Устройство для ремонта трубопровода
Устройство для ремонта трубопровода предназначено для проведения аварийно-восстановительных работ в процессе ликвидации течей в действующих нефтяных и газовых трубопроводах высокого давления как в чрезвычайных ситуациях, так и при выполнении плановых профилактических ремонтных работ. Устройство содержит корпус, стягивающий узел, запорный узел, включающий опорный элемент, фиксирующий элемент и уплотняющий элемент. Конструкция устройства позволяет осуществить полную герметизацию течи в трубопроводе сварными швами, нанесенными на корпусе и запорном узле, а также восстановить механическую прочность ремонтируемого участка трубопровода. Благодаря небольшим массогабаритным характеристикам устройства для ремонта трубопровода и незначительным усилиям, необходимым для его установки, работу с ним может выполнить один оператор. Применение устройства позволяет повысить качество и надежность ремонта. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и техническим средствам для ликвидации утечек в трубах без прекращения их эксплуатации. Устройство для ремонта трубопровода предназначено для проведения аварийно-восстановительных работ в процессе ликвидации течей в действующих нефтяных и газовых трубопроводах как в чрезвычайных аварийных ситуациях, так и при выполнении плановых профилактических ремонтно-восстановительных работ. Применение устройства для ремонта трубопровода возможно практически в любом подлежащем ремонту месте трубопровода, находящегося под высоким давлением.
Уровень техники
Известно «Устройство для заделки утечки в трубопроводе для транспортировки жидкости» по патенту на изобретение США US 8,978,709, опубликованному 17.03.2015. Устройство содержит эластомерную пластину, прижатую к месту утечки из-за отверстия или трещины распределителем усилия и затягивающими планками, расположенными вокруг трубы. Распределитель усилия включает в себя опорную сетку и силовые модули, которые вызывают деформацию эластомерной пластины так, чтобы она точно соответствовал вогнутой или выпуклой форме трубы в месте утечки и, таким образом, герметизировала отверстие или трещину. Устройство применимо только для ремонта трубопроводов с относительно низким давлением. Ремонт с использованием этого устройства является временным, Он не исключает дальнейшего разрастания дефекта в трубопроводе.
Известно «Устройство для ликвидации утечек» по патенту на изобретение Российской Федерации RU 2206814, опубликованному 20.06.2003, позволяющее проводить ремонт трубопроводов и сосудов, находящихся под давлением. Устройство имеет натяжной механизм крепления к трубе и герметизирующий узел, выполненный в виде цилиндрического полого корпуса с проушинами и вентилем, в котором сделана концевая проточка для размещения упругого уплотнительного элемента. Цилиндрический корпус при открытом вентиле устанавливают на дефектный участок трубопровода и закрепляют на нем тягами за проушины. После закрытия вентиля среда из трубопровода через дефект поступает в полость корпуса, прижимая уплотнение и усиливая герметизацию. Зона дефекта разгружается от внутреннего давления, что устраняет рост дефекта. Устройство не применимо для ремонта трубопроводов с высоким давлением. Ремонт с использованием этого устройства является временным, направлен на устранение чрезвычайной ситуации и не допускает последующую длительную эксплуатацию трубопровода.
Известно «Устройство для ремонта труб и способ его оперативного закрепления и окончательной сварки» по заявке на изобретения США US 2022/0034441, опубликованной 03.02.2022. Оно предназначено для перекрытия утечки жидкости и восстановления механической прочности трубы. Устройство содержит двухкомпонентное разрезное кольцо, закрепленное первоначально компрессионным узлом, который позволяет выполнять продольную сварку компонентов кольца с целью его прочной фиксации на трубе через отверстия в компрессионном узле перед его удалением. Окончательная кольцевая сварка кольца с трубой производится после удаления компрессионного узла. Для лучшего прилегания внутренней поверхности кольца к трубе контакт между ними осуществляется через герметик, вставленный во внутренний круговой канал, выполненный в кольце. При этом устраняется утечка, нормализуется транспортировка жидкости в трубе, а ее плотный охват в месте повреждения предотвращает дальнейшее растрескивание, щелевую коррозию, деградацию и охрупчивание материала трубы. Устройство не применимо для ремонта трубопроводов с высоким давлением транспортируемой жидкости, а также газопроводов.
Известен «Сварной зажим для ремонта трубопровода» по патенту на изобретение США US 3,053,282, опубликованному 11.09.1962. Это устройство позволяет остановить течь в трубопроводе с применением упругого уплотнения, а затем приварить металлическую латку над местом протечки. Устройство содержит корпус, включающий первый нижний элемент и второй верхний элемент с прикрепленными к их концам втулками, скрепляемыми между собой вокруг трубы болтами и гайками. Второй элемент корпуса снабжен соединительным узлом, в центре которого выполнено отверстие с резьбой, через которое сверху пропущен винтовой элемент. Латка выполнена в виде чашеобразного элемента, с внутренней поверхностью которого сцеплено упругое уплотнение. Прижатие упругого уплотнения через латку к трубе в месте течи осуществляют с помощью винтового элемента. Латка снабжена боковым отверстием с внутренней резьбой и заглушкой. Это отверстие позволяет откачать остатки жидкости и по внутреннему давлению контролировать качество герметизации дефекта в трубе. Устройство не применимо для ремонта трубопроводов под высоким давлением из-за ограниченных прочностных свойств конструкции. Оно не может быть использовано в полевых условиях на магистральных или промысловых трубопроводах. Наличие средств наблюдения за состоянием устройства предполагает наличие технического помещения и обслуживающего персонала.
Известен «Способ ремонта действующего трубопровода с локальными сквозными дефектами и устройство для его осуществления», по патенту на изобретение Российской Федерации RU 2267691, опубликованному 10.01.2006. По совокупности общих существенных признаков техническое решение по указанной патенту на изобретение выбрано в качестве прототипа.
Устройство для ремонта действующего трубопровода с локальными сквозными дефектами содержит корпус, стягивающий узел, запорный узел, включающий опорный элемент, фиксирующий элемент и уплотняющий элемент.
Стягивающий узел состоит из траверсы, в которой вырезаны два отверстия для установки хомута, выполненного из металлического прутка с нарезанной резьбой на его концах. Накрученные на них гайки и шайбы предназначены для прижима хомута к трубопроводу.
Корпус реализован в виде патрубка, размещенного между траверсой и трубопроводом. Он снабжен крышкой в виде полусферической заглушки, которая приваривается в нему сверху с помощью кольцевого сварного шва.
Запорный узел включает опорный элемент, изготовленный в виде трехлучевого центрирующего колеса, приваренного к патрубку изнутри сварными швами. В этом колесе выполнено центрально расположенное отверстие с внутренней резьбой, в котором установлен фиксирующий элемент в виде штока с внешней резьбой. Верхняя часть штока имеет форму четырехгранника для вертикального перемещения штока путем его вращения с помощью торцевого ключа. На торце нижнего конца штока размещен уплотняющий элемент (герметик).
Способ ремонта действующего трубопровода с локальными сквозными дефектами содержит следующие действия: зачистку поврежденного участка, сборку стягивающего узла и корпуса с запорным узлом на трубопроводе вблизи сквозного отверстия с технологическим зазором, перемещение стягивающего узла и корпуса с запорным узлом к месту дефекта, фиксация стягивающего узла на трубопроводе, прижатие уплотняющего элемента к сквозному дефекту за счет вращения штока в опорном элементе, приварку корпуса к трубопроводу, приварку крышки к корпусу и удаление стягивающего узла.
Прототип позволяет проводить ремонт действующего трубопровода без прекращения его эксплуатации.
Основным недостатком прототипа являются ограниченность или невозможность его применения для ремонта трубопроводов с высоким давлением. Относительно малые размеры (толщина и диаметр) уплотняющего элемента, не позволяют добиться необходимой деформации уплотняющего элемента так, чтобы она точно соответствовала вогнутой или выпуклой форме трубы в месте утечки и, таким образом, невозможно достичь достаточный уровень герметизации сквозного дефекта (отверстия или трещины) трубопроводе.
Прототип не обладает высоким качеством ремонта. Отрывное воздействие высокого давления среды в трубопроводе может превысить предел прочности относительно короткого сварного шва, прикрепляющего корпус устройства к трубе, после снятия стягивающего узла. При недостаточной герметизации с помощью уплотняющего элемента высокое давление среды в трубопроводе будет оказывать разрушающее воздействие на кольцевой сварной шов, скрепляющий крышку с корпусом.
Прототип не обладает высокой надежностью ремонта. Устройство в прототипе применимо для выполнения только локального ремонта протечки на поврежденном трубопроводе - исключительно вокруг самого малоразмерного отверстия, вызвавшего течь. Процесс коррозии внутренней стенки трубопровода, приведший к образованию одного отверстия, может вызвать образование нового отверстия совсем рядом, только вне зоны проведенного локального ремонта первого отверстия.
Сущность изобретения
Использование данного устройства для ремонта действующего трубопровода обеспечивает проведение ремонта на трубопроводе высокого давления, повышает качество и надежность ремонта.
Указанный положительный эффект достигается за счет того, что
- корпус выполнен из верхнего полукольца, в центральной части которого проделано сквозное круглое отверстие, и нижнего полукольца, которые плотно прижаты и прикреплены к трубопроводу сплошным круговым сварным швом, наложенным на боковые поверхности верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса и внешнюю поверхность трубопровода, а также продольным сварным швом, нанесенным на примыкающие друг к другу концы верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса;
- стягивающий узел включает пластины, прикрепленные снаружи к концам верхнего и нижнего полукольца корпуса, с центрально расположенными отверстиями, через которые пропущены болты, снабженные гайками;
- запорный узел, содержит
опорный элемент, выполненный в виде металлического прямого кругового полого цилиндра с внешним дискообразным выступом в центральной части, прикрепленный к наружной части верхнего полукольца корпуса и охватывающий сквозное круглое отверстие в центральной части верхнего полукольца корпуса,
металлическую крышку, прикрепленную к опорному элементу сверху с помощью резьбового соединения,
фиксирующий элемент, представляющий собой металлический прямой цилиндр, размещенный внутри опорного элемента с возможностью кругового вращения и вертикального перемещения вдоль продольной оси с помощью резьбового соединения, в верхней центральной части которого выполнено углубление с фигурным поперечным сечением;
уплотняющий элемент, расположенный внутри опорного элемента под фиксирующим элементом, выполненный из плотного упругого эластичного материала в форме диска, диаметр которого равен внутреннему диаметру опорного элемента.
В устройстве для ремонта трубопровода дополнительно установлено нижнее уплотнительное кольцо, выполненное из плотного упругого эластичного материала, расположенное в кольцеобразном углублении, выполненном снаружи нижней части фиксирующего элемента.
В устройстве для ремонта трубопровода дополнительно установлено верхнее уплотняющее кольцо, выполненное из плотного упругого эластичного материала, размещенное в кольцеобразном углублении, выполненном в нижней торцевой части металлической крышки.
В устройстве для ремонта трубопровода в нижней центральной части фиксирующего элемента проделано отверстие, в которое вставлен металлический штырь, на который насажен уплотняющий элемент, снабженный сквозным центральным отверстием.
В устройстве для ремонта трубопровода в нижней центральной части фиксирующего элемента выполнено круговое углубление, в которое вставлен уплотняющий элемент, снабженный в верхней центральной части дискообразным выступом, внешний диаметр и высота которого равны внутреннему диаметру и высоте кругового углубления в нижней центральной части фиксирующего элемента.
В устройстве для ремонта трубопровода углубление с фигурным поперечным сечением, выполненное в верхней центральной части фиксирующего элемента, имеет форму многогранника.
В устройстве для ремонта трубопровода дополнительно установлены распорки, прикрепленные снизу к концам пластин верхнего полукольца и к внешней поверхности верхнего полукольца, а также распорки, прикрепленные сверху к концам пластин нижнего полукольца и к внешней поверхности нижнего полукольца.
В устройстве для ремонта трубопровода верхняя часть фиксирующего элемента прикреплена к верхней части прямого кругового полого цилиндра опорного элемента с помощью сплошного кругового сварного шва.
В устройстве для ремонта трубопровода между внешней поверхностью трубы ремонтируемого трубопровода и внутренними поверхностями краев сомкнутых верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса установлены подкладные продольные металлические пластины, длина которых превышает ширину верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса, а толщина и ширина равны глубине и ширине продольных углублений, выполненных с внутренней стороны нижних краев верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса.
В устройстве для ремонта трубопровода расстояние от боковых поверхностей верхнего полукольца до внешней поверхности опорного элемента с обеих сторон превышает внешний диаметр опорного элемента.
В устройстве для ремонта трубопровода толщина пластины верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса превышает первоначальную толщину трубы ремонтируемого трубопровода.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые рисунок (Фигура 1), на котором представлен общий вид устройства для ремонта трубопровода после ремонта, рисунок (Фигура 2), на котором показан вид спереди на устройство для ремонта трубопровода в процессе ремонта, рисунок (Фигура 3), на котором изображен запорный узел устройства для ремонта трубопровода в разрезе, рисунок (Фигура 4), на котором приведен вариант исполнения запорного узла устройства для ремонта трубопровода в разрезе и рисунок (Фигура 5), на котором представлен общий вид устройства для ремонта трубопровода в процессе ремонта.
Осуществление изобретения
Устройство для ремонта трубопровода 1 (Фигура 1) содержит корпус выполненный из верхнего полукольца 2, в центральной части которого проделано сквозное круглое отверстие, и нижнего полукольца 3, которые плотно прижаты и прикреплены к трубопроводу 4 сплошным круговым сварным швом 5, наложенным на боковые поверхности верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса и внешнюю поверхность трубопровода 4, а также продольным сварным швом 6, нанесенным на примыкающие друг к другу концы верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса.
Стягивающий узел (Фигура 1) включает пластины 7, прикрепленные снаружи к концам верхнего полукольца 2 и нижнего полукольца 3 корпуса, с центрально расположенными отверстиями 8, через которые пропущены болты 9, снабженные гайками 10 (Фигура 2). Стягивающий узел содержит распорки 11, прикрепленные снизу к концам пластин верхнего полукольца и к внешней поверхности верхнего полукольца, а также распорки, прикрепленные сверху к концам пластин нижнего полукольца и к внешней поверхности нижнего полукольца
Запорный узел (Фигура 3), предназначенный для герметизации сквозного отверстия 12 в трубопроводе 4, содержит опорный элемент, выполненный в виде металлического прямого кругового полого цилиндра 13 с внешним дискообразным выступом 14 в центральной части, прикрепленный к наружной части верхнего полукольца 2 корпуса и охватывающий сквозное круглое отверстие 15 в центральной части верхнего полукольца 2 корпуса.
Металлическая крышка 16 (Фигура 3) прикреплена к металлическому прямому круговому полому цилиндру 13 опорного элемента сверху с помощью резьбового соединения 17.
Фиксирующий элемент 18 (Фигура 3), представляющий собой металлический прямой цилиндр, размещенный внутри прямого кругового полого цилиндра 13 опорного элемента с возможностью кругового вращения и вертикального перемещения вдоль продольной оси с помощью резьбового соединения 19, в верхней центральной части которого выполнено углубление с фигурным поперечным сечением 20.
Уплотняющий элемент 21 (Фигура 3), расположенный внутри опорного элемента под фиксирующим элементом 18, выполненный из плотного упругого эластичного материала в форме диска, диаметр которого равен внутреннему диаметру металлического прямого кругового полого цилиндра 13 опорного элемента.
В устройстве для ремонта трубопровода дополнительно установлено нижнее уплотнительное кольцо 22 (Фигура 3), выполненное из плотного упругого эластичного материала, расположенное в кольцеобразном углублении 23, выполненном снаружи нижней части фиксирующего элемента 18.
В устройстве для ремонта трубопровода дополнительно установлено верхнее уплотняющее кольцо 24 (Фигура 3), выполненное из плотного упругого эластичного материала, размещенное в кольцеобразном углублении 25, выполненном в нижней торцевой части металлической крышки 16.
В устройстве для ремонта трубопровода центральной части фиксирующего элемента 18 (Фигура 4) проделано отверстие 26, в которое вставлен металлический штырь 27, на который насажен уплотняющий элемент 21, снабженный сквозным центральным отверстием 28.
В устройстве для ремонта трубопровода в нижней центральной части фиксирующего элемента 18 (Фигура 4) выполнено круговое углубление 29, в которое вставлен уплотняющий элемент 21, снабженный в верхней центральной части дискообразным выступом 30, внешний диаметр и высота которого равны внутреннему диаметру и высоте кругового углубления 29 в нижней центральной части фиксирующего элемента 18.
В устройстве для ремонта трубопровода углубление с фигурным поперечным сечением 20 (Фигура 3), выполненное в верхней центральной части фиксирующего элемента 18, имеет форму многогранника.
В устройстве для ремонта трубопровода верхняя часть фиксирующего элемента 18 прикреплена к верхней части прямого кругового полого цилиндра 13 опорного элемента с помощью сплошного кругового сварного шва 31 (Фигура 4).
В устройстве для ремонта трубопровода (Фигура 5), между внешней поверхностью трубы ремонтируемого трубопровода и внутренними поверхностями краев сомкнутых верхнего полукольца 2 и нижнего полукольца 3 корпуса установлены подкладные продольные металлические пластины 32, длина которых превышает ширину верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса, а толщина и ширина равны глубине и ширине продольных углублений 33, выполненных с внутренней стороны нижних краев верхнего полукольца 2 и нижнего полукольца 3 корпуса.
Способ применения устройства для ремонта трубопровода под давлением включает следующие действия.
1) Стягивают на свободном краю трубопровода 4 вблизи от места утечки верхнее полукольцо 2 и нижнее полукольцо 3 корпуса устройства для ремонта трубопровода 1 с помощью болтов 9 и гаек 10 стягивающего узла без натяжки с обеспечением зазора, необходимого для его перемещения вдоль трубопровода (Фигура 1 и Фигура 2).
2) Передвигают устройство для ремонта трубопровода 1 к месту утечки и совмещают центральную ось запорного узла со сквозным отверстием 12 в трубопроводе 4 (Фигура 3).
3) Затягивают болты 9 с легким натягом.
4) Закручивают фиксирующий элемент 18 с помощью многогранного (например, шестигранного) торцевого ключа до момента исчезновения течи.
5) Затягивают болты 9 полностью.
6) Устраняют наличие вытекшей нефти или газа в окрестности радиусом 2-3 метра от места ремонта.
7) Приваривают верхнее полукольцо 2 и нижнее полукольцо 3 корпуса к трубопроводу 4 сплошным круговым сварным швом 5, наложенным на боковые поверхности верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса и внешнюю поверхность трубопровода (Фигура 1).
8) Снимают болты 9 и гайки 10 стягивающего узла.
9) Сваривают верхнее полукольцо 2 с нижним полукольцом 3 корпуса продольным сварным швом 6, нанесенным на примыкающие друг к другу концы верхнего полукольца 2 и нижнего полукольца 3 корпуса (Фигура 1) с использованием подкладных продольных металлических пластин 31 (Фигура 5).
10) Приваривают верхнюю часть фиксирующего элемента 18 к верхней части прямого кругового полого цилиндра 13 опорного элемента (Фигура 3) с помощью сплошного кругового сварного шва 31 (Фигура 4).
11) Проверяют сварные швы средствами ультразвукового или рентгеновского контроля на отсутствие дефектов.
12) Закручивают металлическую крышку 16 (Фигура 3) и завершают ремонт.
Применение устройства для ремонта трубопровода обеспечивает эффективную ликвидацию течей в действующих нефтяных и газовых трубопроводах с высоким рабочим давлением - до 10 МПа. Оно позволяет восстановить механическую прочность ремонтируемого участка трубопровода. Перемещение фиксирующего элемента 18 внутри прямого кругового полого цилиндра 13 опорного элемент, прижатие уплотняющего элемента 21 к сквозному отверстию 12 в трубопроводе 4 и ликвидацию течи может выполнить один человек путем кругового вращения обычного торцевого ключа, вставленного в углубление с фигурным поперечным сечением 20 (Фигура 3).
Форма, размеры и расположение уплотняющего элемента 21, выполненного из плотного упругого эластичного материала, позволяют добиться необходимой его деформации так, чтобы она точно соответствовала вогнутой или выпуклой форме трубы в месте утечки. Таким образом достигается достаточно высокий уровень герметизации сквозного отверстия 12 в трубопроводе 4, в том числе на сварных швах. При этом линейные размеры сквозного отверстия 12 (и даже трещины) могут быть значительно больше, чем у прототипа и приближаться по величине к диаметру уплотняющего элемента 21 (Фигура 3).
Высокое качество ремонта обеспечивается креплением верхнего полукольца 2 и нижнего полукольца 3 к трубопроводу 4 сплошным круговым сварным швом 5, наложенным на боковые поверхности верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса и внешнюю поверхность трубопровода 4, а также продольным сварным швом, нанесенным на примыкающие друг к другу концы верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса (Фигура 1). Прочность этих сварных швов значительно превышает величину отрывного воздействия высокого давления среды в трубопроводе.
Повышение надежности ремонта трубопровода высокого давления обусловлено полным круговым укреплением и армированием ремонтируемого отрезка трубы с помощью его плотного охвата корпусом устройства для ремонта трубопровода, состоящего из верхнего полукольца 2 и нижнего полукольца 3, (Фигура 1) и приваркой к нему сплошными сварными швами 5 и 6. В устройстве для ремонта трубопровода толщина пластины верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса превышает первоначальную толщину трубы ремонтируемого трубопровода. За счет этого восстанавливается механическая прочность отремонтированного участка трубопровода. Это эквивалентно врезке нового отрезка трубы, что позволяет осуществлять последующую надежную долгосрочную эксплуатацию трубопровода.
Дополнительная установка нижнего уплотнительного кольца 22 (Фигура 3), выполненного из плотного упругого эластичного материала, расположенного в кольцеобразном углублении 23, выполненном снаружи нижней части фиксирующего элемента 18, позволяет повысить уровень герметизации запорного узла, необходимый, в первую очередь, для транспортируемой газообразной среды.
Дополнительная установка верхнего уплотнительного кольца 24, (Фигура 3), выполненного из плотного упругого эластичного материала, размещенного в кольцеобразном углублении 25, выполненном в нижней торцевой части металлической крышки 16, повышает уровень герметизации запорного узла изнутри. Кроме того, это защищает запорный узел от негативного воздействия окружающей среды снаружи, например от проникновения внутрь пыли и влаги.
Предотвращение неравномерного сжатия, повреждения и разрыва уплотняющего элемента для разных плотных упругих эластичных материалов достигается за счет выполнения в нижней центральной части фиксирующего элемента 18 отверстия 26, в которое вставлен металлический штырь 27, на который насажен уплотняющий элемент 21, снабженный сквозным центральным отверстием 28 (Фигура 4). Это позволяет уплотняющему элементу 21 вращаться вокруг металлического штыря 27 при нажатии на него вращающего фиксирующего элемента 18, что приводит к равномерному сжатию уплотняющего элемента вдоль продольной оси запорного узла и равномерному расширению в плоскости, перпендикулярной этой оси. В одном из вариантов исполнения металлический штырь фиксирующего элемента 27 выполнен в виде винта, вкрученного в круговое отверстие 26 в нижней центральной части фиксирующего элемента 18, снабженное внутренней резьбой. Это позволяет прочно прикрепить уплотняющий элемент 21 к нижней части фиксирующего элемента 18.
Для ремонта трубопровода со сквозными отверстиями и трещинами относительно больших размеров в устройстве для ремонта трубопровода реализована возможность более плотного обжатия таких дефектов уплотняющим элементом 21 за счет увеличенного давления фиксирующего элемента 18 на круговую периферийную часть уплотняющего элемента (Фигура 4). Для этого в нижней центральной части фиксирующего элемента выполнено круговое углубление, в которое вставлен уплотняющий элемент, снабженный в верхней центральной части дискообразным выступом, внешний диаметр и высота которого равны внутреннему диаметру и высоте кругового углубления в нижней центральной части фиксирующего элемента. Кроме того, это служит дополнительным средством крепления уплотняющего элемента 21 к нижней части фиксирующего элемента 18.
Углубление с фигурным поперечным сечением 20, выполненное в верхней центральной части фиксирующего элемента 18, предназначенное для перемещения фиксирующего элемента с помощью вставленного в него торцевого ключа до момента исчезновения течи в трубопроводе 4, имеет форму многогранника (Фигура 3). Это позволяет использовать широко распространенные многогранные торцевые ключи, включая шестигранный торцевой ключ.
Высокая прочность крепления пластин стягивающего узла снаружи к концам верхнего и нижнего полукольца корпуса, необходимая для плотного прижатия верхнего полукольца 2 и нижнего полукольца 3 корпуса к действующему трубопроводу 4 с высоким давлением (Фигура 2), достигается за счет дополнительной установки распорок 11, прикрепленных снизу к концам пластин верхнего полукольца и к внешней поверхности верхнего полукольца, а также распорок, прикрепленных сверху к концам пластин нижнего полукольца и к внешней поверхности нижнего полукольца, скрепленных сварными швами.
Приварка верхней части фиксирующего элемента 18 (Фигура 4) к верхней части прямого кругового полого цилиндра 13 опорного элемента с помощью сплошного кругового сварного шва 31 предотвращает самопроизвольное выкручивание фиксирующего элемента 18, ослабление давления на уплотняющий элемент 21 и, как следствие, снижение качества герметизации сквозного отверстия 12. С учетом этого сварного шва осуществляется полная герметизация течи сварными швами, нанесенными на корпусе и запорном узле устройства для ремонта трубопровода.
Для исключения повреждения поверхности трубопровода 4 (Фигура 1) в процессе нанесения продольного сварного шва 6 на примыкающие друг к другу концы верхнего полукольца 2 и нижнего полукольца 3 корпуса между внешней поверхностью трубы ремонтируемого трубопровода и внутренними поверхностями краев сомкнутых верхнего полукольца 2 и нижнего полукольца 3 корпуса установлены подкладные продольные металлические пластины 32 (Фигура 5). Их длина превышает ширину верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса, а толщина и ширина равны глубине и ширине продольных углублений 33, выполненных с внутренней стороны нижних краев верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса. В процессе сварки обеспечивают проплавление свариваемых кромок с подкладными продольными металлическими пластинами и исключают дефекты начала и конца сварки: стартовые поры и наплывы.
С целью устранения негативного разрушающего влияния высокотемпературного нагрева на уплотняющий элемент 21 (Фигура 3) в процессе нанесения сплошного кругового сварного шва 5 (Фигура 1), наложенного на боковые поверхности верхнего полукольца 2 и нижнего полукольца 3 корпуса и внешнюю поверхность трубопровода 4, расстояние от боковых поверхностей верхнего полукольца до внешней поверхности опорного элемента с обеих сторон выбрано превышающим внешний диаметр опорного элемента. Улучшению теплоотвода и облегчению температурного режима способствует движущаяся по действующему трубопроводу транспортируемая среда, например нефть.
Выбор толщины пластины верхнего полукольца 2 и нижнего полукольца 3 корпуса по величине превышающей первоначальную толщину ремонтируемого трубопровода 4 (Фигура 1) позволяет восстановить первоначальную механическую прочность трубы на ремонтируемом участке и исключить повторные протечки, вызванные процессами внутренней коррозии металла.
Промышленная применимость устройства для ремонта трубопровода была подтверждена в ходе проведения заводских и полевых испытаний. Для ремонта трубопровода с наружным диаметром 219 мм габаритные размеры изделия составили 321×314×140 мм, а его масса - 11 кг. Давление рабочей среды в процессе испытаний составило 6,0 МПа. Доказана пригодность изделия для ремонта действующих трубопроводов с рабочей средой в виде нефти, природного газа и различных нефтепродуктов. Допустимая температура рабочей среды находится в диапазоне температур от - 40 до +110 градусов Цельсия. Благодаря небольшим массогабаритным характеристикам устройства для ремонта трубопровода и незначительным усилиям, необходимым для его установки, работу с ним может выполнить один оператор.
Устройство для ремонта трубопровода позволяет одновременно совместить временный аварийный ремонт по устранению протечки действующего трубопровода высоко давления с его капитальным ремонтом для последующей долгосрочной эксплуатации отремонтированного участка трубопровода.
1. Устройство для ремонта действующего трубопровода, содержащее корпус, стягивающий узел, запорный узел, включающий опорный элемент, фиксирующий элемент и уплотняющий элемент, отличающееся тем, что с целью проведения ремонта на трубопроводе высокого давления, повышения качества и надежности ремонта
- корпус выполнен из верхнего полукольца, в центральной части которого проделано сквозное круглое отверстие, и нижнего полукольца, которые плотно прижаты и прикреплены к трубопроводу сплошным круговым сварным швом, наложенным на боковые поверхности верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса и внешнюю поверхность трубопровода, а также продольным сварным швом, нанесенным на примыкающие друг к другу концы верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса;
- стягивающий узел включает пластины, прикрепленные снаружи к концам верхнего и нижнего полукольца корпуса, с центрально расположенными отверстиями, через которые пропущены болты, снабженные гайками;
- запорный узел содержит
опорный элемент, выполненный в виде металлического прямого кругового полого цилиндра с внешним дискообразным выступом в центральной части, прикрепленный к наружной части верхнего полукольца корпуса и охватывающий сквозное круглое отверстие в центральной части верхнего полукольца корпуса;
металлическую крышку, прикрепленную к опорному элементу сверху с помощью резьбового соединения;
фиксирующий элемент, представляющий собой металлический прямой цилиндр, размещенный внутри опорного элемента с возможностью кругового вращения и вертикального перемещения вдоль продольной оси с помощью резьбового соединения, в верхней центральной части которого выполнено углубление с фигурным поперечным сечением;
уплотняющий элемент, расположенный внутри опорного элемента под фиксирующим элементом, выполненный из плотного упругого эластичного материала в форме диска, диаметр которого равен внутреннему диаметру опорного элемента.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем дополнительно установлено нижнее уплотнительное кольцо, выполненное из плотного упругого эластичного материала, расположенное в кольцеобразном углублении, выполненном снаружи нижней части фиксирующего элемента.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем дополнительно установлено верхнее уплотнительное кольцо, выполненное из плотного упругого эластичного материала, размещенное в кольцеобразном углублении, выполненном в нижней торцевой части металлической крышки.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нижней центральной части фиксирующего элемента проделано отверстие, в которое вставлен металлический штырь, на который насажен уплотняющий элемент, снабженный сквозным центральным отверстием.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нижней центральной части фиксирующего элемента выполнено круговое углубление, в которое вставлен уплотняющий элемент, снабженный в верхней центральной части дискообразным выступом, внешний диаметр и высота которого равны внутреннему диаметру и высоте кругового углубления в нижней центральной части фиксирующего элемента.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что углубление с фигурным поперечным сечением, выполненное в верхней центральной части фиксирующего элемента, имеет форму многогранника.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно установлены распорки, прикрепленные снизу к концам пластин верхнего полукольца и к внешней поверхности верхнего полукольца, а также распорки, прикрепленные сверху к концам пластин нижнего полукольца и к внешней поверхности нижнего полукольца.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что верхняя часть фиксирующего элемента прикреплена к верхней части прямого кругового полого цилиндра опорного элемента с помощью сплошного кругового сварного шва.
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между внешней поверхностью трубы ремонтируемого трубопровода и внутренними поверхностями краев сомкнутых верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса установлены подкладные продольные металлические пластины, длина которых превышает ширину верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса, а толщина и ширина равны глубине и ширине продольных углублений, выполненных с внутренней стороны нижних краев верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расстояние от боковых поверхностей верхнего полукольца до внешней поверхности опорного элемента с обеих сторон превышает внешний диаметр опорного элемента.
11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщина пластины верхнего полукольца и нижнего полукольца корпуса превышает первоначальную толщину трубы ремонтируемого трубопровода.
