способ очистки внутренних поверхностей труб

Формула изобретения

1. Способ очистки внутренних поверхностей труб, преимущественно труб нефтяного сортамента, заключающийся в том, что внутреннюю полость трубы заполняют технологической средой, которой придают перемещения относительно трубы для создания силовых воздействий на ее внутреннюю поверхность, затем удаляют технологическую среду и продукты износа, отличающийся тем, что внутреннюю полость трубы заполняют на 85-90% от ее объема технологической средой, состоящей из твердых тел и нейтральной жидкости, причем твердые тела составляют 70-80% объема технологической среды, герметизируют трубу с обоих концов, создают силовые ударные воздействия одновременно по всей длине трубы путем ее возвратно-поступательных перемещений до полного удаления дефектных слоев, после чего трубу разгерметизируют.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых тел используют стальные шары диаметром не менее 8-10 мм.

3. Способ по любому из пп.1 - 2, отличающийся тем, что возвратно-поступательные перемещения трубы создают вибрацией.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что вибрацию создают по эллиптической траектории.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что очистке подвергают длинномерные трубы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки внутренних поверхностей труб от различных дефектных слоев, например, от продуктов коррозии, от изношенных в процессе эксплуатации покрытий и может быть использовано в нефтедобывающей, химической и других отраслях. В частности, изобретение может быть использовано при подготовке труб нефтяного сортамента к нанесению на их внутренние поверхности защитных покрытий при ремонтно-восстановительных работах.

Известен способ очистки внутренней поверхности труб, включающий подачу сжатого воздуха, его закрутку со степенью, равной 0,4-0,6, с образованием в центре потока области пониженного давления, подачу в область пониженного давления рабочего агента с предварительной аэрацией его воздухом при давлении 0,1-0,3 атм., смешение рабочего агента с воздухом и воздействие смеси на обрабатываемую поверхность.

Способ позволяет повысить эффективность обработки внутренней поверхности трубы за счет интенсивной закрутки абразивного материала с воздухом по длине трубы, обеспечения газодинамического смешения абразива с воздухом, многократной подачи смеси к обрабатываемой поверхности вследствие пульсационной структуры воздушного вихревого потока. (А.С. СССР N 1002054, опубликовано 20.08.1987, МПК⁵ В 08 В 9/02).

Недостатком способа применительно к очистке внутренних поверхностей нефтяных труб, имеющих длину до 11-12 метров, является относительно низкая энергия абразивных частиц в вихревом потоке, которая имеет тенденцию к затуханию по длине трубы от входного к выходному торцу. Тем самым не обеспечиваются условия для равномерного удаления покрытия со всей поверхности.

Известен способ очистки полости труб, заключающийся в том, что полость заполняют под избыточным начальным давлением с избытком окислителя детонирующей газовой смесью, при этом отложения на стенках трубы предварительно пропитывают жидкостью, пары которой способны детонировать, затем с торца трубы инициируют детонацию.

Способ направлен на повышение производительности и улучшение качества очистки и может быть использован в энергетике, машиностроении, химической и нефтяной промышленности. (А.С. СССР N 1375360, опубл. 23.02.1988, МПК⁵ В 08 В 9/02).

Однако известный способ не обеспечивает одинаковость результатов очистки как по длине трубы, так и по ее диаметру, т.к. уровень пропитки изношенных покрытий в различных зонах поверхности не может быть идентичным, а эффективность взрывного действия - одинаковой по всей поверхности трубы. В результате на одних участках могут быть микровырывы и ухудшение характеристик поверхностного слоя, на других - остатки покрытий.

Известен способ очистки внутренних поверхностей трубопроводов от загрязнений, в состав которых входят частички, характеризующиеся высокой твердостью и повышенными адгезионными свойствами. Способ заключается в сочетании периодических ударных действий с периодическими макро- и микроскребковыми воздействиями на очищаемую поверхность. (Патент РФ N 2050990, описание, опубл. 27.12.95, МПК⁶ В 08 В 9/02).

Недостаток известного способа состоит в том, что скребковые воздействия могут привести к образованию из мельчайших частиц, полученных при разрушении покрытий ударными воздействиями, вторичных локальных покрытий при их адгезионном взаимодействии с поверхностью трубы. Кроме того, способ не обеспечивает единовременного удаления покрытия по всей длине трубы.

Известен способ удаления нежелательных покрытий с внутренних поверхностей труб, заключающийся в том, что внутрь трубы вводят специальную ударную головку, которая совершает хаотические движения внутри трубы под действием постоянно пропускаемого потока жидкости и, соударяясь с внутренней поверхностью трубы, удаляет покрытие за счет силовых ударных воздействий. (Международная заявка WO 094/03285. Опубл. 17.02.1994, МКИ⁵ В 08 В 9/02).

Недостаток способа заключается в низкой производительности по причине локальности воздействий, а также в различии величины ударных воздействий как по длине трубы, так и по ее диаметру в силу случайности скоростей соударения в каждой области контакта.

Известен способ очистки внутренней поверхности прямолинейных труб из немагнитного материала, заключающийся в подаче в трубу абразивного материала с последующим вращением ее вокруг своей оси, а во время вращения трубы осуществляют торможение абразивного материала посредством подведения к поверхности трубы постоянного магнита.

Способ направлен на повышение качества и производительности очистки от продуктов коррозии, накипи и других загрязнений. (А.С.СССР N 1650280, опубл. 23.05.91, МПК⁵ В 08 В 9/00, прототип).

Однако этот способ не может быть использован для очистки труб из ферромагнитных материалов. Кроме того, этот способ не обеспечивает высокой производительности очистки, так как монотонное силовое воздействие абразивной среды на поверхность при ее притяжении магнитным полем не может быть высокоэнергетическим, воздействие происходит в каждый момент на ограниченном участке, обработка по всей длине требует осевого перемещения устройства.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в удалении дефектности с внутренней поверхности труб, в том числе - дефектных покрытий с высокой прочностью и адгезией, например, покрытий из стекломассы, перед последующим нанесением новых покрытий в процессе ремонтно-восстановительных работ.

Технический результат изобретения заключается в удалении дефектности с внутренних поверхностей труб, в том числе изношенных покрытий с высокой адгезией и прочностью, а также в упрочнении этих поверхностей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки внутренних поверхностей труб, заключающемся в том, что внутреннюю полость трубы заполняют технологической средой, которой придают перемещения относительно трубы для создания силовых воздействий на ее внутреннюю поверхность, затем удаляют технологическую среду и продукты износа, согласно изобретению, внутреннюю полость трубы заполняют технологической средой, состоящей из твердых тел и нейтральной жидкости, герметизируют трубу с обоих концов, создают силовые ударные воздействия одновременно по всей длине трубы путем ее возвратно-поступательных движений до полного удаления дефектных слоев, после чего трубу разгерметизируют.

Внутреннюю полость трубы заполняют технологической средой на 85-90% ее объема. Твердые тела составляют 70-80% объема технологической среды. В качестве твердых тел используют стальные шары диаметром не менее 8-10 мм. Возвратно-поступательные перемещения трубы создают вибрацией. Вибрацию создают по эллиптической траектории.

Более высокая (свыше 90%) степень заполнения полости трубы технологической средой приводит к ухудшению подвижности технологической среды, менее высокая - к увеличению концентрации частиц в жидкости и появлению вторичных грязевых отложений на внутренней поверхности трубы.

Для максимальной эффективности воздействий твердые тела составляют 70-80% объема технологической среды, увеличение содержания твердых тел приводит к уменьшению длины их свободного пробега между двумя соударениями, что снижает эффективность единичного ударного воздействия и следовательно - интенсивность обработки. Уменьшение содержания твердых тел приводит к уменьшению числа соударений и таким образом - к снижению интенсивности обработки.

Отделившиеся частицы (продукты износа покрытия) связываются жидкой составляющей технологической среды и не связываются с поверхностью трубы, для чего технологическая среда должна занимать большую часть объема внутренней полости трубы. Так как внутренняя поверхность трубы значительно прочнее и пластичнее покрытия, далее происходят лишь явления ее микроизноса, а в конечном счете - наклепа и упрочнения поверхности трубы с функциональным завершением процесса воздействия. После этого заглушки снимают, технологическую среду вместе с продуктами износа удаляют.

Диаметр шаров выбирается из условий прочности дефектного слоя, который необходимо удалить, и основного материала трубы. Сила единичного удара, зависящая от диаметра шара и параметров движения технологической среды, должна быть достаточна для снятия дефектности, но не приводить к разрушению внутренней поверхности трубы.

Выбор вибрации как способа приведения технологической среды в движение, обусловлен тем, что этим способом достигается наибольшее число единичных соударений в единицу времени по сравнению, например, с вращением трубы вокруг ее оси.

Эллиптическая траектория вибрации в наибольшей степени обеспечивает идентичность воздействий по длине и диаметру трубы.

Пример осуществления способа. Буровая нефтяная труба с наружным диаметром 67 мм, толщиной стенки 6 мм и длиной 11 метров имеет на внутренней поверхности изношенное функциональное покрытие с высокой прочностью и адгезией толщиной до 4 мм. Один из торцев трубы закрывают заглушкой, после чего внутрь трубы вводят технологическую среду, состоящую на 75% из твердых тел - шариков диаметром 8-10 миллиметров, и на 25% из нейтральной жидкости - воды. Общий объем технологической среды - 90% от объема внутренней полости трубы. Далее трубу герметизируют посредством второй заглушки и помещают горизонтально на упругие опоры. Трубе сообщают возвратно-поступательные движения по эллиптической траектории в плоскости, перпендикулярной оси трубы путем создания вибрации с использованием вибровозбудителя дебалансного типа. Разрушение покрытий происходит благодаря многочисленным ударным воздействиям твердых тел с покрытием, продукты износа связываются жидкостью. После окончания процесса снимают одну из заглушек, удаляют технологическую среду вместе с продуктами износа, после чего снимают вторую заглушку.

В результате получаем трубу с полностью удаленной дефектностью и улучшенными характеристиками внутренней поверхности по прочности за счет увеличения твердости поверхностного слоя в результате наклепа, вызванного многочисленными ударными воздействиями твердых тел.