Способ взрывобезопасной очистки трубопроводов, содержащих следы углеводородов, и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области машиностроения, может быть использовано в строительстве и ремонте магистральных трубопроводов и обеспечивает повышение удельной мощности и удельной топливной экономичности, увеличение мощности привода устройства за счет использования обогащенного кислородом воздуха, а также повышение взрывобезопасности очистки трубопроводов. Это достигается за счет того, что газовая смесь, подаваемая в полость трубопровода, имеет концентрацию кислорода ниже взрывоопасной. Способ взрывобезопасной очистки трубопроводов, содержащих следы углеводородов, заключается в перемещении очистного устройства внутри полости трубопровода сжатым атмосферным воздухом от компрессора, по которому подаваемый в трубопровод воздух предварительно под давлением пропускают через газоразделительную станцию, которая отфильтровывает кислород, а обедненный кислородом воздух, концентрация кислорода в котором уменьшена до уровня, обеспечивающего взрывобезопасность в смеси с парами легких углеводородов, пропускают в трубопровод или обогащенный кислородом воздух возвращают на вход приема воздуха двигателя внутреннего сгорания. В устройстве в качестве двигателя применен двигатель внутреннего сгорания, на входе приема воздуха которого размещен первый воздушный фильтр, а компрессор, на входе приема воздуха которого размещен второй воздушный фильтр, последовательно связан с газоразделительной станцией, включающей блок подготовки воздуха, содержащий маслоотделители, влагоотделители, фильтры тонкой очистки, осушители и газоразделительный блок. Выход станции содержит две ветви, при этом первая ветвь через газоанализатор и через первую запорно-регулирующую арматуру соединена со входом компрессора, а вторая ветвь через вторую запорно-регулирующую арматуру соединена с трубопроводом через приемный патрубок камеры приема-запуска очистных устройств. Газоразделительная станция может содержать другой выход обогащенного кислородом воздуха, который соединен с входом двигателя внутреннего сгорания через третью запорно-регулирующую арматуру. Газоразделительный блок газоразделительной станции может содержать мембраны. Выход двигателя внутреннего сгорания может быть соединен со вторым воздушным фильтром на входе приема воздуха компрессора через фильтр грубой очистки, а двигатель внутреннего сгорания может быть снабжен съемным теплозащитным кожухом, при этом компрессор может быть выполнен винтовым. 2 н. и 7 з.п.ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в строительстве и ремонте магистральных трубопроводов.

Известны способ и устройство получения компримированного инертного газа с регулируемыми давлением и расходом (патент РФ №2276619, B01J 7/00, F01N 3/10, 20.05.2006). Способ, включающий использование двигателя внутреннего сгорания как источника рабочего тела - выхлопного газа и энергии для обеспечения способа, связывание свободного кислорода в выхлопном газе путем сжигания в нем топлива, компримирование полученного в результате этого инертного газа с предварительной его очисткой и охлаждением, по которому сначала часть процесса компримирования выполняют непосредственно двигателем внутреннего сгорания и регулируют степень компримирования путем задания степени расширения выхлопного газа в нем воздействием на величину давления подпора выхлопа двигателя внутреннего сгорания, а остальную часть процесса компримирования выполняют компрессором. Устройство для получения компримированного инертного газа с регулируемыми давлением и расходом, содержащее двигатель внутреннего сгорания с приводом, системы подачи воздуха, топлива, выхлопа газа двигателя внутреннего сгорания и пульт управления, компрессор объемного типа, сообщенный с системой выхлопа и приводимый в движение приводом, а также камеру сгорания, фильтр, газовоздушный теплообменник с вентилятором, работающим от привода, скруббер, установленные и последовательно сообщенные друг с другом в магистрали, сообщающей компрессор с системой выхлопа газа, включает оребренную трубу, сообщающую камеру сгорания с фильтром, система выхлопа газа включает регулируемый клапан для сброса выхлопного газа в атмосферу, выход компрессора сообщен с входом байпасной линией, включающей регулятор расхода, а привод выполнен с возможностью регулирования частоты вращения.

Недостатком аналога является повышенная взрывоопасность.

Известен также генератор компримированного инертного газа (патент РФ №2256494, B01J 7/00, 20.07.2005), содержащий двигатель внутреннего сгорания, выходной ведущий вал, системы подачи воздуха и топлива и выхлопа отработавших газов двигателя, систему управления, компрессор, сообщенный с системой выхлопа и приводимый в движение ведущим валом, а также сепаратор, каталитический конвертор, газовоздушный теплообменник с приводом вентилятора от ведущего вала, скруббер, установленные и последовательно сообщенные друг с другом в магистрали, сообщающей компрессор с системой выхлопа, в котором система выхлопа включает нормально закрытый клапан сброса отработавших газов в атмосферу, а система подачи воздуха сообщена магистралью, которая включает регулирующую заслонку, с выходным коллектором скруббера.

Недостатками аналога являются ограниченные функциональные возможности.

Известна установка для очистки полости трубопроводов (патент РФ №2297887, B08B 9/032, 27.04.2007), содержащая авиационный газотурбинный двигатель с введенными за его компрессором патрубками отбора воздуха, сообщенными с коллектором сбора воздуха, к выходу которого через первую запорно-регулирующую арматуру подключено устройство для впрыска воды в воздух с рукавом, а выход устройства для впрыска воды в воздух сообщен через гибкий металлорукав с обратным клапаном, перед которым установлен измеритель температуры паровоздушной смеси, при этом за обратным клапаном через боковой отвод присоединена вторая запорно-регулирующая арматура с патрубком сброса паровоздушной смеси, причем за обратным клапаном также установлена третья запорно-регулирующая арматура, выход которой сообщен с трубопроводом, измеритель давления паровоздушной смеси, установленный на трубопроводе, в полости которого расположены очистные устройства, при этом патрубки отбора воздуха сообщены с коллектором сбора воздуха через гибкие металлорукава, компенсирующие линейные и угловые перемещения коллектора сбора воздуха относительно патрубков отбора воздуха, полость вторичного воздуха камеры сгорания непосредственно за компрессором авиационного газотурбинного двигателя сообщена с выходом коллектора сбора воздуха магистралью, включающей узел замера расхода воздуха, а рукав устройства впрыска воды в воздух сообщен с источником подачи воды через обогреваемый теплозащищенный узел переключения потока, включающий магистраль с основным нормально открытым краном, сообщающую рукав устройства впрыска воды в воздух с источником подачи воды, два отвода с нормально закрытыми кранами, сообщающие магистраль с патрубком сброса воды: первый - по направлению потока воды до основного крана, второй - после основного крана, два электромеханических привода: первый - для поворота кранов основного и первого отвода, второй - для поворота крана второго отвода.

Недостатком аналога является повышенная взрывоопасность.

Известен способ взрывобезопасной очистки сжатым воздухом трубопроводов, содержащих следы углеводородов (патент РФ №2245199, B08B 5/02, B08B 9/055, 27.01.2005), включающий механическое воздействие на очищаемую поверхность очистным устройством с последующей промывкой пенообразующим веществом, по которому пропуск очистного устройства осуществляют вначале на заданное расстояние путем подачи порции инертного газа в смеси с пенообразующим веществом, затем потока сжатого воздуха, причем поток разбивают по ходу на равные по длине участки разделителями, которые создают путем подачи в полость трубопровода порций инертного газа в смеси с пенообразующим веществом, а после выхода очистного устройства из трубопровода посредством подачи порций инертного газа, при этом дистанцию между разделителями устанавливают по величине меньше преддетонационного расстояния.

Недостатком аналога является повышенная взрывоопасность.

Известны способ и устройство очистки полости магистрального трубопровода (патент РФ №2229350, B08B 5/02, 27.05.2004). Способ, заключающийся во введении в полость магистрального трубопровода очистного устройства, подаче паровоздушной смеси с температурой t_с, полученной путем впрыска воды в сжатый воздух с температурой t_в и давлением P_с, посредством которой приводят в движение очистное устройство, по которому измеряют расход сжатого воздуха, определяют расход воды, необходимый для получения сжатого воздуха со 100% относительной влажностью на входе в магистральный трубопровод, впрыскивают ее в сжатый воздух с температурой t_в=(300-380)°C и давлением P_c=(0,8-1,3) МПа, охлаждают его, дальнейшее охлаждение паровоздушной смеси до температуры t_с=(80-90)°С осуществляют в рекуперативном теплообменнике. Устройство для очистки полости магистрального трубопровода, содержащее газотурбинный двигатель, патрубки отбора сжатого воздуха за компрессором газотурбинного двигателя, коллектор сбора сжатого воздуха, измерители температуры и давления паровоздушной смеси, первую, вторую, третью запорно-регулирующие арматуры, устройство для впрыска воды в сжатый воздух, трубопровод с очистными устройствами, при этом устройство имеет фильтр забора воды, связанный, во-первых, с насосом низкого давления, который через четвертую запорно-регулирующую арматуру подсоединен к рекуперативному теплообменнику, во-вторых, с насосом высокого давления, который через пятую запорно-регулирующую арматуру подсоединен к расходомеру воды и далее к устройству для впрыска воды в сжатый воздух, при этом на выходе из коллектора сбора воздуха установлены расходомер сжатого воздуха, а также измерители температуры и давления сжатого воздуха.

Недостатком аналога является повышенная взрывоопасность.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому являются способ и установка для очистки полости трубопроводов (патент РФ №2149069, B08B 9/04, B08B 9/053, B08B 5/00, 20.05.2000). Способ заключается в механическом воздействии на очищаемую поверхность, по которому сначала в полость трубопроводов вводят очистные устройства, затем подают паровоздушную смесь с температурой 60-80°C, полученную путем впрыска воды в сжатый воздух с температурой 300-360°C и давлением 1,0-1,2 МПа, посредством которой приводят в движение очистные устройства. Установка для очистки полости трубопроводов, содержащая авиационный газотурбинный двигатель, имеет введенные за компрессором авиационного газотурбинного двигателя патрубки отбора воздуха, связанные с коллектором сбора воздуха, к которому через первую запорно-регулирующую арматуру подключено устройство для впрыска воды в воздух с рукавом, а выход устройства для впрыска воды в воздух связан через гибкий металлорукав с обратным клапаном, перед которым установлен измеритель температуры паровоздушной смеси, при этом за обратным клапаном через боковой отвод присоединена вторая запорно-регулирующая арматура с патрубком сброса паровоздушной смеси, причем за обратным клапаном также установлена третья запорно-регулирующая арматура, выход которой соединен с трубопроводом, измеритель давления паровоздушной смеси установлен на трубопроводе, в полости которого расположены очистные устройства.

Недостатком ближайшего аналога является повышенная взрывоопасность.

Задачей изобретения является повышение взрывобезопасности за счет фильтрации кислорода из воздуха через мембранные фильтры газоразделительной станции.

Техническим результатом изобретения является повышение удельной мощности и удельной топливной экономичности, увеличение мощности привода устройства для взрывобезопасной очистки трубопровода, за счет использования обогащенного кислородом воздуха, а также повышение взрывобезопасности способа очистки трубопроводов за счет того, что газовая смесь, подаваемая в полость трубопровода, имеет концентрацию кислорода ниже взрывоопасной.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе взрывобезопасной очистки трубопроводов, содержащих следы углеводородов, заключающемся в перемещении очистного устройства внутри полости трубопровода сжатым атмосферным воздухом от компрессора, согласно изобретению, подаваемый в трубопровод воздух предварительно под давлением пропускают через газоразделительную станцию, которая отфильтровывает кислород, а обедненный кислородом воздух, концентрация кислорода в которой уменьшена до уровня, обеспечивающего взрывобезопасность, в смеси с парами легких углеводородов, пропускают в трубопровод.

Кроме того, согласно изобретению, обогащенный кислородом воздух могут возвращать на вход приема воздуха двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача также решается, а технический результат достигается тем, что в устройстве для взрывобезопасной очистки трубопроводов, содержащих следы углеводородов, включающем соединенные между собой двигатель и компрессор, первую запорно-регулирующую арматуру, вторую запорно-регулирующую арматуру, соединенную выходом с трубопроводом, на котором установлен измеритель давления, а в полости которого расположены очистные устройства, и третью запорно-регулирующую арматуру, согласно изобретению, в качестве двигателя применен двигатель внутреннего сгорания, на входе приема воздуха которого размещен первый воздушный фильтр, а компрессор, на входе приема воздуха которого размещен второй воздушный фильтр, последовательно связан с газоразделительной станцией, включающей блок подготовки воздуха, маслоотделители, влагоотделители, фильтры тонкой очистки, осушители, газоразделительный блок, и имеющей два выхода, один из которых содержит две ветви, при этом первая ветвь через газоанализатор и через первую запорно-регулирующую арматуру соединена со входом компрессора, а вторая ветвь через вторую запорно-регулирующую арматуру соединена с трубопроводом.

Кроме того, в устройстве для взрывобезопасной очистки трубопроводов, согласно изобретению, газоразделительная станция может содержать другой выход обогащенного кислородом воздуха, который соединен со входом двигателя внутреннего сгорания через третью запорно-регулирующую арматуру.

Кроме того, в устройстве для взрывобезопасной очистки трубопроводов, согласно изобретению, вторая ветвь выхода газоразделительной станции через вторую запорно-регулирующую арматуру может быть соединена с трубопроводом через приемный патрубок камеры приема-запуска очистных устройств.

Кроме того, в устройстве для взрывобезопасной очистки трубопроводов, согласно изобретению, газоразделительный блок газоразделительной станции может содержать мембраны.

Кроме того, в устройстве для взрывобезопасной очистки трубопроводов, согласно изобретению, выход двигателя внутреннего сгорания может быть соединен со входом компрессора через фильтр грубой очистки.

Кроме того, в устройстве для взрывобезопасной очистки трубопроводов, согласно изобретению, двигатель внутреннего сгорания может быть снабжен съемным теплозащитным кожухом.

Кроме того, в устройстве для взрывобезопасной очистки трубопроводов, согласно изобретению, компрессор может быть выполнен винтовым.

Существо изобретения поясняется чертежом. На фиг.1 изображена схема устройства.

Устройство для взрывобезопасной очистки трубопроводов, содержащих следы углеводородов, содержит первый воздушный фильтр 1, размещенный на входе приема воздуха (на чертеже не показан) двигателя внутреннего сгорания 2, второй воздушный фильтр 3, размещенный, на входе приема воздуха компрессора 4, азотную газоразделительную станцию 5. Первый воздушный фильтр 1 предназначен для предварительной очистки от пыли воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания. Второй воздушный фильтр 3 предназначен для предварительной очистки от пыли воздуха, поступающего в компрессор. Двигатель внутреннего сгорания 2 предназначен для создания крутящего момента для привода компрессора 4.

Азотная газоразделительная станция 5 содержит блок подготовки воздуха 6, включающий в себя блок подогрева-охлаждения воздуха, маслоотделители, влагоотделители, фильтры тонкой очистки, осушители (на чертеже не показаны) и газоразделительный блок 7. Компрессор 4 предназначен для сжатия атмосферного воздуха с целью создания давления в газоразделительных мембранах газоразделительного блока 7 для обеспечения процесса разделения воздуха. Компрессор 4 предпочтительно выполнен винтовым. Блок подготовки воздуха 6 предназначен для поддержания температуры поступающего сжатого воздуха в заданных пределах, необходимых для оптимального процесса газоразделения, а также для очистки воздуха от примесей масла, капельной влаги и пыли. Двигатель внутреннего сгорания 2, (винтовой) компрессор 4, азотная газоразделительная станция 5 и газоанализатор 8 соединены последовательно. Азотная газоразделительная станция 5 имеет два выхода, один из которых содержит две ветви. Первая ветвь 9 через первую запорную арматуру 10 соединена со входом компрессора 4 и предназначена для подачи обедненного кислородом воздуха на вход компрессора 4 в режиме пуска. Вторая ветвь 11 через вторую запорную арматуру 12 соединена с приемным патрубком 13 камеры приема-запуска очистных устройств 14 и предназначена для обеспечения движения очистных устройств 15 в трубопроводе 16, содержащем следы углеводородов. Другой выход азотной газоразделительной станции 5 снабжен ветвью выхода обогащенной кислородом смеси 17 и выходом обедненной кислородом смеси, на котором установлен газоанализатор 8. Ветвь выхода обогащенной кислородом смеси 17 азотной газоразделительной станции 5 через третью запорную арматуру 18 соединена со входом приема воздуха (воздушным патрубком) двигателя внутреннего сгорания 2.

Для контроля очистных устройств 15 в трубопроводе 16 установлен измеритель давления 19.

Газоразделительный блок 7 газоразделительной станции 5 может быть выполнен мембранного типа. На фиг.1 приведены три мембраны, обеспечивающие достаточную производительность газоразделительной станции.

Двигатель внутреннего сгорания 2 может быть соединен со вторым воздушным фильтром 3 на входе приема воздуха компрессора 4 через фильтр очистки 20, предназначенный для очистки от сажи, копоти, кокса и механических примесей, образующихся в процессе сгорания топлива, и теплообменник 21, предназначенный для охлаждения выхлопного газа до температуры, допустимой на входе в компрессор 4.

Для работы при низких температурах двигатель внутреннего сгорания 2 оснащен защитным кожухом (на чертеже не показан).

Устройство для взрывобезопасной очистки трубопроводов, содержащих следы углеводородов, работает следующим образом.

После включения двигателя внутреннего сгорания 2 и выхода его на режим, от компрессора 4 включается подача сжатого воздуха на азотную газоразделительную станцию 5, в которой происходит разделение воздуха на обогащенную и обедненную кислородом смесь. Обогащенная кислородом смесь по ветви выхода обогащенной кислородом смеси 17 поступает на вход двигателя внутреннего сгорания, обеспечивая необходимую мощность. От момента включения обедненная кислородом смесь через открытую первую запорную арматуру 10 первой ветви 9 поступает на вход компрессора 4, обеспечивая необходимый процесс выхода на режим азотной газоразделительной станции 5. Вторая запорная арматура 12 второй ветви 11 закрыта.

При достижении необходимых значений концентрации кислорода в смеси равному 8-10% по сигналу от газоанализатора происходит закрытие первой запорной арматуры 10 первой ветви 9 и переключение подачи азотной смеси во вторую ветвь 11 путем открытия второй запорной арматуры 12. Обедненная кислородом смесь поступает н в приемный патрубок 13 камеры приема-запуска очистных устройств 14 с целью запуска очистных устройств 15 и последующего взрывобезопасного движения в трубопроводе 16, содержащим следы углеводородов. Процесс движения очистных устройств контролируется измерителем давления 19.

Соединение двигателя внутреннего сгорания 2 со вторым воздушным фильтром 3 на входе приема воздуха компрессора 4 через фильтр очистки 20 и теплообменник 21 даст возможность поступления еще более обедненной кислородом смеси.

Пример конкретной реализации способа.

Опытные испытания проводились на объекте - нефтепроводе УБКУА (Усть-Балык-Курган-Уфа-Альметьевск) протяженностью 180-224 км, Ду (диаметр трубопровода условный) - 1200 мм, (заказчик - Тобольское управление магистральных нефтепроводов, ОАО «Сибнефтепровод»).

Вид работ - вытеснение нефти из демонтируемого участка.

Очистные устройства внутри полости трубопровода перемещались сжатым атмосферным воздухом от компрессора со средней скоростью 1 км/час.

Подаваемый в трубопровод воздух предварительно под давлением пропускали через мембранные фильтры азотной газоразделительной станции, состоящие из множества каналов, стенки которых отфильтровывали кислород. Кислород возвращали на вход (входной патрубок) приема воздуха двигателя внутреннего сгорания, а обедненный кислородом воздух, концентрация кислорода в котором уменьшена до уровня, обеспечивающего взрывобезопасность в смеси с парами легких углеводородов, пропускали в трубопровод.

Ветвь соединения другого выхода азотной газоразделительной станции 5 с двигателем внутреннего сгорания 2 предназначена для обогащения кислородом воздуха на впуске в двигатель, и, как следствие, для увеличения скорости сгорания и подачи большего количества топлива по сравнению со стехиометрическим составом топливовоздушной смеси, обеспечивая повышение удельной мощности и удельной топливной экономичности. В дополнение к этому снижаются потери мощности при работе на больших высотах. Более полное сгорание снижает выбросы токсичных веществ и уменьшает длительность периода задержки воспламенения, что создает потенциальную возможность работы на низкосортных топливах.

Длина участка составила 44 км. Работы выполнены с использованием мобильного азотного комплекса МСА-38/20, состоящего из двух единиц винтовых компрессоров, соединенных с азотной газоразделительной станцией, производительностью обедненной кислородом смеси - 38 нм³/мин, концентрацией кислорода - 9,5%.

Объем вытесненной нефти составил 50000 м³.

Таким образом, в заявляемом способе взрывобезопасной очистки трубопроводов, содержащих следы углеводородов технический результат «повышение взрывобезопасности способа очистки трубопроводов», достигается за счет того, что газовая смесь, подаваемая в полость трубопровода, имеет концентрацию кислорода ниже взрывоопасной.

Кроме того, в устройстве для осуществления способа заявлен технический результат «увеличение мощности привода за счет использования обогащенного кислородом воздуха» на впуске в двигатель для увеличения скорости сгорания и подачи большего количества топлива по сравнению со стехиометрическим составом топливовоздушной смеси.

1. Способ взрывобезопасной очистки трубопроводов, содержащих следы углеводородов, заключающийся в перемещении очистного устройства внутри полости трубопровода сжатым атмосферным воздухом от компрессора, отличающийся тем, что подаваемый в трубопровод воздух предварительно под давлением пропускают через газоразделительную станцию, которая отфильтровывает кислород, а обедненный кислородом воздух, концентрация кислорода в котором уменьшена до уровня, обеспечивающего взрывобезопасность в смеси с парами легких углеводородов, пропускают в трубопровод.

2. Способ взрывобезопасной очистки трубопроводов, содержащих следы углеводородов, по п.1, отличающийся тем, что обогащенный кислородом воздух возвращают на вход приема воздуха двигателя внутреннего сгорания.

3. Устройство для взрывобезопасной очистки трубопроводов, содержащих следы углеводородов, включающее соединенные между собой двигатель и компрессор, первую запорно-регулирующую арматуру, вторую запорно-регулирующую арматуру, соединенную выходом с трубопроводом, на котором установлен измеритель давления, а в полости которого расположены очистные устройства, и третью запорно-регулирующую арматуру, отличающееся тем, что в качестве двигателя применен двигатель внутреннего сгорания, на входе приема воздуха которого размещен первый воздушный фильтр, а компрессор, на входе приема воздуха которого размещен второй воздушный фильтр, последовательно связан с газоразделительной станцией, включающей блок подготовки воздуха, содержащий маслоотделители, влагоотделители, фильтры тонкой очистки, осушители, и газоразделительный блок, выход которой содержит две ветви, при этом первая ветвь через газоанализатор и через первую запорно-регулирующую арматуру соединена со входом компрессора, а вторая ветвь через вторую запорно-регулирующую арматуру соединена с трубопроводом.

4. Устройство для взрывобезопасной очистки трубопроводов по п.3, отличающееся тем, что газоразделительная станция содержит другой выход обогащенного кислородом воздуха, который соединен со входом двигателя внутреннего сгорания через третью запорно-регулирующую арматуру.

5. Устройство для взрывобезопасной очистки трубопроводов по п.3, отличающееся тем, что вторая ветвь выхода газоразделительной станции через вторую запорно-регулирующую арматуру соединена с трубопроводом через приемный патрубок камеры приема-запуска очистных устройств.

6. Устройство для взрывобезопасной очистки трубопроводов по п.3, отличающееся тем, что газоразделительный блок газоразделительной станции содержит мембраны.

7. Устройство для взрывобезопасной очистки трубопроводов по п.3, отличающееся тем, что выход двигателя внутреннего сгорания соединен со вторым воздушным фильтром на входе приема воздуха компрессора через фильтр грубой очистки.

8. Устройство для взрывобезопасной очистки трубопроводов по п.3, отличающееся тем, что двигатель внутреннего сгорания снабжен съемным теплозащитным кожухом.

9. Устройство для взрывобезопасной очистки трубопроводов по п.3, отличающееся тем, что компрессор выполнен винтовым.