю поверхность НКТ, а продукты очистки внутренней поверхности трубы извлекают через свободный конец трубы, к которому подключен газовод с возможностью откачки в него жидких и газообразных продуктов очистки внутренней полости НКТ.

В качестве плазмообразующего рабочего тела для струйного плазматрона используют углеводороды, воздух, кислород, спирт, ацетон и их смеси.

В полости газовода распыляют газ, воду или водяной пар.

Параллельно и/или концентрично струе плазматрона вдувают воздух, кислород, инертные газы, азот, углеводородные газы, углекислый газ, водород и их смеси.

Параллельно и/или концентрично струе плазматрона вводят воду, спирт, ацетон, углеводородные жидкости и их смеси.

НКТ дополнительно очищают снаружи в конце всего технологического процесса очистки в проходном боксе в струях плазматронов.

Устройство для очистки насосно-компрессорных труб (НКТ) содержит плазматроны, системы, обеспечивающие их работу, механизмы перемещения НКТ. На входе оно снабжено проходным боксом наружной очистки, в стенках которого по периметру размещены плазмотроны с возможностью нагрева НКТ струями плазмы при прохождении НКТ, а также содержит участок внутренней очистки, содержащий устройство выталкивания внутреннего загрязнения из НКТ, участок финишной очистки внутренней полости НКТ, содержащий струйный плазматрон, сопряженный с ним механизм с возможностью реверсивного перемещения плазматрона во внутренней полости НКТ по всей длине со свободного конца трубы и подвижный газоотводящий узел в вытяжную вентиляцию с возможностью сочленения с ним НКТ.

Стенки проходного бокса наружной очистки имеют каналы с возможностью охлаждать или нагревать бокс.

Устройство дополнительно содержит узел сбора отходов очистки из внутренней полости трубы с возможностью герметичного сочленения свободного конца НКТ с ним и/или возможностью наката этого узла и сочленения его со свободным концом НКТ и возможностью дальнейшего перемещения его вместе с НКТ.

Устройство для обеспечения возможности выталкивания внутреннего загрязнения из НКТ содержит поршень с возможностью механического выталкивания внутреннего загрязнения из НКТ в узел сбора твердых и жидких отходов или имеет механизм перемещения НКТ с возможностью наката ее на поршень по всей длине и возможностью выталкивания отходов очистки в узел сбора отходов.

Устройство для обеспечения возможности выталкивания внутреннего загрязнения из НКТ содержит устройство с возможностью выталкивания внутреннего загрязнения из НКТ в сборник отходов с помощью пара, сжатых газов или напора жидкости.

Подвижный газоотводящий узел в вытяжную вентиляцию сочленен с НКТ одним концом или с возможностью наката и сочленения этого узла с НКТ.

Струйный плазматрон размещен на штанге, закрепленной по оси НКТ, и имеет механизм наката НКТ на струйный плазмотрон по всей длине или части трубы, при этом газоотводящий узел имеет возможность перемещаться вместе с насосно-компрессорной трубой без нарушения герметичности в сочленении.

Устройство имеет узел герметизации штанги струйного плазматрона и входной части НКТ.

К струйному плазматрону подведены магистрали подачи газа и жидкости с возможностью подачи их помимо плазматрона концентрично и/или параллельно струе плазмы.

Устройство имеет на выходе проходной бокс внешней очистки с плазматронами с возможностью внешней очистки НКТ, спряженный с системой вентиляции.

Краткое описание чертежей

На схеме способа очистки насосно-компрессорных труб и устройства для его реализации представлены:

1. Исходная загрязненная НКТ.

2. Механизм перемещения НКТ через бокс внешней очистки.

3. Система вытяжной вентиляции с фильтрами.

4. Система ввода газа, пара и/или жидкости во внутреннюю полость проходного бокса очистки.

5. Система охлаждения проходного бокса очистки.

6. Струйные плазматроны внешней очистки НКТ.

7. Корпус проходного бокса очистки.

8. НКТ в процессе наружной очистки.

9. Механизм перемещения НКТ из бокса внешней очистки на участок внутренней очистки.

10. Насосно-компрессорная труба очищенная снаружи.

11. Устройство подачи газа, пара или жидкости для выталкивания АСПО из НКТ.

12. Устройство для перемещения поршня внутренней очистки НКТ от АСПО.

13. Штанга поршня.

14. Поршень (щетка).

15. НКТ на участке внутренней очистки.

16. Подвижный узел сбора твердых и жидких отходов очистки из внутренней полости НКТ.

17. Механизм перемещения НКТ.

18. Механизм реверсивного перемещения плазматрона внутренней финишной очистки НКТ.

19. Система подачи газов и жидкостей концентрично или параллельно струе плазмы.

20. Плазматрон внутренней очистки НКТ.

21. Герметизирующий узел в месте ввода плазматрона в НКТ.

22. Механизм сочленения и перемещения (наката) узла сбора отходов очистки.

23. Фильтры для аэрозольных и газообразных продуктов очистки в системе вытяжки продуктов очистки из НКТ.

24. Газоотводящий узел жидких и газообразных продуктов внутренней очистки НКТ.

25. Система ввода и распыления газа, воды и водяного пара в газоводе.

26. Система охлаждения стенок газовода.

27. Механизм перемещения (наката) НКТ на плазматрон при финишной очистке НКТ внутри.

28. НКТ на участке финишной очистки.

29. Магистрали подвода газов и жидкостей концентрично или параллельно струе плазмы.

30. Фильтры.

31. Корпус проходного бокса внешней очистки НКТ.

32. Система вентиляции.

33. Система охлаждения проходного бокса внешней очистки.

34. Очищенная НКТ.

35. Струйные плазматроны внешней завершающей очистки. А. Струи плазмы из плазматронов.

На фото 1-5 показаны примеры очистки НКТ с помощью предлагаемого способа и устройства.

Осуществление изобретения

Согласно предлагаемого изобретения грязные снаружи и внутри НКТ 1 с помощью механизма перемещения 2 подают в корпус проходного бокса очистки 7, где с помощью струй А плазматронов 6 осуществляют очистку наружной поверхности НКТ и ее нагрев. В процессе внешней очистки НКТ в струях А плазматронов 6 внутри бокса продукты очистки имеют высокую температуру. Для снижения температуры продуктов очистки и предотвращения их догорания в системе вытяжной вентиляции с фильтрами 3 и внутри бокса 7 предусмотрена система 4 ввода в поток продуктов очистки газа, пара и/или жидкости (вода, пар, CO₂, N₂ и т.п.). Корпус проходного бокса 7 очистки имеет охлаждения 5. Далее нагретая НКТ 10 поступает на участок внутренней очистки, где из внутренней полости НКТ 15 выталкивают АСПО с помощью устройства перемещения 12 штанги 13 и поршня 14 или с помощью устройства 11 сжатым газом, паром или жидкостью. Кроме того АСПО удаляют еще под собственным весом за счет наклона НКТ (механизм наклона на схеме не показан). При очистке поршнем 14 его вводят в НКТ с помощью устройства 12 или НКТ 15 накатывают механизмом 17 на поршень 14, а загрязнения в твердом или жидком виде собирают в узел сбора жидких и твердых отходов 16, который с помощью механизма 22 имеет возможность перемещаться с НКТ 15 без нарушения герметичности сочленения.

Далее НКТ 10 перемещают на участок финишной очистки НКТ, где в насосно-компрессорную трубу вводят с помощью механизма 18 реверсивного перемещения струйный плазматрон 20 или на струйный плазматрон 20 с помощью механизма перемещения (наката) 27 накатывают НКТ 28. Под воздействием струи плазмы остатки АСПО с внутренних стенок НКТ испаряются и в газообразном состоянии поступают в вытяжную вентиляцию через газоотводящий узел 24 и систему фильтров 23. Газоотводящий узел 24 герметично сочленен с очищаемой НКТ 28 и имеет возможность, не нарушая герметичности сопряжения, перемещаться с ней механизмом перемещения 22 при накате на струйный плазматрон 20. Как показали эксперименты авторов, подача воздуха и горючих газов в область струи плазмы плазматрона 20 или параллельно ей в полость НКТ возбуждает внутри трубы интенсивную реакцию высокотемпературного горения АСПО аналогично, как в камере сгорания гибридного ракетного двигателя. Горючие газы, жидкости и воздух подаются из системы 19 по разным магистралям 29 в область плазменной струи плазматрона 20 или концентрично ей во внутреннюю полость НКТ. Это приводит к резкому увеличению интенсивности и производительности очистки НКТ внутри от АСПО, т.к. внутри НКТ реализуется высокоскоростной поток продуктов горения, который сдирает с внутренних стенок НКТ любые минеральные отложения, песок и оксиды. По аналогии с гибридным ракетным двигателем скорость этого высокотемпературного потока может достигать сотен метров в секунду. Весь этот поток поступает в газоотводящий узел 24, который герметично сочленен с НКТ 28. В месте ввода плазматрона 20 в НКТ штанга ввода герметизируется узлом 21, что делает процесс очистки экологически чистым в замкнутом пространстве. Корпус газоотводящего узла 24 имеет принудительное охлаждение 26. С целью снижения температуры продуктов сгорания на выходе в газоотводящем узле 24 предусмотрена система 25 ввода и распыления в продуктах сгорания жидкостей, пара и газов (H₂O, CO₂, N₂ и т.п.).

После очистки внутренней полости НКТ струйным плазматроном 20 может оказаться так, что НКТ при перемещении между участками очистки снаружи незначительно загрязнилась отходами очистками. В этом случае НКТ дополнительно пропускают через проходной бокс 31 внешней очистки, который имеет вытяжку продуктов очистки в систему вентиляции 32 через фильтры 30, струйные плазматроны 35 и систему охлаждения корпуса 33. На выходе чистая НКТ 34 транспортируется для дальнейшего ремонта.

ЗАО «Петроплазма», собственниками и сотрудниками которого являются авторы, свыше десяти лет проводит НИР и ОКР в области разработки плазменных машин для очистки металлических изделий от окалины, ржавчины и любых других загрязнений (Плазменная электродуговая очистка металлических изделий, Е.С.Сенокосов, А.Е. Сенокосов, Металлург №4, 2005 г. - с. 44; Патент РФ №143764 от 09.08.2013 г. и др.).

Эксперименты с использованием струйных плазматронов согласно предлагаемого изобретения, показали, что очистка НКТ от АСПО и любых других загрязнений осуществляется производительнее в 3-5 раз, экологически чисто, резко снизилось количество отходов, снизилась в 2-3 раза себестоимость очистки. Предлагаемый способ и устройство доказало свою состоятельность и полезность.

Предлагаемый способ и устройство очистки насосно-компрессорных труб предназначены для использования при очистке и ремонте насосно-компрессорных труб. Способ очистки включает воздействие струи низкотемпературной плазмы плазматронов на очищаемую поверхность, газификацию и термическую диссоциацию продуктов очистки и последующую их рекомбинацию в простейшие молекулы воды и углекислого газа, относительное перемещение труб и плазматронов. Наружную поверхность трубы очищают струями низкотемпературной плазмы плазматронов до оплавления пограничного слоя между асфальтосмолопарафиновым отложением внутри трубы и внутренней стенкой трубы. Затем отложения удаляют из внутренней полости трубы. После этого в НКТ вводят струйный плазматрон или на струйный плазматрон накатывают трубу с возможностью термодинамического воздействия струи плазмы на внутреннюю поверхность НКТ. Продукты очистки внутренней поверхности трубы извлекают через свободный конец трубы, к которому подключен газовод с возможностью откачки в него жидких и газообразных продуктов очистки внутренней полости НКТ. Технический результат: очистка внутренней и наружной поверхности НКТ с минимумом отходов и экологически чисто. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ очистки насосно-компрессорных труб (НКТ), включающий воздействие струи низкотемпературной плазмы плазматронов на очищаемую поверхность, газификацию и термическую диссоциацию продуктов очистки и последующую их рекомбинацию в простейшие молекулы воды и углекислого газа, относительное перемещение труб и плазматронов, отличающийся тем, что наружную поверхность трубы очищают струями низкотемпературной плазмы плазматронов до оплавления пограничного слоя между асфальтосмолопарафиновым отложением внутри трубы и внутренней стенкой трубы, затем отложения удаляют из внутренней полости трубы, после чего в НКТ вводят струйный плазматрон или на струйный плазматрон накатывают трубу с возможностью термодинамического воздействия струи плазмы на внутреннюю поверхность НКТ, а продукты очистки внутренней поверхности трубы извлекают через свободный конец трубы, к которому подключен газовод с возможностью откачки в него жидких и газообразных продуктов очистки внутренней полости НКТ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что НКТ в процессе очистки нагревают не выше 650°С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что НКТ наклоняют одним концом в контейнер сбора отходов и асфальтосмолопарафиновые отложения удаляют под собственным весом.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отложения из внутренней полости трубы удаляют сжатым газом, паром или жидкостью.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отложения из внутренней полости трубы удаляют поршнем.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что струи плазматронов направляют под косым углом к очищаемой наружной поверхности НКТ.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полость насосно-компрессорной трубы герметизируют по штанге в месте ввода плазматрона в трубу.

8. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве плазмообразующего рабочего тела для струйного плазматрона используют углеводороды, воздух, кислород, спирт, ацетон и их смеси.

9. Способ по п. 3, отличающийся тем, что стенки газовода охлаждают принудительно.

10. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в полости газовода распыляют газ, воду или водяной пар.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что параллельно и/или концентрично струе плазматрона вдувают воздух, кислород, инертные газы, азот, углеводородные газы, углекислый газ, водород и их смеси.

12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что параллельно и/или концентрично струе плазматрона вводят воду, спирт, ацетон, углеводородные жидкости и их смеси.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что НКТ дополнительно очищают снаружи в конце всего технологического процесса очистки в проходном боксе в струях плазматронов.

14. Устройство для очистки насосно-компрессорных труб (НКТ), содержащее плазматроны, системы, обеспечивающие их работу, механизмы перемещения НКТ, отличающееся тем, что на входе оно снабжено проходным боксом наружной очистки, в стенках которого по периметру размещены плазмотроны с возможностью нагрева НКТ струями плазмы при прохождении НКТ, а также содержит участок внутренней очистки, содержащий устройство выталкивания внутреннего загрязнения из НКТ, участок финишной очистки внутренней полости НКТ, содержащий струйный плазматрон, сопряженный с ним механизм с возможностью реверсивного перемещения плазматрона во внутренней полости НКТ по всей длине со свободного конца трубы и подвижный газоотводящий узел в вытяжную вентиляцию с возможностью сочленения с ним НКТ.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что стенки проходного бокса наружной очистки имеют каналы с возможностью охлаждать или нагревать бокс.

16. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что проходной бокс наружной очистки имеет вводы газа или жидкости в зазор между НКТ и внутренней стенкой бокса.

17. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что дополнительно содержит узел сбора отходов очистки из внутренней полости трубы с возможностью герметичного сочленения свободного конца НКТ с ним и/или возможностью наката этого узла и сочленения его со свободным концом НКТ и возможностью дальнейшего перемещения его вместе с НКТ.

18. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что устройство выталкивания внутреннего загрязнения из НКТ содержит поршень с возможностью механического выталкивания внутреннего загрязнения из НКТ в узел сбора твердых и жидких отходов или имеет механизм перемещения НКТ с возможностью наката ее на поршень по всей длине и возможностью выталкивания отходов очистки в узел сбора отходов.

19. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что содержит устройство выталкивания внутреннего загрязнения из НКТ в сборник отходов с помощью пара, сжатых газов или напора жидкости.

20. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что устройство выталкивания внутреннего загрязнения из НКТ содержит механизм наклона НКТ одним концом в контейнер сбора отходов.

21. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что подвижный газоотводящий узел в вытяжную вентиляцию сочленен с НКТ одним концом или с возможностью наката и сочленения этого узла с НКТ.

22. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что струйный плазматрон размещен на штанге, закрепленной по оси НКТ, и имеет механизм наката НКТ на струйный плазмотрон по всей длине или части трубы, при этом газоотводящий узел имеет возможность перемещаться вместе с насосно-компрессорной трубой без нарушения герметичности в сочленении.

23. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что газоотводящее устройство из внутренней полости трубы и газовод имеют принудительное охлаждение и/или систему впрыска жидкости, пара или газа в поток аэрозольных и газообразных продуктов очистки.

24. Устройство по п. 22, отличающееся тем, что оно имеет узел герметизации штанги струйного плазматрона и входной части НКТ.

25. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что к струйному плазматрону подведены магистрали подачи газа и жидкости с возможностью подачи их помимо плазматрона концентрично и/или параллельно струе плазмы.

26. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что имеет на выходе проходной бокс внешней очистки с плазматронами с возможностью внешней очистки НКТ, сопряженный с системой вентиляции.

27. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что в качестве плазмообразующего рабочего тела используют углеводороды, воздух, кислород, спирт, ацетон и их смеси.