Способ очистки полости трубопровода Советский патент 1992 года по МПК B08B9/04 B08B5/02 

Изобретение относится к способу очистки полости трубопровода от сыпучих загрязнен;.. и воды и г .о/кз/ CiJTb использовано при поточном строительстве магистральных трубопроводов, например, гззо- и нефтепродуктов крупными механизированными комплексами.

Известен способ очистки внутренней поверхности трубопровода, основанный на перемещении очистного снаряда с вращением вдоль трубопровода потоком транспортируемой среди; путем поступательного перемещения надувной оболочки, которая прижимается к внутоенней поверхности трубопровода под действием транспортируемой среды; путем перемещения очистного снаряда рывками за счет импульсного режима изменения за ним давления; путем перемещения очистного снаряда за счет тягового усилия, создаваемого истечением транспортируемой среды через реактивные наклонные сопла, атаюкепутем разделения трубопровода по длине на зоны очистки и удаления из них продуктов очистки специальным инструментом за счет нагнетания рабочего агента.

Однако ввиду того, что перемещение очистного снаряда в известных способах осуществляется транспортируемой средой, эти способы могут быть использованы только на стадии эксплуатации трубопровода и, следовательно, не могут обеспечить удаление сыпучих загрязнений и воды из полости трубопровода при его строительстве.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки полости трубопровода с наружным изоляционным покрытием путем запуска в трубопровод очистного поршня с последующей закачкой сжатого в компрессоре воздуха. Поскольку закачка в трубопровод сжатого воздуха производится с использованием высокопроизводительных многоступенчатых осевых компрессоров, сжатый воздух имеет сравнительно высокую температуру, превышающую в несколько раз предельно допустимую для полимерных материалов, применяемых в наружном изоляционном покрытии трубопроводов. Так, например, при использовании компрессорной установки ТКА-80/0.5 при давлении нагнетания Рн 0.45 МПа температура сжатого воздуха на выходе из компрессора достигает величины Тн 473 К ( + 200° С) и более, з то же время .ак применяемые для изоляционного покрытия полимг-рь ые материалы теряют свою термостойкость и теплостойкость уже при возгейстЕии температуры 383 К (+ 110° С). Следовательно, основной

недостаток известного способа очистки полости ,ровода заключается в повреждении ,:го изоляционного покрытия от температурного воздвиг, шия, что влечет за

собой необходимость использования дорогостоящих .мероприятий по предотвращению указанного повреждения.

Целью изобретения является уменьшение повреждения изоляционного покрытия

трубопровода от температурного воздействия.

Согласно предлагаемому способу очистки полости трубопровода с наружным изоляционным покрытием путем запуска в

трубопровод очистного поршня с последующей закачкий сжатого в компрессоре воздуха, одновременно с закачкой сжатого воздуха з трубопровод впрыскивают воду в количестве, не превышающем величину, соответстьующую насыщению закачиваемого сжатого воздуха парами воды, причем впрыск воды осуществляют до тех пор, пока поршень не пройдет участок трубопровода, длина которого определяется из соотноше...., ,,, Ро

ния

-ш-й.

0

5

0

0

где L - длина-трубопровода;

Ро - атмосферное давление;

Рн- давление нагнетания компрессора, после чего продолжают закачку только сжатого воздуха вплоть до выхода поршня из трубопровода.

На чертеже изображена принципиальная схема очистки полости трубопровода.

Очищаемый трубопровод 1 с наружным изоляционным покрытием 2 содержит инвентарную камеру 3 с откидным затвором 4, очистной поршень 5 и компрессорную установку 6 с подводящим шлейфом 7, соединяющим ее с инвентарной камерой 3. В последней установлен блок форсунок 8, сообщенный через запорный клапан 9 с источником воды высокого давления (не показан). На длине трубопровода, равной I, размещен 5 сигнализатор 10 (гидравлический или механический), соединенный через усилительно- преобразовательное устройство 11 с запорным клапаном 9. Сигнализатор 10 служит для контроля прохождения поршнем 5 участка трубопровода длиной I.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Для очистки полости трубопровода 1 от воды и увлажненных нёслежасшихся сыпучих загрязнений, оставшихся з трубопроводе после строительства и испытания, ззкрыгитст откидной затвор.-1, запускают в трубопрсгод 1 очистной поршень 5 и закачивают сжатий воздух от компрессорной устаноаки 6 через шлейф 7 в инвентарную камеру 3 (под очистной поршень 5). Одновременно открывают запорный клапан 9, вследствие чего вода под давлением подается а блок форсунок 8, с помощью которых она спрыскивается а инвентарную камеру 3. Соприкасаясь с сжатым воздухом, имеющим более высокую температуру, эта вода испаряется, отнимая тепло от воздуха и од- нрвременно насыщая еголаодяными парами (воздух становится влажным).

Поскольку расход и температура сжатого воздуха, определяющая температуру точки росы, известны, из термодинамических таблиц можно определить массовую долю воды в воздухе, соответствующую температуре точки росы, а затем - максимально допустимый (предельный) массовый расход воды тводтах через форсунки 8.

В результате впрыска и испарения воды в количестве не превышающем величину гпводтах температура сжатого воздуха существенно понижается по сравнению с температурой на выходе из компрессорной установки 6. Ввиду того, что между температурой сжатого воздуха и температурой стен- ки трубопровода 1 (изоляционного покрытия 2) существует однозначная связь, впрыск воды при прочих равных условиях приводит к понижению температуры стенки, а следовательно, и изоляционного покрытия 2 трубопровода 1. Соответственно уменьшается протяженность начального участка трубопровода 1, на котором температура стенки, а следовательно, и изоляционного покрытия 2 Тст равна или превышает предельно допустимую температуру для данного изоляционного покрытия Тстпр(Тст Тстпр). Непрерывный впрыск воды осуществляют до тех пор, пока поршень 5 не пройдет участок трубопровода 1 длиной I. где установлен сигнализатор 10. При прохождении поршня 5сигнализатор 10 вырабатывает сигнал, например электрический, который после усиления и преобразования в устройстве 11 подается на исполнительный механизм запорного клапана 9, например электромагнит, под действием которого запорный клапан 9 закрывается, перекрывая подачу воды к блоку форсунок 8. После закрытия клапана 9 вплоть до выхода поршня 5 из трубопровода 1 избыточное давление под поршнем 5 поддерживается только за счет закачки сжатого гоздухз от компрессорной установки 6 в инвентарную камеру 3.

Длина учаглкг трубопровода I, на которой устанавливается сигнализатор 10, определяется из услсвпэ полного удаления via трубопровода 1 влажного воздуха после выхода из него поршня 5 в результате изотермического расширения объема воздуха, закачанного в трубопровод 1 при закрытом запорном клапане 9, т.е. после прекращения впрыска воды. Из уравнения изотермического процесса расширения указанного объема воздуха от давления нагнетания компрессора Рн до атмосферного давления Ро имеем

PoL-PH(L-l),

р

откуда I Ц1 - -р).

гн

Вследствие кратковременности закачки неохлажденного сжатого воздуха (без впрыска воды) протяженность начального участка трубопровода 1, на котором происходит повреждение изоляционного покрытия 2,

значительно меньше, чем при закачке под поршень сжатого воздуха без его охлаждения, как в известном способе.

Пример. Определяют протяженность начального участка трубопровода диаметром 1420 мм, подверженного нагреву до температуры ТСт ТСтпр. Закачка воздуха под очистной поршень осуществляется посредством высокопроизводительной мобильной компрессорной установки на базе

авиационных двигателей ТКА-80/0,5, имеющей производительность по воздуху тв 60 кг/с при давлении нагнетания Рн 0,45 МПа, которой соответствует степень сжатия воздуха Пк 4,5. При нормальной температуре наружного воздуха То 293 К и указанной степени сжатия воздуха в компрессоре температура сжатого воздуха составляет Тн 503 К( + 230°С). Из термодинамических таблиц следует, что при впрыске воды этим условиям соответствует температура точки росы Трс 343 К (+ 70° С) при равновесном массовом влагосодержа- нии (насыщении) Хн 0,0073.

Примем, что после впрыска воды температура влажного воздуха Твв 353 К( + 80° С). Тепло QB, отбираемое от сжатого воздуха в результате испарения воды, определяется как

50

QB твСрвЛ к - Твв) 9180 кВт,

где Ср8 1,02 кДж/кг-К - средняя изобарная теплоемкость воздуха в данном интервале температур.

Тепло, отбираемое от сжатого воздуха одним кг впрыскиваемой воды, вычисляется как

Овод Среол(Тво -Твоя) + г 2602 кВт-с/кг,

где СРВОА - 4,2 кДж/кг-К - средняя изобарная теплоемкость воды;

Твод 283 К - темпера тура впрыскиваемой воды;

г - 2308 кДж/кг - теплота парообразования воды при температуре Твв.

Тогда массовый расход впрыскиваемой воды найдем по формуле

3,53 кг/с.

ГПвод :

QB

Q

вод

Ввиду того, что массовое влагосодержа- ние воздуха

0.059

ГПв

меньше равновесного (насыщенного) значения Хн 0,073, впрыскиваемая в сжатый воздух вода полностью испаряется, т.е. переходит в парообразное состояние.

Температура стенки трубы в начальном сечении определяется с помощью графита изменения общего теплового потока робщ в начальном сечении трубопровода при Тн 473 К и температуре грунта ТГр 272 К. При продолжительности закачки сжатого воздуха под поршень т 20 мин имеем Робщ 5 квт/м .

Общий тепловой поток при температуре влажного воздуха ТВв 353 К можно пересчитать по формуле

робщ

Твв-Т,

Тн-Т,

IP-«2 квт/м2.

гр

Тогда температура стенки трубы в начальном сечении Тст1 определяется как

343К,

где а - 200 Вт/м2 К - коэффициент теплоотдачи от сжатого воздуха к стенке трубы, вычисленный с помощью графика робщ ° f( т) (там же).

Вследствие конденсации водяного пара при понижении температуры влажного воздуха Твв по длине трубопровода, сопровождающейся выделением тепла, вычисленную выше температуру стенки трубы можно считать постоянной на достаточно большой длине трубопровода.

Продолжительность очистки трубопровода (время прохождения поршнем всего трубопровода) е зависимости от его протяженности, диаметра, условий строитвльсгоа и некоторых других факторов обычно не превышает v г,ол 30-40 мин (тем же). Тогда при постоянной скорости поршня время закачки сжатого воздуха г ззк после прекрощения

впрыска воды пропорционально отноше- I | р

нию . При г пол 0 мин

IГН

р

Т эак f пол тг 9 МИН. гн

Используя график изменения средней температуры стенки по длине труиопросо- да в зависимости от времени закачки сжатого воздуха (там же) г За« при температурах Тн 473 К и ТГр 272 К, для Гзак 9 мин, найдем Тст 413 К (+140° С). В этом случае коэффициент востановления температуры К будет

Тгт - и

ICT

IE

Тн-Т,

Ф

«0,7

После прекращения впрыска воды температура стенки начального участка трубопровода вследствие закачки воздуха при К повышается до величины, определяемой из соотношения

25

Тот - Тст1 + К(Т„ - Тст1) - 455 К.

Ввиду того, что теплостойкость изоляционного покрытия, характеризующая сохранение его механических свойств, нарушается приТстпр 383 К(+110° С), с помощью графика

Тст f(l-) (там же) для ТСта 383 К будем иметь 1пв 150 м, где пв - длина участка трубопровода, на котором происходит повреждение изоляционного покрытия.

При использовании предлагаемого способа изоляционное покрытие повреждается на участке трубопровода длиной 150 м.

Приняв скорость поршня в предлагаемом и известном способах одинаковой, полное время закачки сжатого воздуха пол при

известном способе очистки полости трубопровода рассчитывается с помощью очевидного равенства (г Зак - 9 мин)

45

Гпол-Гзак -40,5 МИН.

Тогда из известных графиков (там же) при Тн 473 К для Тсгпр - 383 К имеем U - 425 м.

При Т 503 К (+230° С) эта длина составит приблизительно 460 м.

Следовательно, при использовании предлагаемого способа при прочих равных условиях изоляционное покрытие участка трубопровода повреждается на длине в три раза меньшей, чем при использовании известного способа.

Длина участка трубопровода I. на которой установлен сигнализатор 10,в рассматривземом примерз составит I 0.78L Приняв L 50км, будем имзть I - 38,9 км.

Поскольку стоимость дорогостоящих мероприятий по защите изоляционного покрытия оттемперэтурного воздействия в ос- новмом определяется длиной участка трубопровода 1пв, имеющего нагрев выше или равный предельно допустимой температуре изоляционного покрытия, уменьшение указанной длины при использовании предлагаемого способа позволяет получить значительный экономический эффект.

Таким образом, предлагаемый способ создает новый технический эффект и может найти применение при строительстве маги- стральных трубопроводов.

Формула изобретения

Способ очистки полости трубопровода с наружным изоляционным покрытием путем запуска в трубопровод очистного поршня с

последующей закачкой сжатого в компрессоре воздуха, отличающийся тем, что, с целью уменьшения повреждения изоляционного покрытия от температурного воздействия, одновременно с закачкой сжатого воздуха в трубопровод впрыскивают воду в количестве, не превышающем величину, соответствующую насыщению закачиваемого сжатого воздуха парами воды, причем впрыск воды осуществляют до тех пор, пока поршень не пройдет участок трубопровода, длина I которого определяется из соотношения

I - Ц1 - Ро/Рн), где L - длина трубопровода;

Ро - атмосферное давление;

Рн -давление нагнетания компрессора, после чего продолжают закачку только сжатого воздуха вплоть до выхода поршня из трубопровода.

Изобретение позволяет уменьшить повреждение наружного изоляционного покрытия от температурного воздействия при очистке его полости на стадии строительства. При очистке трубопровода закрывают откидной затвор 4, запускают очистной поршень 5 и подают сжатый воздух от компрессорной установки 6 через шлейф 7 в инвентарную камеру 3. Одновременно открывают запорный клапан 9, вследствие чего вода под давлением подается в блок форсунок 8, с помощью которых она впрыскивается в инвентарную камеру 3. Соприкасаясь с сжатым воздухом, имеющим более высокую температуру, эта вода испаряется, отнимая тепло от воздуха, температура которого, а следовательно, и температура изоляционного покрытия 2, понижается. Впрыск воды осуществляется до тех пор, пока поршень 5 не пройдет длину участка трубопровода I, на которой установлен сигнализатор 10, вырабатывающий электрический сигнал. После усиления и преобразования в устройстве 11 этот сигнал подается на исполнительный механизм запорного клапана 9, который перекрывает подачу воды к блоку форсунок 8. После закрытия клапана 9, вплоть до выхода поршня 5 из трубопровода 1, в инвентарную камеру 3 закачивается только сжатый воздух. Расстояние от начала трубопровода 1 до сечения, в котором установлен сигнализатор 10, вычисляется по формуле. В результате длина участка трубопровода, на котором происходит повреждение изоляционного покрытия от температурного воздействия, значительно уменьшается. 1 ил. L | J ел С vi о 4 оэ О ел :.--; /.....-V .-.,.