1. Способы очистки внутренней поверхности трубопроводов
При работе магистрального трубопровода происходит загрязнение его внутренней поверхности, в случае газопровода — окалиной, отслоившейся от труб, частицами породы, конденсатом, водой, метанолом и пр.; нефтепровода — запарафинивание частицами парафина и асфальтено-смолистых веществ, что, как в первом, так и во втором случаях, приводит к увеличению коэффициента гидравлического сопротивления и, соответственно, снижению пропускной способности магистрального трубопровода [1].
От таких загрязнений внутреннюю поверхность газопровода очищают периодическим пропусканием очистного поршня без прекращения перекачки газа или разовым пропусканием очистного поршня с прекращением подачи газа на очищаемом участке, установкой конденсатосборников и дренажей в пониженных точках трубопровода, повышением скоростей потоков газа в отдельных нитках системы газопровода и последующим улавливанием жидкости в пылеуловителях компрессорных станций. Наиболее эффективный способ очистки — периодическая очистка полости газопровода без прекращения подачи газа при помощи очистных устройств, пропускаемых по газопроводу. Этот способ позволяет постоянно поддерживать коэффициент гидравлического сопротивления газопровода равным первоначальному значению [2].
Эффективным способом очистки поверхности нефтепровода является механическая очистка с помощью скребков. Разработано много конструкций скребков, в которых чистящим элементом являются диски, ножи и проволочные щетки. Скребки разных конструкций различны по эффективности удаления отложений со стенок труб, по износостойкости и проходимости. Последние качество очень важно для нефтепроводов, имеющих хотя бы незначительные препятствия во внутренней полости в виде подкладных колец, грата и сужений в запорной арматуре [1].
Из многочисленных публикаций, посвященных конструктивным особенностям очистных устройств и способам чистки внутренней поверхности трубопровода можно выделить два основные направления:
— очистные устройства для трубопроводов с равнопроходной запорной арматурой, к которым можно отнести вращающиеся очистные устройства, устройства, оснащенные магнитами, устройства для чистки насосно-компрессорных труб и котлов атомных электростанций; экологически чистые очистные устройства, снабженные камерой сбора жидких загрязнений, а также саморазрушающиеся очистные устройства и устройства для чистки и дефектоскопии внутренней поверхности трубопровода;
— очистные устройства для чистки трубопроводов переменного диаметра с неравнопроходной запорной арматурой, подкладными кольцами и крутозагнутыми отводами. К этому виду можно отнести шарообразные и цилиндроподобные очистные оболочки из эластомерных материалов, очистные устройства из эластомерных сдвоенных камер и очистные устройства со складывающимися дисковыми манжетами.
1.1. Чистка равнопроходных трубопроводов
Очистка полости загрязненных равнопроходных трубопроводов весьма сложная техническая задача, связанная не только с разрушением твердых отложений в пристеночной области трубопровода, но также с удалением большой массы осадка, образующегося в процессе очистки.
Ждановым предложено устройство для очистки внутренней поверхности сильно загрязненных труб [3], содержащее корпус 1 с рабочим органом в виде набора пружинящих металлических пластин 2 (Рис. 1).
Рис. 1. Устройство для поэтапной очистки внутренней поверхности трубопровода, где 1 — корпус; 2 — пружинящие металлические пластины; 3 — скребки; 4 — очищаемый трубопровод; 5 — кожух; 6 — окна; 7 — опорный диск; 8 — винт; 9, 10 — пружины.
Перед введением устройства в очищаемую трубу, поворачивая винт 8, перемещают опорный диск 7, до тех пор, пока пружинящие металлические пластины 2 не уберутся через окна 6 кожуха 5 внутрь кожуха, из которых будут выступать лишь загнутые концы 3 пластин 2. В этом положении скребок легко вводится в очищаемую трубу. Затем винт 8 поворачивают в противоположную сторону до тех пор, пока пластины 2 не упрутся во внутреннюю поверхность очищаемой трубы 4.
С помощью троса, прикрепленного к проушине 10, а другим концом к лебедке, устройство протягивают через очищаемую трубу. В случае возникновения непреодолимых препятствий (камней, больших вмятин, изломов трубы), устройство извлекают из очищаемой трубы задним ходом с помощью троса, прикрепленного к проушине 9. Весьма существенным недостатком предложенного скребка является поэтапная чистка трубопровода малыми участками, а также отсутствие приспособлений для удаления образующего в процессе чистки осадка.
Курдов и Шириев предлагают [4] очистку и сбор шлама с внутренней полости трубопровода проводить при помощи конического стакана 1 (Рис. 2).
Рис. 2. Очистное устройство, оснащенное полостью для сбора шлама, где 1 — конический стакан; 2 — упругий гофрированный элемент; 3 — конический патрубок; 4 — очистной элемент из твердого сплава; 5 — отверстие; 6 — ребра жесткости; 7 — антифрикционные накладки; 8 — кольцевая сетка; 9 — жесткое основание; 10 — полость для сбора шлама.
Конический стакан выполнен из двух частей, сочлененных упругим гофрированным элементом 2, конического патрубка 3, и очистного элемента 4, оснащенного твердым сплавом.
Рабочий агент, подаваемый в очищаемый трубопровод, продвигает устройство в направлении стрелки. Очистной элемент 4 снимает слой загрязнений с внутренней поверхности трубопровода. Рабочий агент проходит между антифрикционными накладками 7 и огибает очистной элемент 4. В виду большой скорости потока в верхней части конического стакана 1 происходит «подсос» продукта через отверстие 5 в конический патрубок 3 и сбор шлама в полости 10.
Дытюк из ОАО «Оренбургнефть» предлагает для очистки внутренней поверхности трубопровода от асфальтено-парафиновых отложений устройство [5], эскиз которого представлен на рис. 3.
Рис. 3. Очистное устройство для разжижения и перемещения парафиновых пробок, где 1, 2 — части пустотелого корпуса; 3, 4 — направляющие; 5 — поршень; 6 — шток; 7 — стопорные кольца; 8 — гайка; 9 — пружина; 10 — стопорное кольцо; 11 — болты; 12 — конусообразные кольца (3 шт.); 13 — полость.
Устройство снабжено перепускными соплами для разжижения и перемещения накопившегося в процессе чистки осадка. Устройство выполнено в виде пустотелого корпуса из эластичного материала и состоит из двух частей 1 и 2. В каждую часть впрессованы фигурные гильзы 3 и 4, являющиеся направляющими для поршня 5.
Движение поршня ограничивается пружиной 9 и выступами гильзы. В тело устройства 2 впрессованы конусообразные сопла 12 (3 штуки), предназначенные для разжижения и перемещения парафиновых и асфальтено-смолистых скоплений.
Под действием перепада давлений устройство движется по трубопроводу. Когда максимальный перепад давления для его продавки достигает величины 3,6 МПа, срабатывает плунжерная пара 5. В результате транспортируемая жидкость из полости 14 поступает в канал 16 сопла 12, при этом разжижая и перемещая скопления парафина и асфальтено-смолистых веществ в область низкого давления очищаемого трубопровода. По мнению автора, технический результат достигается за счет повышения надежности работы устройства, устраняется застревание его в трубе и сокращается время чистки сильно загрязненных трубопроводов.
Очистные устройства с принудительным вращением
Для очистки внутренней поверхности трубопровода с высокой степенью загрязнения предложено устройство [6] с очистным элементом, выполненным в виде фрезы (8), закрепленной на пустотелом валу (6). Работает устройство следующим образом: в очищаемом трубопроводе вырезают участки на расстоянии 100 — 150 м и вводят очистное устройство внутрь трубы. Через очищаемый участок протаскивают трос 9, один конец которого подсоединяют к корпусу лебедки 10, а другой к барабану 11. Включают лебедку 10 (Рис. 4). Трос 9 придает поступательное движение очистному устройству и одновременно приводит во вращение ведущую шестерню 4 очистного устройства, которая придает вращение конической шестерне 5, приводящую во вращение пустотелый вал 6 и фрезу 8. Фреза врезается в отложения. В случае аварийной остановки, отключают лебедку 10 и вытаскивают устройство из трубы с помощью аварийного троса 16.
Рис. 4. Очистное устройство для поэтапной чистки внутренней поверхности трубопровода от твердых отложений, где 1 — корпус; 2 — ведущий вал; 3 — подшипник; 4 — ведущая шестерня; 5 — коническая шестерня; 6 — пустотелый вал; 7 — подшипник; 8 — фреза; 9 — приводной трос; 10 — лебедка; 11 — барабан; 12 — очищаемый трубопровод; 13 — твердые отложения; 14 — центровочные ролики; 15 — пружины; 16 — аварийный трос; 17 — пружина.
С целью повышения степени мобильности и автономности очистного устройства, а также для чистки трубопровода со сложным профилем Денисов с соавторами, разработали устройство для чистки внутренней поверхности труб [7], которое наряду с принудительным вращением, имеет возможность поступательного движения в обоих направлениях (Рис. 5).
