способ взрывобезопасной очистки сжатым воздухом трубопроводов, содержащих следы углеводородов

Формула изобретения

1. Способ взрывобезопасной очистки сжатым воздухом трубопроводов, содержащих следы углеводородов, включающий механическое воздействие на очищаемую поверхность очистным устройством с последующей промывкой пенообразующим веществом, отличающийся тем, что 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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке действующих магистральных трубопроводов, в частности газонефтепродуктопроводов, и может быть использовано при очистке трубопроводов другого назначения.

В технике известна очистка сжатым воздухом магистральных трубопроводов, но это строящиеся трубопроводы, использование же сжатого воздуха, например, для вытеснения среды и очистки действующего нефтепродуктопровода, особенно собранного с использованием сварки с подкладными кольцами, всегда связано с большой вероятностью возгорания и детонации смеси сжатого воздуха с остатками углеводородов на стенках внутри трубопровода, что гарантированно приводит к катастрофическому разрушению очищаемого участка трубопровода.

В настоящее время для очистки строящихся магистральных трубопроводов широкое применение нашли мобильные высокопроизводительные компрессорные установки на базе авиационных двигателей, позволяющие с большой эффективностью, в кратчайшие сроки по времени, со значительной экономией средств и материалов по сравнению с общепринятыми, узаконенными в практике способами очистки производить очистку трубопроводов, гарантированно обеспечивая экологическую безопасность окружающей среды. Использование этих высокопроизводительных компрессорных установок для очистки магистральных трубопроводов со следами углеводородов сдерживается отсутствием способов, обеспечивающих взрывобезопасность работ.

Решением проблемы применения сжатого воздуха для очистки трубопроводов, содержащих следы углеводородов, является создание способа очистки, обеспечивающего предотвращение возможности возгорания смеси сжатого воздуха с углеводородами и, если возгорание состоялось, предотвращение распространения пламени и детонации смеси.

Известны способы очистки трубопроводов, отвечающие этим условиям.

Известен способ газожидкостной очистки газопроводов, заключающийся в прокачке пены кратностью 100-1000 посредством газа, подаваемого под давлением в газопровод со скоростью 2,4 м/сек (SU, а. с.№645715, МКИ В 08 В 9/02, 05.02.1979 г.).

Недостатком известного способа является значительная величина материальных затрат, обусловленных необходимостью поддерживать большой постоянный расход пены.

Известен способ предотвращения распространения пламени горящей газовой смеси, осуществление которого обеспечивается устройством для тушения пламени в газовых магистралях, содержащим баллон высокого давления с инертным газом, запорно-пусковой узел и трубопровод, аккумулирующую камеру, размещенную на газовой магистрали, и разрывную мембрану, разделяющую полости газовой магистрали и аккумулирующей камеры, соединенной трубопроводом с баллоном высокого давления (SU, а. с.№814358, МКИ А 62 С 3/04, 23.03.81 г.). Способ осуществляют выбросом инертного газа вместе с огнетушащим порошком в полость трубопровода перед фронтом пламени.

Недостатком известного способа является то, что способ и устройство не предотвращают возгорание смеси от искры. Кроме того, устройство привязано к конкретному участку на трубопроводе и защищает лишь только этот участок. Источник новообразования - поршень, при очистке перемещается, и было бы совершенно нецелесообразно устанавливать через определенное расстояние на трубопроводе множество устройств для тушения пламени в любом месте трубопровода.

Известен способ очистки полости трубопроводов, заключающийся в механическом воздействии на очищаемую поверхность с последующей промывкой трубопровода пенообразующим веществом. (SU, а.с.№709198, МКИ В 08 В 9/02, 15.01.80).

Недостатком известного способа является то, что пропуск поршня осуществляют сжатым воздухом до ввода пены между поршнем и разделителем. В этом промежутке между операциями возможно образование и возгорание с детонацией смеси сжатого воздуха со следами углеводородов на стенках трубопровода, остающимися там даже после пропуска поршня.

Это объясняется следующим образом:

на поверхности стенок полости трубопровода имеются микровпадины, поры, тем более вероятные после длительной эксплуатации трубопровода, которые не способен вычистить от следов нефти, продукта и т.п. углеводородов ни один из применяемых в практике очистки трубопроводов поршень. Следы углеводородов с большой вероятностью могут образовать горючую смесь со сжатым воздухом, которая может возгореться и сдетонировать. Сам поршень является источником искрообразования. Поршень захватывает при движении загрязнения остатки электродов; песок, подкладные кольца со сварных швов трубопровода и проволакивает их по поверхности стенок трубопровода. При этом возможно образование искр, инициирующих возгорание горючей смеси. Возможно возгорание смеси от самовоспламенения пирофорных соединений в отложениях на стенках трубопровода.

Этот способ очистки полости трубопроводов наиболее близок к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам.

Технической задачей изобретения является создание способа взрывобезопасной очистки сжатым воздухом трубопроводов, содержащих следы углеводородов, обеспечивающего предотвращение возгорания смеси сжатого воздуха с углеводородами, предотвращение детонации горящей смеси в случае неотвратимого возгорания ее и очистку трубопровода с большой эффективностью, со значительными экономией времени, средств и материалов.

Техническая задача по способу взрывобезопасной очистки сжатым воздухом трубопроводов, содержащих следы углеводородов, включающему механическое воздействие на очищаемую поверхность очистным устройством с последующей промывкой пенообразующим веществом, решается, согласно изобретению, тем, что пропуск очистного устройства - поршня осуществляют вначале на заданное расстояние путем подачи порции сжатого 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 поршня из трубопровода посредством подачи порций инертного газа, при этом дистанцию между разделителями устанавливают по величине меньше преддетонационного расстояния, кроме того, техническая задача решается тем, что пропуск поршня вначале и создание разделителей осуществляют инертным газом.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема обвязки трубопровода, подвергаемого очистке по заявленному способу.

Устройство для осуществления способа содержит мобильную высокопроизводительную компрессорную установку 1, соединенную через обратный клапан 2, трубопроводом 3 с очищаемым магистральным трубопроводом 4, в котором установлено очистное устройство - поршень 5. Имеется источник инертного газа - генератор инертного газа 6, сообщенный через запорную арматуру 7, трубопровод 8, накопительную емкость - ресивер 9, пусковой клапан 10, смеситель 11 и трубопровод 3 с магистральным трубопроводом 4. Кроме того, устройство включает источник пенообразующего вещества - генератор пены 12, сообщенный через пусковой клапан 13 со смесителем 11 и далее с трубопроводом 4. Генератор пены 12 сообщен с генератором инертного газа 6 трубопроводом 14, служащим для подачи инертного газа, применяемого в процессе подготовки пенообразующего вещества. В магистральном трубопроводе 4 расположена заглушка 15.

Способ осуществляют следующим образом: в магистральный трубопровод 4 вставляют через заглушку 15 поршень 5, и вначале осуществляют пропуск поршня 5 подачей порции инертного газа из генератора газа 6 в смеси с пенообразующим веществом, вырабатываемым генератором пены 12, на определенное расстояние L, задаваемое в зависимости от длины очищаемого участка магистрального трубопровода 4. Длина L газопенной пробки 16, образующейся за поршнем 5, выбирается такой величины, чтобы до конца очистки газопенная пробка 16 не была окончательно разрушена размывающим воздействием потока сжатого воздуха, подаваемого в магистральный трубопровод 4 компрессорной установкой 1, и утечками смеси газа с пеной через неплотности контакта поршня 5 с внутренней поверхностью магистрального трубопровода 4, вызванными перепадом давления сред до и после поршня 5, обусловленного силой трения поршня 5 о внутреннюю поверхность магистрального трубопровода 4. Затем пропуск поршня 5 осуществляют подачей сжатого воздуха из компрессорной установки 1, поток которого разбивают по ходу на множество участков L₀ равной длины разделителями 17, которые создают подачей порций инертного газа в смеси с пенообразующим веществом. Длину 1 разделителя 17 выбирают такой величины, чтобы разделитель 17 не был размыт потоком воздуха до конца очистки. Поршень 5 при движении увлекает за собой различный металлический мусор: остатки сварочных электродов, подкладные кольца; а также гальку из кремнистых пород, которые при волочении по внутренней поверхности магистрального трубопровода 4 создают искры, являющиеся потенциальными инициирующими источниками возгорания смеси воздуха и остатков углеводородов в полости 18 магистрального трубопровода 4 перед поршнем 5. Перед очисткой магистральный трубопровод 4 опорожняют от перекачиваемой среды (нефть или продукты нефти), но остатки среды сохраняются на стенках магистрального трубопровода 4 и образуют с воздухом взрывоопасную смесь. Смесь инертного газа с пеной прорывается через неплотности контакта поршня 5 и магистрального трубопровода 4 в полость 18 и изолирует зону искрообразования от взрывоопасной смеси воздуха с остатками ранее перекачиваемой среды газопенной подушкой и тем самым предотвращает возгорание смеси. Остатки среды на внутренней поверхности магистрального трубопровода 4 до конца не удаляются с поверхности поршнем 5 и проникают в полость магистрального трубопровода 4 за поршнем 5 в зону газопенной пробки 16. Это объясняется наличием микровпадин и микротрещин на поверхности, особенно у давно эксплуатируемых трубопроводов, хорошей смачивающей металл способностью нефти и ее продуктов. Поршень 5 за счет механического воздействия на поверхность магистрального трубопровода 4 собирает перед собой механические загрязнения и очищает поверхность магистрального трубопровода 4 от отложений, но не способен до конца очистить поверхность от остатков ранее перекачиваемой среды. Пена в газопенной пробке 16 смывает с поверхности эти остатки и уносит их с собой. Пенообразующее вещество должно обладать свойствами образовывать в смешении с инертным газом пену, наделенную хорошей моющей способностью по отношению к металлической поверхности и стойкостью к разрушению от воздействий потока сжатого воздуха, а также способностью растворять и уносить с собой остатки ранее перекачиваемой среды. За газопенной подушкой 16 пропуск поршня 5 осуществляют подачей сжатого воздуха из компрессорной установки 1, поток которого разбивают разделителями 17 на участки 19. Разделители 17, представляющие собой газопенные пробки, продолжают смыв с поверхности магистрального трубопровода 4 гипотетически возможных после газопенной пробки 16 остатков перекачиваемой среды, а также служат для предотвращения распространения фронта пламени гипотетически возможного горения смеси сжатого воздуха (например, от самовоспламенения пирофорных соединений на поверхности полости магистрального трубопровода 4) с парами остатков среды в участках 19 полости магистрального трубопровода 4. Длину L₀ участков 19 выбирают такой, чтобы, прежде чем величина скорости распространения фронта пламени горения взрывоопасной смеси достигнет критической и произойдет детонация смеси на участке 19, фронт встретился с разделителем 17, где произойдет тушение пламени из-за недостатка кислорода для горения и гашение в пене волны давления, сопровождающей фронт. Длина L₀ должна быть меньше преддетонационного расстояния, определяемого составом и концентрацией взрывоопасной смеси, диаметром магистрального трубопровода 4, давлением воздуха и его температурой и т.п. Определяется и задается это расстояние по величине применительно к конкретному случаю (см. sec;Детонация в смесях горючих газов с кислородом (Б.Я.Максимчук и др., Киев, Наукова думка, 1984 г.; sec;Физика взрыва ацетиленаsec;, Б.А.Иванов; Москва, Химия, 1969 г.; sec;Основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парамиsec;, А.И.Розловский, Москва, Химия, 1980 г.). Пена служит не только для последующего, после механической очистки, мытья поверхности магистрального трубопровода 4 от остатков углеводородов, но и для сохранения зон в потоке сжатого воздуха, наполненных инертным газом, от размыва потоком, чем способствует гарантированному предотвращению возгорания смеси воздуха с парами остатков перекачиваемой среды, распространения пламени и детонации смеси, а также служит для гашения волны давления, сопровождающей фронт пламени. После вылета поршня 5 из очищаемого участка магистрального трубопровода 4 разделители 17 образуют подачей порций инертного газа, но уже без примешивания пенообразующего вещества. И продолжают уже продувку полости магистрального трубопровода 4 потоком сжатого воздуха с разделителями 17 в нем из инертного газа, необходимыми для того, чтобы исключить даже маловероятную возможность возгорания и детонации смеси воздуха с гипотетически возможными следами углеводородов на поверхности полости магистрального трубопровода 4, если они в результате маловероятного случая останутся после процесса смыва их с поверхности пеной. Продувку продолжают до тех пор, пока не удалят из полости магистрального трубопровода 4 остатки пены. Способ применим также для вытеснения жидкой перекачиваемой среды (нефти и ее продуктов).

В случае, если участок очищаемого магистрального трубопровода 4 невелик, среда, перекачиваемая по магистральному трубопроводу 4, не содержит легкоиспаряемых фракций и нет пирофорных соединений в отложениях на стенках магистрального трубопровода 4, очистку можно производить без подмешивания в газопенную пробку 16 и разделители 17 пены, поскольку разделители 17 и газопенная пробка 16 не успеют размыться потоком воздуха до конца участка очистки, а отсутствие легкоиспаряемых фракций в перекачиваемой среде делает маловероятным самовоспламенение остатков среды на стенках магистрального трубопровода 4. Наличие газопенной пробки 16 и разделителей 17 из инертного газа устраняет последнюю гипотетическую возможность воспламенения остатков среды в воздухе от прямого воздействия искры. Подачу инертного газа в смеси с пенообразующим веществом и без него порциями в поток воздуха осуществляют из соображений экономии времени, средств и материалов. Это объясняется следующим образом: расход инертного газа по величине более чем на порядок меньше, чем расход сжатого воздуха, это вызвано трудностью и дороговизной процесса получения инертного газа, технической невозможностью построить мобильные генераторы нейтрального газа, сравнимые по расходу с мобильными высокопроизводительными компрессорными установками на базе авиадвигателей. Очистка магистрального трубопровода 4 только инертным газом в смеси пеной на порядок и более увеличит время проведения работ, значительно возрастет стоимость работ, поскольку стоимости одного килограмма инертного газа и пенообразующего вещества не сопоставимы по уровню со стоимостью одного килограмма сжатого воздуха. Способ позволяет гарантированно обеспечить безопасность процесса очистки в сочетании с высокой эффективностью процесса, с большой экономией средств, материалов, времени работы.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом: инертный газ из генератора инертного газа 6 накапливается в ресивере 9 в промежутках между подачей порций и через открытый на время подачи пусковой клапан 10 подается в смеситель 11, куда в свою очередь через открытый на время подачи пусковой клапан 13 подается из генератора пены 12 пенообразующее вещество, предварительно насыщаемое в генераторе пены 12 инертным газом, подаваемым в генератор пены 12 из генератора инертного газа 6 трубопроводом 14. Для предварительного насыщения пенообразующего вещества инертным газом генератор пены 12 включает компрессор, повышающий давление газа, подаваемого из генератора инертного газа 6 трубопроводом 14. Часть газа растворяется в пенообразующем веществе, остальная часть смешивается с веществом в гомогенную смесь, где газ в сжатом состоянии содержится в виде микроскопических пузырьков. При резком снижении давления (это происходит при попадании смеси в полость магистрального трубопровода 4) газ расширяется и вспенивает вещество, которое в смеси с основной порцией инертного газа образует газопенные пробки, аналогичные по структуре, например, пенопласту, удерживающие газ от растекания, противостоящие размывающему воздействию потока сжатого воздуха и силам трения о поверхность магистрального трубопровода 4 при движении газопенных пробок. После смесителя 11 смесь нейтрального газа с газонасыщенным пенообразующим веществом подается в полость магистрального трубопровода 4, где она вспенивается, образуя газопенную пробку 16 или же разделители 17, поскольку давление сжатого воздуха в магистральном трубопроводе 4 гораздо меньше давления смеси. На время подачи смеси компрессорная установка 1 прекращает подачу воздуха. Обратный клапан 2 препятствует попаданию смеси в воздушную магистраль, ведущую к компрессорной установке 1.

Примером устройства для осуществления способа взрывобезопасной очистки магистрального трубопровода может служить комплекс оборудования, состоящий:

- мобильная компрессорная установка ТК-21М типа УКП-9 на базе авиадвигателя АЛ-21Ф-ЗА в комплекте с мобильным блоком охлаждения воздуха БОВ-Ц2) типа радиаторно-вентиляторного воздухо-воздушного поверхностного рекуперативного трубчатого холодильника, выступающих в качестве источника воздуха - компрессорной установки 1 с параметрами подаваемого воздуха:

производительность, кг/сек	10-15
давление, кгс/см2	13-8
температура, °С, не более	50

- генератор инертных газов на базе четырехтактного дизеля с турбонаддувом марки М756Б в комплекте с винтовым компрессором, системой каталитической нейтрализации, очистки, промежуточного и окончательного циклов охлаждения, флегматизации рабочего тела, в качестве которого используются отработанные газы дизеля, как источник инертного газа 6 с параметрами газа:

производительность, кг/сек	0,2
давление, кгс/см2	11
температура, °С не более	40.

Генератор разработан заявителями на стадии технического предложения и заявки на изобретение с учетом аналогов и прототипа (Кобозев Н.И., Казарновский Я.С. Труды ГИАП-1957 г., вып.7, 8; FR, патент №2234795, F 01 N 3/12. 1973 г.; USA, патент №3725012; В 01 J 7/00, 1971)

- источник пенообразующего вещества - генератор пены 12, подающий газонасыщенную смесь поверхностно-активного вещества типа АНП-2 с водой, с параметрами подачи:

производительность, кг/сек	до 1
давление, кгс/см2	12.

Итак, заявляемое изобретение позволяет предотвратить возгорание смеси сжатого воздуха с углеводородом, детонацию горящей смеси в случае неотвратимого ее возгорания, а также обеспечить очистку магистрального трубопровода с большой эффективностью, со значительной экономией времени, средств и материалов.