Аварийный отсекатель трубопроводов

 

Использование: в системах аварийной отсечки трубопроводов в нефтегазовой и химической отраслях промышленности и атомной энергетике. Сущность изобретения: аварийный отсекатель трубопроводов содержит соединенный с трубопроводом полый корпус. В корпусе установлен коаксиально с образованием кольцевого канала обтекатель с жестким основанием. На основании закреплен запорный орган в виде наружной расширяющейся оболочки, сообщенной с источником управляющего давления. Оболочка выполнена из пластичного металла с относительным удлинением при разрыве не менее 50%. Отношение внутреннего диаметра корпуса к наружному диаметру оболочки составляет не менее 1,25, а отношение длины деформируемой части оболочки к ее диаметру - не менее 1,5. Оболочка выполнена с плавными утолщениями в местах ее соединения с жестким основанием. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к трубопроводному арматуростроению, а именно к аварийным отсекателям трубопроводов с высокими параметрами рабочей среды (высокое давление, температура и агрессивность). Изобретение может быть использовано в системах аварийной отсечки трубопроводов и нефтегазовой и химической промышленности, а также в энергетике.

Известны отсекатели-пробки, расширяющиеся при взрыве специального заряда взрывчатого вещества (ВВ) [1] Пробка в виде отрезка механически прочной (металлической) трубы с закрытыми торцами, содержащем внутри заряд взрывчатого вещества, вводится внутрь подлежащего перекрытию трубопровода. После подрыва заряда ВВ пробка необратимо (пластически) расширяется в радиальном направлении до упора в стенки трубопровода, перекрывая его.

Расширяющаяся пробка не может быть установлена в отсекаемый трубопровод заблаговременно, так как резко сужает его проходное сечение. Так, например, если радиальное расширение пробки принять равным 15% то отношение наружного диаметра пробки к внутреннему диаметру трубопровода составит 0,87, то есть пробка занимает около 76% площади проходного сечения трубопровода, что в большинстве случаев недопустимо. Кроме того, длительное нахождение (годами) пробки с зарядом ВВ внутри трубопровода при высоких температурах рабочей среды (например, свыше 100^oС) невозможно вследствие недостаточной химической и термической стойкости промышленных ВВ [2] Наконец, при быстром деформировании пробки подрывом внутри ее заряда ВВ, она должна расширяться очень быстро, что требует такого же быстрого истечения рабочей среды трубопровода из кольцевого зазора между стенками расширяющейся оболочки и трубопровода. В случае заполнения трубопровода жидкостью в этом зазоре во время перекрытия возникают большие давления, которые могут вызывать деформацию и разрыв трубопровода. Для предотвращения этого на трубопровод в зоне расположения пробки плотно надевается прочное кольцо [1] что возможно только при наличии свободного конца трубопровода или при выполнении кольца разъемным. Все это сильно ограничивает область применения расширяющейся пробки.

Наиболее близким по технической сущности является известное запорное устройство [2] содержащее установленный в местное расширение трубопровода (корпус) обтекаемый запорный орган, выполненный в виде камеры, сообщающейся с источником управляющего давления. Камера образована наружной расширяющейся эластичной оболочкой, закрепленной на внутреннем жестком основании. Запорный орган установлен соосно корпусу и образует с ним примерно равнопроходный трубопроводу кольцевой канал. При подаче управляющего давления внутрь камеры эластичная оболочка постепенно расширяется до упора во внутреннюю поверхность корпуса, перекрывая кольцевой канал. При стравливании управляющего давления эластичная оболочка сжимается, открывая канал вновь.

Данное устройство имеет простую конструкцию, малую массу и габариты, малое гидравлическое сопротивление и не имеет передвигаемых элементов и подвижных уплотнений.

Однако вследствие того, что в качестве материала эластичной оболочки применяется резина или резиноподобные пластмассы, иногда армированные прочным кордом, это устройство обладает следующими недостатками: низкие пределы температуры и давления рабочей среды из-за невысокой термостойкости и прочности материала эластичной оболочки; малая долговечность из-за старения резины и пластмасс; ограниченная стойкость в среде нефти и нефтепродуктов и в других агрессивных средах; самопроизвольное открытие трубопровода при несанкционированном снятии управляющего давления.

Данное изобретение направлено на решение технической задачи повышения предельных значений параметров рабочей среды отсекателя (температура, давление, агрессивность) и увеличения его долговечности и надежности, необходимых для аварийных отсекателей, работающих однократно в режиме ожидания.

Для достижения технического результата в аварийном отсекателе трубопровода, содержащем соединенный с трубопроводом полый корпус, в котором коаксиально установлен с образованием с корпусом равнопроходного трубопроводу кольцевого канала обтекатель с герметично закрепленным на его жестком основании запорным органом, выполненным в виде наружной расширяющейся оболочки, образующей камеру, сообщенную с источником управляющего давления, согласно изобретению, оболочка выполнена из пластичного металла с относительным удлинением при разрыве в рабочем интервале температур не менее 50% при этом отношение внутреннего диаметра корпуса к наружному диаметру оболочки составляет не менее 1,25, а отношение длины деформируемой части оболочки к ее диаметру не менее 1,5.

Для снижения концентрации напряжений и деформаций в расширяющейся оболочке при ее деформировании в местах прикрепления оболочки к жесткому основанию оболочка может быть выполнена с плавными утолщениями в этих местах.

Осуществление изобретения позволит получить следующий технический результат: поднять верхние пределы параметров рабочей среды отсекателя (температура, давление) до уровня, определяемого свойствами нержавеющих сталей; увеличить долговечность отсекателя практически неограниченно в среде нефти и нефтепродуктов, в горячей воде и в других агрессивных средах; предотвратить возможность самопроизвольного открытия трубопровода при несанкционированном снятии управляющего давления.

Разрез аварийного отсекателя приведен на чертеже.

Аварийный отсекатель трубопроводов содержит корпус 1 с элементами для присоединения ветвей трубопровода (например, патрубки под приварку), обтекатель 2, установленный внутри корпуса на пилонах 3, штуцер 4 подключения источника управляющего давления и трубопровод 5, соединяющий штуцер с камерой запорного органа. Диаметры кольцевого проходного сечения отсекателя удовлетворяют условию равнопроходности. Запорный орган выполнен в виде расширяющейся металлической оболочки 6, закрепленной герметично на внутреннем жестком основании 7 (например при помощи сварки). Расширяющаяся оболочка выполнена с плавными утолщениями в местах соединения ее с жестким основанием. Форма оболочки после ее расширения и перекрытия канал показана штриховыми линиями 8.

Толщина расширяющейся оболочки выбирается из условий, чтобы управляющее давление, необходимое для раздувания оболочки до положения полного перекрытия проходного сечения отсекателя, было больше предельного рабочего давления в 3-5 раз. В этом случае наличие давления в трубопроводе будет мало влиять на процесс перекрытия канала и после сброса управляющего давления из камеры расширяющаяся оболочка не будет деформироваться в обратную сторону и трубопровод останется перекрытым.

Отсекатель устанавливается заблаговременно в подлежащий перекрытию в случае аварии трубопровод и срабатывает однократно при подаче управляющего давления от источника (например порохового газогенератора).

Формула изобретения

1. Аварийный отсекатель трубопроводов, содержащий соединенный с трубопроводом полый корпус, в котором коаксиально установлен с образованием с корпусом равнопроходного трубопроводу кольцевого канала обтекатель с герметично закрепленным на его жестком основании запорным органом, выполненным в виде наружной расширяющейся оболочки, образующей камеру, сообщенную с источником управляющего давления, отличающийся тем, что оболочка выполнена из пластичного металла с относительным удлинением при разрыве в рабочем интервале температур не менее 50% при этом отношение внутреннего диаметра корпуса к наружному диаметру оболочки составляет не менее 1,25, а отношение длины деформируемой части оболочки к ее диаметру не менее 1,5.

2. Отсекатель по п.1, отличающийся тем, что оболочка выполнена с плавными утолщениями в местах ее соединения с жестким основанием.

РИСУНКИ

Рисунок 1