способ транспортирования трубы

Формула изобретения

Способ транспортирования трубы, заключающийся в том, что новую трубу заглушают и перемещают циклически внутри изношенной трубы, для чего подают рабочий агент под давлением по разные стороны поршня, размещенного в цилиндре, при этом осуществляют соответственно один ход трубы вперед и возврат поршня в исходное положение, отличающийся тем, что движение трубы создают закачиванием воздуха под давлением в полость, ограниченную поршнем и передней заглушкой трубы, и для возврата поршня в исходное положение поднимают давление в полости цилиндра, образованной поршнем и фланцем, закачиванием в нее воздуха, создавая движение поршня разностью давлений в обеих полостях, а из полости, образованной поршнем и фланцем цилиндра, после достижения поршнем первоначального положения воздух стравливают, затем циклы перемещения трубы повторяют до выхода ее переднего конца в котлован.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводному транспорту нефтепродуктов и газа и касается восстановления служебных характеристик трубопроводов.

В процессе эксплуатации трубы нефте- и газопроводов подвергаются коррозии. В результате на внутренней и наружной поверхностях труб образуются раковины, а стенка труб утоньшается. Это приводит к авариям - разрывам нефте- и газопроводов, так как рабочее давление в трубах, обеспечивающее транспорт в них нефти и газа, создает уже напряжение в стенках труб, превышающее их прочность. Происходит естественная усталость металла труб. Сроки эксплуатации трубопроводов достигают предельных, возраст многих магистральных нефтепроводов превышает 30 лет.

Последствия таких аварий приводят не только к потерям нефти и газа, но и при разрушении труб на большой их протяженности к отравлению прилегающих участков земли и водоемов, выгоранию растительности [А. Шинкин. В эту трубу можем вылететь все. Российская газета, 27.02.1997г.].

Устранение последствий аварий и восстановление разрушенного участка трубопровода и прилегающих у нему площадей и водоемов требует больших затрат, а потери являются невосполнимыми [Ю. Рубин. Королевская фишка. Журнал "Рынок ценных бумаг" 20 (107). 1997г. стр.28].

Необходимо обеспечение надежности трубопроводов путем проведения капитального ремонта с заменой труб, что связано с большим объемом земляных работ, определяемых способом капитального ремонта.

Известен способ предотвращения аварий на нефте- и газопроводах, заключающийся в том, что производят капитальный ремонт участка трубопровода, находящегося в предаварийном состоянии. Согласно этому способу траншею, в которой находится трубопровод, раскапывают, поврежденный участок трубопровода извлекают, на его место в траншею укладывают новую тубу, соединяют ее с трубопроводом, траншею закапывают и восстанавливают прилегающий участок территории [Г. Ф. Егерман и др. Ремонт магистральных газопроводов. -М.: Недра. 1973, стр. 107, П.П. Бородавкин и др. Сооружение магистральных газонефтепроводов. -М. : Недра. 1973г. стр. 257, 258.]. Такой способ является весьма трудоемким и обходится дороже, чем строительство нового участка трубопровода, так как кроме работ, связанных с укладкой новой трубы, включает ряд дополнительных работ по извлечению изношенной части трубопровода.

Земляные работы при этом составляют не менее 30% от стоимости всех работ по строительству трубопровода.

Известен рассмотренный в качестве прототипа способ, включающий укладку новой трубы внутри изношенной части трубопровода. Новый трубопровод заглушают с переднего и заднего концов, соединяют тягой с транспортирующим устройством, расположенным внутри изношенной трубы, и вводят в старый трубопровод ( 0149528 А1, 24.07.1985, Е 21 В 7/26, стр. 1-5).

Недостатком способа является невозможность создать большое тяговое усилие при большой длине укладываемой трубы. Это определяется тем, что сцепление самодвижущегося аппарата с внутренней стенкой изношенной трубы ограничено. Сила же сцепления определяет тяговое усилие, а следовательно, ограничена и длина укладываемой трубы. Вместе с этим мощность транспортирующего устройства непосредственно расходуется на перемещение трубы, что требует большой установочной мощности двигателя.

Задача изобретения - создание способа транспортирования трубы при капитальном ремонте нефте- и газопроводных труб путем транспортирования и укладывания новой трубы большей длины в изношенную трубу с минимальными земляными работами, затратами энергии и установочной мощности двигателя.

Задача решается следующей совокупностью признаков.

Способ транспортирования трубы, заключающийся в том, что новую трубу заглушают и перемещают циклически внутри изношенной трубы, для чего подают рабочий агент под давлением по разные стороны поршня, размещенного в цилиндре, при этом осуществляют соответственно один ход трубы вперед и возврат поршня в исходное положение, движение трубы создают закачиванием воздуха под давлением в полость, ограниченную поршнем и передней заглушкой трубы, и для возврата поршня в исходной положение поднимают давление в полости цилиндра, образованной поршнем и фланцем, закачиванием в нее воздуха, создавая движение поршня разностью давлений в обоих полостях, при этом массу воздуха в полости, образованной передней заглушкой и поршнем, оставляют неизменной, а из полости, образованной поршнем и фланцем цилиндра, после достижения поршнем первоначального положения воздух стравливают, затем циклы перемещения трубы повторяют до выхода ее переднего конца в котлован.

На фиг.1 изображено устройство транспортирования трубы и укладывания ее в изношенную трубу.

На фиг. 2, 3 и 4 показаны силы, действующие на транспортируемую трубу и звенья устройства, приведены их последовательные положения и трубы при ее перемещении.

Устройство (фиг. 1,2,3 и 4) содержит заглушку 2, поршень 3, разъемный фланец 4, цилиндр 5, прицеп 6, перепускной клапан 7, трубки 8 и 9, направляющую 10, компрессор 12, упор прицепа 15, ресивер 16.

При транспортировании трубы 1 и ее укладывании в изношенную трубу 11 используют трубоукладчик 13 и стол 14.

Способ транспортирования трубы новой внутри изношенной трубы осуществляется следующим образом.

На трассе изношенной трубы 11 (фиг.1), в ее начале и конце, по ходу транспортируемой трубы 1, раскапывают два котлована, рабочий (задний) и приемный (передний), участки изношенной трубы 11, расположенные в котлованах, удаляют.

Новую трубу 1 (фиг.2) подготавливают к транспортированию: герметизируют, закрывая ее передний конец заглушкой 2 и присоединяя к трубе цилиндр 5 с расположенным в нем поршнем 3, присоединенной к поршню посредством сварки направляющей 10 с трубками 8 и 9, цилиндр с открытого конца закрывают фланцем 4. Трубу 1 (фиг. 1) опирают передним концом на стол 14 и поддерживают трубоукладчиком 13, направляющую 10 (фиг.2) присоединяют к упору 15 прицепа 6, а трубки 8 и 9 соединяют через перепускной клапан 7 с компрессором 12 и ресивером 16, установленными на прицепе 6.

Прицеп 6 устанавливают так, чтобы он опирался упором 15 на фланец 4, при этом поршень 3 занимает крайнее переднее положение по отношению к укладываемой трубе 1 (фиг.2), ходовое устройство прицепа блокируют для хода назад и оставляют свободным для хода вперед.

Передний конец трубы 1 (фиг.1) при помощи трубоукладчика 13 вводят в изношенную трубу 11, полость в цилиндре 5, образованную поршнем 3 и фланцем 4, соединяют с атмосферой через трубку 8 и перепускной клапан 7, по трубке 9 (фиг.2) через перепускной клапан 7 закачивают воздух компрессором 12 и ресивером 16 в полость укладываемой трубы, образованную поршнем 3 и передней заглушкой 2, поднимая давление в полости до величины P₁, и создают этим силу, действующую на переднюю заглушку новой трубы 1, большую, чем сила сопротивления ее перемещению. Вследствие этого труба 1 начинает двигаться и движение трубы будет продолжаться, при этом из полости цилиндра 5, образованной поршнем 3 и фланцем 4, воздух по трубке 8 через перепускной клапан 7 будет вытесняться в атмосферу. Массу воздуха в полости трубы 1, образованной передней ее заглушкой и поршнем, оставляют постоянной, т.е. закачивают воздух в эту полость один раз. При подходе фланца 4 к поршню 3 герметизируют полость, образованную ими путем перекрытия трубки 8 перепускным клапаном 7. Оставшийся воздух в части этой полости начинает сжиматься, образуется воздушная подушка, предохраняющая поршень 3 и фланец 4 от жесткого удара.

Движение трубы 1 вперед будет продолжаться и труба 1 остановится, когда фланец 4 упрется в поршень 3 (фиг.3).

Так как при движении трубы поршень воспринимает давление P₁, то его удерживает неподвижно прицеп 6 при заблокированном для хода назад ходовом устройстве. Следовательно, при перемещении трубы вперед при указанных условиях поршень и прицеп будут неподвижны (фиг. 2,3).

Для перемещения поршня вперед с тем, чтобы он занял исходное переднее положение по отношению к перемещаемой трубе, закачивают воздух по трубке 8 в полость трубы, образованную поршнем 3 и фланцем 4 (фиг.3). При достижении давления воздуха в этой полости величины Р₂, большей, чем Р₁, когда разность давлений Р₂-Р₁ на поршень создает силу, превосходящую силу сопротивления перемещению поршня с прицепом, поршень вместе с прицепом будут перемещаться вперед, по ходу трубы, до положения, при котором упор 15 упирается во фланец 4 (фиг.4).

Перемещения трубы при этом не будет, так как сопротивление ее перемещению будет во много раз больше, чем сопротивление перемещению поршня с прицепом.

Поршень 3 займет при этом крайнее переднее положение по отношению к трубе 1 (фиг.4), такое же, как показано на фиг.2 положение для начала нового цикла движения трубы 1. Давление Р₂ снижают до атмосферного указанным выше путем, и начинают новый цикл перемещения трубы, повторяя его многократно до выхода ее переднего конца в котлован, воздух стравливают из трубы, переднюю заглушку и цилиндр с поршнем и фланцем удаляют, и трубу передним и задним концами присоединяют через переходные трубы с магистральной работоспособной трубой, котлованы освобождают от оборудования и закапывают.

Рассмотрим силы, действующие на звенья устройства, и условия, определяющие перемещение трубы и поршня с прицепом.

Для примера возьмем перемещение трубы длиной l 1000 м, диаметром трубы внутренним D 1,2 м, весом единицы длины трубы G₁ 500 кгс/м, при диаметре направляющей d 0,2 м и приведенном коэффициенте трения скольжения нагруженной поверхности перeмeщaeмoй трубы f_пр 0,05.

Сила сопротивления перемещению трубы

Q_c=f_прG₁l=0,055001000=25000 кгс

Так как сила движущая равна силе сопротивления при постоянной скорости движения трубы, т.е. Q_д=Q_с, отсюда необходимое давление воздуха для перемещения трубы



т.е. Р₁2,21 кгс/см² при Р₂=0.

Здесь следует иметь в виду, что отсчет давлений производится от атмосферного, принятого за нулевое.

Сила Q_c= 25000 кгс будет восприниматься прицепом через поршень и направляющую при заблокировании ходового устройства прицепа для хода назад.

Из этого условия находим вес прицепа



Здесь К_сц=05 - коэффициент сцепления опорной части ходового устройства с грунтом, на котором расположен прицеп.

Давление в полости трубы между поршнем и фланцем при условии перемещения поршня и прицепа



Результаты расчета показывают, что в предлагаемом способе транспортирования трубы необходимо весьма малое давление воздуха, которое обеспечивает перемещение трубы большой длины при малой мощности двигателя компрессора без использования какого-либо транспортирующего средства.

Малая мощность двигателя компрессора определяется тем, что ресивер заполняют воздухом под давлением длительное время - задолго до укладки трубы и в процессе транспортирования трубы поддерживают давление воздуха Р₂ компрессором и ресивером в полости, образованной поршнем 3 и фланцем 4.