Уменьшение протечек в трубопроводе

Номер патента: 6935

Опубликовано: 30.06.2006

Авторы: Макеван Ян Кеннет, Ченсайд Ян Беверидж, Рьян Николас Джон

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ уменьшения протечки через течь в трубопроводе, предназначенном для транспортировки жидких сред, включающий введение в жидкую среду, передаваемую по трубопроводу, множества герметизирующих элементов, которые притягиваются к области местонахождения течи и под воздействием перепада давления, существующего в области течи и вызванного ее наличием, перемещаются внутри трубопровода и скапливаются в месте утечки, уменьшая тем самым протечку; причем эффективный размер герметизирующих элементов SE меньше эффективного размера течи SL.

2. Способ по п.1, при котором эффективный размер течи, имеющей максимальный размер xL и максимальную ширину в ортогональном направлении yL, определяют по формуле

SL=(xL2+yL2)1/2 (1)

а эффективный размер SE герметизирующего элемента, имеющего размеры a, b и с по взаимно ортогональным направлениям, определяют по формуле

SE=(а2+b22)1/2 (2)

3. Способ по п.1, при котором эффективный размер герметизирующих элементов, которые вводят в трубопровод, варьирует в рамках определенного диапазона.

4. Способ по п.3, при котором существует заранее заданное распределение эффективных размеров герметизирующих элементов.

5. Способ по п.1, при котором эффективный размер каждого герметизирующего элемента меньше или равен 5 мм.

6. Способ по п.5, при котором эффективный размер каждого герметизирующего элемента меньше или равен 1 мм.

7. Способ по п.6, при котором эффективный размер каждого герметизирующего элемента находится в диапазоне от 0,5 до 0,1 мм.

8. Способ по любому вышеупомянутому пункту, при котором плотность герметизирующих элементов находится в диапазоне от 75 до 125% от плотности текучей среды, находящейся в трубопроводе.

9. Способ по п.8, при котором плотность герметизирующих элементов находится в диапазоне от 90 до 110% от плотности текучей среды, находящейся в трубопроводе.

10. Способ по п.9, при котором плотность герметизирующих элементов находится в диапазоне от 95 до 105% от плотности текучей среды, находящейся в трубопроводе.

11. Способ по любому вышеупомянутому способу, при котором, по существу, каждый герметизирующий элемент в своем составе имеет средство опознавания, чтобы обеспечить возможность определения местонахождения каждого герметизирующего элемента при помощи устройства обнаружения.

12. Способ по п.11, при котором в состав средства опознавания может входить любой идентификатор, например магнитный, радиоактивный, флуоресцентный, пьезоэлектрический, цветной, люминесцентный, люминесцентный под воздействием температуры, испускающий волны инфракрасного или ультрафиолетового диапазона, электромагнитный (например, резонирующий при определенной частоте) или термочувствительный агент.

13. Способ по п.12, при котором в состав герметизирующего элемента входит магнитный или радиоактивный идентификатор с более высокой плотностью на пластиковой подложке с меньшей плотностью.

14. Способ по любому вышеупомянутому пункту, при котором герметизирующие элементы представляют собой, по существу, плоские прямоугольные элементы.

15. Способ по любому вышеупомянутому пункту, при котором в состав герметизирующих элементов входят материалы, не оказывающие абразивного воздействия на стенки трубопровода.

16. Способ по любому вышеупомянутому пункту, при котором в состав герметизирующих элементов входит пластмасса.

17. Способ по п.16, при котором в качестве пластмассы используют поливиниловый полимер.

18. Способ по п.17, при котором поливиниловый полимер представляет собой полиэтилен или полипропилен.

19. Способ по любому вышеупомянутому пункту, при котором в состав, по меньшей мере, некоторых герметизирующих элементов входит связующий материал для обеспечения прилипания герметизирующих элементов к стенке трубопровода.

20. Способ по п.19, при котором в состав связующего материала входит адгезивное вещество, которое может высвобождаться с течением времени под воздействием тепла, давления или химического реагента.

21. Способ по любому вышеупомянутому пункту, включающий операцию введения герметизирующих элементов в трубопровод через клапан, расположенный выше по потоку, через систему запуска устройства для чистки трубопровода изнутри или путем вскрытия трубопровода в районе течи без прекращения его эксплуатации.

22. Способ по любому вышеупомянутому пункту, включающий операцию обнаружения герметизирующих элементов, при котором устройство обнаружения обнаруживает продольное положение течи, и/или радиальное положение течи, и/или плотность и размеры одиночного герметизирующего элемента или групп герметизирующих элементов, расположенных на стенке трубопровода.

23. Способ по любому вышеупомянутому пункту, включающий операцию извлечения герметизирующих элементов из трубопровода ниже по потоку от исследуемого участка трубопровода.

24. Способ по п.23, при котором герметизирующие элементы извлекают посредством фильтра.

25. Способ по п.24, при котором фильтр имеет конусную конструкцию.

26. Герметизирующий элемент для введения в жидкость, передаваемую по трубопроводу, предназначенному для транспортировки жидких сред, с целью уменьшения протечки и/или определения местонахождения течи в трубопроводе за счет скапливания герметизирующих элементов внутри трубопровода в месте течи, причем течь характеризуется значением максимального размера xL и максимальной ширины в ортогональном направлении yL, эффективный размер течи определяют по формуле

SL=(xL2+yL2)1/2 (1)

а эффективный размер SE герметизирующего элемента, имеющего размеры a, b и с по взаимно ортогональным направлениям, определяют по формуле

SE=(а2+b22)1/2 (2)

при этом герметизирующий элемент удовлетворяет следующему условию:

SE<SL (3)

27. Герметизирующий элемент по п.26, в состав которого входит пластмассовая подложка и магнитное или радиоактивное средство опознавания, позволяющее обнаружить герметизирующий элемент при помощи устройства обнаружения.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

006935 Настоящее изобретение относится к уменьшению протечек в трубопроводах, например в сети трубопроводов, по которой передается текучая среда. Значительные по протяженности участки трубопроводов, по которым передается текучая среда, после их включения в трубопроводную систему могут иметь затрудненный доступ или вообще быть недоступными. Например, в состав магистральных систем водоснабжения входят значительные по протяженности подземные участки, инспекция и/или ремонт которых требует длительных и дорогостоящих земляных работ. То же относится и к нефтепроводам. К некоторым подводным нефтепроводам доступ возможен, однако, подводные работы такого характера являются сложными, длительными и дорогостоящими. В международной патентной заявкеWO 00/28296 описан способ определения места утечки, при котором не требуется проведение широкомасштабных земляных работ. Согласно предложенному способу внутри трубопровода размещают сенсорные средства для определения характеристик текучей среды,передаваемой по трубопроводу. Полученные характеристики регистрируют и используют для оценки характеристики поля течения текучей среды, которую сравнивают с контрольной характеристикой поля течения текучей среды для данного трубопровода для получения таким образом данных о месте утечки. Такое сравнение характеристик практически можно осуществлять с использованием средств, включающих нейронную сеть. Тем не менее, было установлено, что результаты воздействия течи на поле течения текучей среды очень трудно обнаружить. Кроме того, для устранения самой протечки может потребоваться обеспечить доступ к протекающему трубопроводу посредством земляных работ или иным образом. В некоторых областях, в особенности в нефтяной, газовой и ядерной промышленности необходимо быстрое реагирование при возникновении протечки или при нарушении герметичности в целом. К тому же, после первоначального уменьшения протечки текучей среды из места утечки часто возникает необходимость точного определения места утечки для осуществления текущего ремонта или иных ремонтных работ. Кроме того, при некоторых эксплуатационных условиях может возникнуть необходимость защитить рабочих, занятых обнаружением течей и/или иными связанными с этим ремонтными работами,от воздействия вытекающей текучей среды. В международной патентной заявкеWO 01/86191 описаны способ и устройство для контроля протечек в трубопроводе, где пластинчатый элемент герметизирующего материала в виде листа из пластмассы вводится в трубопровод и автоматически притягивается или же направляется к месту утечки,перекрывая или герметизируя ее, под воздействием перепада давления, вызванного течью, в этом месте. Некоторое множество герметизирующих элементов с различной плавучестью может быть введено в трубопровод; каждый из данных герметизирующих элементов будет переноситься потоком текучей жидкости по трубопроводу на заранее установленном уровне с тем, чтобы быть захваченным течью. В состав герметизирующего элемента может входить средство опознавания, которое может быть использовано для установления местонахождения протечки. Тем не менее, течи в некоторых трубопроводах чрезвычайно малы, при этом не удается устранить их удовлетворительным образом при помощи вышеупомянутых способов. Например, возможно возникновение протечки через точечные отверстия, возникающие вследствие воздействия на стенку трубопровода таких факторов, как коррозия, анаэробные бактерии или эрозия стенки трубопровода вследствие питтинга под воздействием твердой фазы многофазного потока. Также возможно образование трещин в трубопроводе, вызванное структурными дефектами стыков и фланцев или усталостью материала стенок трубопровода. Вызванные протечкой объемные потери текучей среды из главной магистрали могут быть незначительными относительно объема потока (например, капельная протечка текучей среды), но, тем не менее, важными, если рассматривать их с позиций безопасности и охраны здоровья (как в случае с газопроводами) или с позиции охраны окружающей среды (как в случае с трубопроводами, по которым передаются углеводородные текучие среды). К тому же, такие малые течи могут со временем увеличиваться в размерах, что в конечном итоге ведет к разрушению трубопровода и требует его вывода из эксплуатации на продолжительный срок для проведения ремонтных работ. Целью настоящего изобретения является способ уменьшения протечки из течи в трубопроводе, при котором компенсируются вышеупомянутые недостатки известных способов. Согласно настоящему изобретению предложен способ уменьшения протечек в трубопроводе, предназначенном для транспортировки жидких сред, включающий ввод в жидкую среду, передaваемую по трубопроводу, множества герметизирующих элементов, которые притягиваются к месту утечки и вследствие перепада давления, вызванного наличием течи, перемещаются внутри трубопровода и скапливаются в месте утечки, уменьшая тем самым протечку; при этом эффективный размер герметизирующих элементов SE меньше эффективного размера течи SL. Настоящее изобретение основывается на том, что при наличии течей малых размеров перепад давления, вызванный утечкой текучей среды из подобной течи, также очень мал. Кроме того, если единичный герметизирующий элемент вводится в трубопровод с целью перекрытия течи малых размеров, он не будет захвачен течью. В действительности, даже в случае введения множества герметизирующих элементов вероятность того, что один из них будет захвачен течью, является очень низкой вследствие низкого перепада давления, упомянутого выше.-1 006935 Следовательно, настоящее изобретение предусматривает использование множества герметизирующих элементов, при этом эффективный размер каждого элемента меньше эффективного размера течи. В результате, некоторые из введенных герметизирующих элементов могут оказаться вблизи от течи малых размеров, при этом их размер будет достаточно мал, чтобы обеспечить чувствительность к воздействию низкого перепада давления. Под воздействием низкого перепада давления некоторое количество герметизирующих элементов притягивается к течи таким образом, что некоторое количество этих элементов накапливается в месте утечки, постепенно перекрывая ее. Следует также принять во внимание, что, по мере того, как происходит частичное перекрывание течи, ослабляется утечка текучей среды и при этом уменьшается и без того малый перепад давления, что усложняет задачу обеспечения чувствительности герметизирующих элементов к перепаду давления. Использование герметизирующих элементов, эффективный размер которых меньше эффективного размера течи, позволяет учитывать уменьшение перепада давления по мере ослабления утечки текучей среды. Следует отметить, что задачей настоящего изобретения является не полное прекращение, а частичное уменьшение утечки текучей среды. В одном из вариантов реализации изобретения течь характеризуется значениями ее максимального размера xL и максимальной ширины в ортогональном направлении уL, а эффективный размер течи определяется по формуле(1) при этом если герметизирующий элемент имеет размеры a, b и с по взаимно ортогональным направлениям, то эффективный размер SE герметизирующего элемента определяется по формуле(2) Согласно другому варианту реализации изобретения размер герметизирующих элементов рассчитывается по формуле(4) В качестве примера, если рассматривать утечку через приблизительно круглое или прямоугольное точечное отверстие, то xL равен уL, и, таким образом, формула (1) упрощается и приводится к видуSL=21/2xL. При протечке через волосную трещину уL по сравнению с xL будет приблизительно равен нулю, при этом правая часть (1) упрощается до xL. В случае приблизительно сферического или кубического герметизирующего элемента а, b и с, по существу, равны, при этом формула (2) упрощается и принимает вид SE=31/2 а. Формула (4) в данном случае упрощается до SE=31/2 а/3. Альтернативно, в случае использования тонкого плоского прямоугольного герметизирующего элемента с, по сравнению с а, равным b, приблизительно равно нулю, таким образом,формула (2) упрощается и принимает вид SE21/2a. Предпочтительно, эффективный размер герметизирующих элементов, вводимых в трубопровод,варьируется в рамках определенного диапазона. В результате, мы получаем возможность перекрыть ряд течей, эффективный размер которых находится в рамках определенного диапазона. Для удобства, будем считать, что существует заранее установленное распределение эффективных размеров герметизирующих элементов. Было установлено, что эффективный размер каждого герметизирующего элемента должен быть меньше или равен 5 мм, меньше или равен 1 мм или должен находиться в диапазоне от 0,5 до 0,1 мм. В данном описании плавучесть и другие родственные термины относятся к плотности герметизирующих элементов в сравнении с плотностью текучей среды внутри трубопровода. Соответственно, термин обладающий общей нейтральной плавучестью относится к герметизирующим элементам, обладающим плотностью, в общем, близкой к плотности текучей среды внутри трубопровода. Предпочтительно, если плотность герметизирующих элементов находится в диапазоне 75-125% от плотности текучей среды в трубопроводе, более предпочтительно, если данный диапазон составляет 90-110%, и еще более предпочтительно, если он составляет 95-105%. Герметизирующие элементы, которые обладают достаточной нейтральной плавучестью в текучей среде внутри трубопровода и имеют эффективный размер, меньший, чем эффективный размер течи, могут быть достаточно равномерно распределены в текучей среде внутри трубопровода, при этом они достаточно малы, чтобы быть притянутыми к течи под действием перепада давления, возникающего в этом месте. В результате, протечка через течи в трубопроводе (т.е. по всей окружности трубопровода) может быть уменьшена. Настоящее изобретение может быть применено для сокращения протечек из открытых трубопроводов, т.е. трубопроводов, по которым возможен перенос текучей среды из одного места в другое; и для сокращения протечек из закрытых трубопроводов, т.е. трубопроводов, по которым может осуществляться рециркуляция текучей среды. Тем не менее, настоящее изобретение наиболее подходит для использования в применении к открытым трубопроводам, например трубопроводам, по которым переносится вода или неочищенная нефть. Течь, которую необходимо перекрыть, может быть следствием возникновения точечных отверстий,появляющихся в результате воздействия на стенку трубопровода таких факторов, как коррозия, анаэроб-2 006935 ные бактерии или эрозия стенки трубопровода вследствие питтинга под воздействием твердой фазы многофазного потока. Кроме этого, возможно образование трещин в трубопроводе, вызванное структурными дефектами стыков и фланцев или усталостью материала стенок трубопровода. Способ согласно настоящему изобретению предусматривает введение множества герметизирующих элементов в трубопровод. Обычно относительно большое количество (например, сотни или тысячи) сравнительно небольших герметизирующих элементов (например, с эффективным размером (SE), меньшим или равным 5 мм, как было рассмотрено выше) может быть введено в трубопровод для сдерживания протечки через течь в трубопроводе. Для снижения протечки через течь малого размера, например через точечную течь, необходимо использование герметизирующих элементов еще меньшего размера. Если размеры течи малы, то зона пониженного давления соответственно также мала; при данных обстоятельствах герметизирующий элемент, эффективный размер которого превышает эффективный размер течи,может обладать недостаточной чувствительностью для того, чтобы быть притянутым в зону пониженного давления и уменьшить протечку. Таким образом, для того чтобы уменьшить протечку через течь независимо от размера течи и ее местонахождения в трубопроводе, способ согласно настоящему изобретению предполагает использование герметизирующих элементов с достаточной нейтральной плавучестью и эффективным размером, меньшим, чем эффективный размер течи. Таким образом, в соответствии с размером и формой течи способ, представленный в настоящем изобретении, предполагает введение в трубопровод относительно малого количества герметизирующих элементов (например, менее 1000) в форме сыпучих легкоразличимых дискретных элементов вполне определенной формы (например, по существу, прямоугольные плоские элементы), относительно большого эффективного размера (например, от 1 до 5 мм). Альтернативно, в трубопровод может быть введено относительно большое количество герметизирующих элементов (например, больше 1000) в виде сыпучих элементов небольшого эффективного размера (например, от 0,1 до 0,5 мм). В настоящем изобретении рассматриваются течи небольшого размера, например такие, скорость утечки через которые составляет 0,1 л/с. Способ согласно настоящему изобретению предполагает введение в трубопровод множества герметизирующих элементов. Количество герметизирующих элементов, которое требуется для эффективного снижения протечки через конкретную течь в трубопроводе, будет зависеть от характера течи, являющейся причиной протечки. Например, намного меньшее количество герметизирующих элементов потребуется для эффективного снижения протечки через точечную течь по сравнению с трещиной. Таким образом,при условии, что свойства течи известны, размер, форма и количество вводимых в трубопровод элементов могут быть заранее установлены. В другом случае, когда наличие или отсутствие течей и, следовательно, их характер неизвестны, например при проведении регламентной проверки технического состояния трубопровода, в трубопровод вводится совокупность элементов различной формы, размер которых варьируется в рамках заранее установленного диапазона. Использование элементов различного размера,который варьируется в рамках заранее установленного диапазона, более выгодно еще и тем, что при относительно большой течи герметизирующие элементы как большого, так и малого размера будут притягиваться к месту утечки вследствие относительно большого перепада давления, возникающего в этом месте, но только герметизирующие элементы относительно большого размера смогут обеспечить первоначальное перекрытие течи и уменьшить протечку. Однако при уменьшении протечки происходит уменьшение перепада давления, и, как следствие, только герметизирующие элементы относительно малого размера будут притягиваться к месту утечки. Как было упомянуто выше, форма герметизирующих элементов, используемых в способе настоящего изобретения, может быть выбрана в зависимости от конкретных рассматриваемых обстоятельств,таких, например, как тип трубопровода, характер течи, характер текучей среды внутри трубопровода. Таким образом, касательно формы герметизирующих элементов не существует принципиальных ограничений. Например, возможно использование, по существу, плоских, прямоугольных элементов, по существу, сферических элементов, например в виде шариков, или элементов неправильной формы. Согласно способу настоящего изобретения герметизирующие элементы выбирают в соответствии с природой текучей среды, передаваемой по трубопроводу. В частности, плотность герметизирующих элементов, в общем, равна плотности текучей среды, передаваемой по трубопроводу, т.е. они обладают нейтральной плавучестью, что позволяет им быть фактически невесомыми внутри трубопровода, как было рассмотрено выше. Нейтральная плавучесть снижает скорость осаждения герметизирующих элементов, поддерживая их во взвешенном состоянии под воздействием турбулентности, которая, в свою очередь, является неотъемлемой характеристикой большинства видов текучих сред в трубопроводах, и тем самым помогает обеспечить уменьшение протечки по всей окружности трубопровода. Предпочтительно, в состав герметизирующих элементов входят материалы, не оказывающие абразивного воздействия на стенки трубопровода. Возможно применение материалов из пластмассы, например поливиниловых полимеров, таких как полиэтилен и полипропилен. Предпочтительно отсутствие у герметизирующих элементов острых краев, что предотвращает накапливание герметизирующих элементов на тех участках трубопровода, где отсутствует течь, и также предотвращает абразивное воздействие на стенки трубопровода.-3 006935 В соответствии со способом настоящего изобретения единственной силой, удерживающей герметизирующие элементы на стенке трубопровода в районе течи, является сила перепада давления, вызванного наличием протечки. Таким образом, в случае отключения трубопровода и сброса давления перепад давления перестает действовать и герметизирующие элементы больше не могут удерживаться в районе утечки. В некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения в состав некоторых герметизирующих элементов могут, таким образом, входить связующие средства для прикрепления герметизирующих элементов к стенке трубопровода. Такие связующие средства позволяют герметизирующим элементам оставаться на своем месте в случае сброса давления в трубопроводе или в ответ на воздействие других факторов, таких как изменение размеров течи по прошествии некоторого времени, кратковременные волны давления или удары, возникающие в результате использования внутри трубопровода различных приспособлений, таких как скребок для чистки трубопроводов. В состав таких связующих средств может входить, например, адгезив, высвобождающийся с течением времени под воздействием тепла, давления или химического реагента. Предпочтительно, если почти каждый герметизирующий элемент в своем составе имеет средство опознавания, чтобы обеспечить возможность определения местонахождения каждого герметизирующего элемента при помощи устройства обнаружения. Таким образом, появляется возможность определения местонахождения герметизирующих элементов и, как следствие, возможность определения осевой и радиальной позиции течи. Также возможно определение взаимного расположения герметизирующих элементов и, как следствие, определение конкретного вида течи, вызывающей протечку, например можно определить, является ли протечка следствием точечной или щелевой течи. В состав средства опознавания может входить любой подходящий идентификатор, который может быть опознан устройством обнаружения, находящимся либо снаружи, либо внутри трубопровода. Например, в состав средства опознавания может входить любой идентификатор, будь то магнитный, радиоактивный, флуоресцентный, пьезоэлектрический, цветной, люминесцентный, люминесцентный под воздействием температуры, испускающий волны инфракрасного или ультрафиолетового диапазона, электромагнитный (например, резонирующий при определенной частоте), термочувствительный агент или любое иное подходящее вещество биологического или химического происхождения. Средство опознавания может реагировать на определенные окружающие условия, возникающие в районе местонахождения течи. Например, средство опознавания может реагировать на разность давлений, действующих на герметизирующий элемент, перекрывающий течь, или на нагрузку, производимую на герметизирующий элемент в результате фазового перехода жидкость-газ (эффект Джоуля-Томпсона), связанного с падением давления в районе течи. Средство опознавания может также реагировать на воздействие света, воздуха,почвы или воды. Средство опознавания может также реагировать на устройства, перемещающиеся внутри трубопровода, например скребок для чистки трубопровода, которые могут вызывать значительные колебания давления. Герметизирующие элементы, в состав которых входит средство опознавания, могут содержать смесь материалов, в которых идентификатор заключен в субстрат-подложку. Например, вполне вероятно, что магнитный или радиоактивный идентификатор будет обладать большей плотностью, чем текучая среда, передаваемая по трубопроводу, следовательно, идентификатор должен быть заключен в субстратподложку, плотность которого меньше плотности текучей среды, переносимой по трубопроводу для того, чтобы обеспечить достаточную нейтральную плавучесть герметизирующих элементов. В настоящем изобретении наиболее предпочтительным для использования является герметизирующий элемент, в состав которого входит магнитный или радиоактивный идентификатор с более высокой плотностью в пластиковом субстрате с меньшей плотностью. В тех предпочтительных вариантах реализации изобретения, где в состав герметизирующих элементов входит средство опознавания, герметизирующие элементы могут быть обнаружены устройством обнаружения, находящимся либо снаружи, либо внутри трубопровода. Таким образом, устройство обнаружения может быть установлено на устройство, перемещающееся внутри трубопровода, например на скребок для чистки трубопровода, который используется внутри трубопровода или с внешней стороны трубопровода. Внутренние устройства обнаружения в большинстве случаев лучше подходят для трубопроводов большого диаметра, например, малодоступных, таких как удаленные, подземные и подводные трубопроводы. Внешние устройства обнаружения в большинстве случаев лучше подходят для трубопроводов меньшего диаметра, доступ к которым не затруднен, таких как, например, трубопроводы, используемые на большинстве промышленных предприятий. Задача устройства обнаружения заключается в сканировании трубопровода после введения герметизирующих элементов для обнаружения тех из них, которые были захвачены течью в трубопроводе. Как было упомянуто выше, устройство обнаружения может первоначально обнаружить продольное положение течи, т.е. положение течи вниз или вверх по потоку. Предпочтительно, если устройство обнаружения может определять радиальное положение течи, т.е. положение течи по отношению к окружности трубопровода. Еще более предпочтительно, если устройство обнаружения может определять плотность и размеры отдельного герметизирующего элемента или групп герметизирующих элементов, расположенных на стенке трубопровода. Это позволяет в дополнение к определению продольного и ради-4 006935 ального положения определять длину и ширину течей. После того как положение и размеры течи были установлены, данный участок трубопровода можно заменить или отремонтировать по обстоятельствам. Способ настоящего изобретения предусматривает введение герметизирующих элементов в трубопровод вверх по потоку от исследуемого участка трубопровода. Введение герметизирующих элементов в трубопровод может быть осуществлено, например, через расположенный выше по потоку клапан, через систему подачи устройств для чистки трубопровода изнутри или путем вскрытия трубопровода в районе течи без прекращения его эксплуатации. Извлечение герметизирующих элементов из трубопровода может быть осуществлено ниже по потоку от исследуемого участка трубопровода. Герметизирующие элементы могут быть удалены при помощи фильтра, имеющего предпочтительно коническую конструкцию для минимизации закупоривания трубопровода. Таким образом, можно произвести изъятие герметизирующих элементов с целью повторного их использования. Как вариант, используемые герметизирующие элементы могут быть достаточно малы,чтобы остаться в потоке текучей среды внутри трубопровода без нанесения повреждений инфраструктуре трубопровода в направлении вниз по потоку. Во многих случаях в конце трубопровода находится перерабатывающая установка, оснащенная фильтрами и разделителями потока. В таких случаях герметизирующие элементы могут быть удалены из потока текучей среды в процессе операции, выполняемой при обычной эксплуатации трубопровода. Нижний предел эффективного размера герметизирующих элементов может быть обусловлен способом изъятия этих элементов из трубопровода, например, размером ячейки фильтра. В соответствии с настоящим изобретением дополнительно предлагается герметизирующий элемент, используемый для введения в жидкую среду, передаваемую по трубопроводу, предназначенному для транспортировки жидких сред, с целью уменьшения протечки через течь в данном трубопроводе за счет скапливания герметизирующих элементов внутри трубопровода в месте утечки в тех случаях, когда течь может быть определена на основе ее максимального размера xL и ее максимальной ширины в ортогональном направлении yL, а эффективный размер течи определяется формулой(1) Если герметизирующий элемент имеет размеры a, b и с по взаимно ортогональным направлениям,тогда эффективный размер SE герметизирующего элемента определяется по формуле(2) При этом герметизирующий элемент удовлетворяет следующему условию:(3) Предпочтительно, если в состав герметизирующего элемента входят пластиковый субстрат и магнитное или радиоактивное средство опознавания для обеспечения возможности обнаружения герметизирующего элемента при помощи устройства обнаружения. Ниже приводится подробное описание вариантов выполнения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые фигуры. Фиг. 1 - схематически представленный вид участка трубопровода без течи, в который были введены герметизирующие элементы, описанные в настоящем изобретении, в соответствии со способом настоящего изобретения; фиг. 2 - схематически представленный вид участка трубопровода, находящегося ниже по потоку от участка трубопровода, представленного на фиг. 1, на котором показана течь в трубопроводе; фиг. 3 - вид, представленный на фиг. 2, показывающий герметизирующие элементы, уменьшающие протечку через течь. Настоящее изобретение направлено на уменьшение протечки текучей среды из небольшой течи в трубопроводе, т.е. капельной протечки, например, через точечные отверстия или волосные трещины в стенке трубопровода. Размеры любого отверстия, возникшего в результате нарушения целостности стенки трубопровода, могут быть определены на основе его максимального размера xL и максимальной ширины в ортогональном направлении yL, тогда эффективный размер течи определяется формулой(1) В таблице ниже приведены примеры некоторых типичных значений SL для течей, представляющих линейные геометрические фигуры с соотношением геометрических размеров (xL/yL) 5 и 10 (размеры указаны в миллиметрах). В соответствии с настоящим изобретением размеры герметизирующих элементов могут быть определены исходя из их максимальных размеров a, b и с по взаимно ортогональным направлениям. Эффективный размер герметизирующих элементов рассчитывается следующим образом:SE=(а 2+b2+с 2)1/2 Согласно способу настоящего изобретения используют герметизирующие элементы, удовлетворяющие следующему условию:(3) При использовании множества герметизирующих элементов, размер каждого из которых удовлетворяет условию (3), было установлено, что данные герметизирующие элементы чувствительны к малому перепаду давления, возникающему в районе местонахождения течей, к которым применяется настоящее изобретение. Под действием малого перепада давления некоторое количество герметизирующих элементов притягивается к месту течи; происходят постепенное накопление герметизирующих элементов в месте течи и перекрытие течи; при этом каждый отдельный герметизирующий элемент не может полностью загерметизировать или перекрыть течь. На фиг. 1 показан открытый трубопровод 1 (не в масштабе), по которому передается текучая среда. Ради простоты трубопровод показан как прозрачный. В данном примере по трубопроводу перемещается вода, хотя настоящее изобретение в одинаково равной мере применяется к другим текучим средам, таким, например, как сырая нефть. Направление потока воды по трубопроводу указано стрелкой А. Множество герметизирующих элементов 3, удовлетворяющих условию (3), вводится в трубопровод 1. Введение герметизирующих элементов 3 в трубопровод 1 может быть осуществлено любым подходящим способом, например через расположенный выше по потоку клапан, через систему подачи устройств для чистки трубопровода изнутри или путем вскрытия трубопровода в районе течи без прекращения его эксплуатации, как было рассмотрено выше. В настоящем примере каждый герметизирующий элемент 3 имеет в своем составе, по существу,прямоугольную плоскую субстрат-подложку из пластмассы в сочетании со средством опознавания, содержащими магнитный идентификатор. Наличие подложки, толщина 2 мм и размеры поверхности 3 мм на 3 мм приводят к итоговому значению эффективного размера SE, равному приблизительно 4,7 мм. К-6 006935 предпочтительным материалам для субстрат-подложки герметизирующего элемента 3 относятся полипропилен (например, приплак (Priplak), зарегистрированный товарный знак Usiplast SA) и нейлон 6-6(Nylon 6-6), имеющий характерную плотность 1,15. К предпочтительным материалам для магнитных идентификаторов относятся керамический магнитный материал и магнитный материал из соединения неодимия и бористого железа. Материал подложки и магнитный идентификатор подобраны так, чтобы общая плотность герметизирующих элементов приблизительно равнялась 1 г/см 3, т.е. герметизирующие элементы обладают достаточно нейтральной плавучестью в текучей среде, передаваемой по трубопроводу (в данном примере - вода). Нейтральная плавучесть герметизирующих элементов 3 отражена на фиг. 1 в виде их фактически равномерного распределения вследствие этого в текучей среде в трубопроводе 1. Нейтральная плавучесть герметизирующих элементов 3 в сочетании с перемешиванием, вызванным фоновой турбулентностью, присутствующей в потоке, служат для значительно равномерного распределения герметизирующих элементов 3 в потоке. На фиг. 2 схематически представлен вид участка трубопровода 1 с течью 5, данный участок находится ниже по потоку от участка трубопровода 1, представленного на фиг. 1. В настоящем примере течь образована трещиной с соотношением геометрических размеров, равным 10, размером xL, равным 8,18 мм,и размером уL, равным 0,82 мм. Текучая среда выходит через течь 5 в направлении, показанном стрелкой В. Протечка через течь 5 вызывает перепад давления внутри трубопровода в районе течи 5. Возникающий перепад давления притягивает герметизирующие элементы 3 к течи 5, как показано на фиг. 2. Один герметизирующий элемент 3 А уже захвачен течью и частично перекрывает трещину. Как показано на фиг. 3, три герметизирующих элемента 3 расположены вдоль участков трещины 5,уменьшая протечку через нее. На некоторой стадии утечка уменьшается настолько, что перепад давления становится недостаточным для захватывания герметизирующих элементов 3. В сущности, эффективный размер остающейся течи теперь настолько мал, что герметизирующие элементы не удовлетворяют условию (3). Настоящая фигура показывает три герметизирующих элемента, перекрывающих течь. В случае использования герметизирующих элементов меньшего размера желательно, чтобы их количество было достаточно большим, что позволит перекрыть течь за счет накопления герметизирующих элементов. Средство опознавания герметизирующих элементов 3 может быть использовано для определения местонахождения и размеров течи 5. Устройство обнаружения (не показано на фигурах) для опознавания герметизирующих элементов 3 установлено на устройство, перемещающееся внутри трубопровода, например на скребок для чистки трубопровода, который используется внутри трубопровода. Предпочтительно начать движение скребка для чистки трубопровода по трубопроводу после того, как герметизирующие элементы 3 были введены и изъяты из трубопровода. Тогда скребок сможет опознать герметизирующие элементы 3, которые накопились над течью 5, проходя мимо них. Устройство обнаружения передает ответные сигналы идентификаторов в составе герметизирующих элементов 3 на центральный процессор (не показан на фигурах), чтобы таким образом распознать местонахождение течи 5. По величине ответного сигнала, находящегося в зависимости от эффективного размера герметизирующих элементов, можно определить этот размер и форму течи 5. Устройство обнаружения может либо передать ответные сигналы идентификаторов по мере их обнаружения, либо сохранить полученную информацию и передать ее в конце данного прохода по трубопроводу. Центральный процессор может находиться внутри или снаружи трубопровода. Подразумевается, что проиллюстрированный вариант осуществления изобретения описывает настоящее изобретение в одной из возможных форм реализации только с целью его иллюстрации. На практике, настоящее изобретение может быть применено к различным конструкциям и конфигурациям оборудования, при этом детализированные варианты осуществления изобретения должны быть понятны для специалистов в данной области техники. Например, герметизирующие элементы могут обладать способностью разлагаться под воздействием биологически активных веществ. Это позволит перекрыть и обнаружить с их помощью течь, в то же время с легкостью и безинвазивным образом извлечь герметизирующие элементы после проведения ремонтных работ по устранению течи. Более того, это упрощает извлечение излишних герметизирующих элементов ниже по потоку. Альтернативно, герметизирующие элементы могут быть выполнены таким образом, чтобы они химически реагировали на соединения, содержащиеся в смеси для промывки трубопровода, так чтобы их удаление происходило при взаимодействии со смесью, скажем, путем химической реакции разложения. В другом варианте осуществления изобретения в состав герметизирующих элементов входит индикаторный агент или маркерный краситель, который высвобождается при контакте с текучей средой, находящейся в трубопроводе. В результате, когда герметизирующие элементы оказываются в месте течи и перекрывают ее, индикаторный агент или краситель высвобождается в месте нахождения течи. По мере того как герметизирующие элементы перекрывают течь, в районе течи все же сохраняется малая протечка; индикаторный агент будет вытекать наружу вместе с текучей средой, таким образом, появляется возможность визуально определить местонахождение течи снаружи. Это особенно полезно в случае с подводными трубопроводами, так как течения быстро разбавляют маркерный краситель, усложняя его обнаружение. Действительно, доставка маркерного красителя непосредственно к местонахождению течи позволяет получить намного более высокую концентрацию высвобождаемого вещества по сравнению с-7 006935 известными методами, при применении которых индикаторный агент или краситель просто вводится в трубопровод, в результате чего только малая часть вещества вытекает наружу в месте течи. Частная форма выполнения герметизирующего элемента представляет собой капсулы с индикаторным агентом или маркерным красителем, оболочка которых разрывается при приближении к краям течи или при непосредственном контакте с ней. Таким образом, достигается более высокая концентрация высвобождаемого в районе течи маркерного красителя, который проходит сквозь течь, позволяя визуально определить местонахождение течи снаружи, в то время как оболочка капсул служит для перекрытия течи. Значительно лучше, если герметизирующий элемент обладает некоторой степенью растяжимости. Таким образом, если течь перекрыта, растяжение герметизирующих элементов будет способствовать дальнейшему уменьшению течи. Нейлон 6-6 (Nylon 6-6) медленно растягивается на 1,7% за 24 ч. Следовательно, в начальной фазе течь может быть не полностью перекрыта множеством герметизирующих элементов, притянутых к ней. Однако по истечении некоторого промежутка времени растяжение герметизирующих элементов может улучшить качество перекрытия течи. Сочетание данной характеристики с адгезией замедленного действия может привести к образованию полупостоянной закупорки течи. Настоящий вариант реализации изобретения описан в отношении герметизирующих элементов с нейтральной плавучестью. Тем не менее, в случае наличия значительной турбулентности потока плавучесть может быть ниже нейтральной или превышать ее в пределах от 75 до 125% от плотности текучей среды в трубопроводе. Предпочтительно, если данный диапазон составляет 90-110%, и еще более предпочтительно, если он составляет 95-105%. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ уменьшения протечки через течь в трубопроводе, предназначенном для транспортировки жидких сред, включающий введение в жидкую среду, передаваемую по трубопроводу, множества герметизирующих элементов, которые притягиваются к области местонахождения течи и под воздействием перепада давления, существующего в области течи и вызванного ее наличием, перемещаются внутри трубопровода и скапливаются в месте утечки, уменьшая тем самым протечку; причем эффективный размер герметизирующих элементов SE меньше эффективного размера течи SL. 2. Способ по п.1, при котором эффективный размер течи, имеющей максимальный размер xL и максимальную ширину в ортогональном направлении yL, определяют по формуле(1) а эффективный размер SE герметизирующего элемента, имеющего размеры a, b и с по взаимно ортогональным направлениям, определяют по формуле(2) 3. Способ по п.1, при котором эффективный размер герметизирующих элементов, которые вводят в трубопровод, варьирует в рамках определенного диапазона. 4. Способ по п.3, при котором существует заранее заданное распределение эффективных размеров герметизирующих элементов. 5. Способ по п.1, при котором эффективный размер каждого герметизирующего элемента меньше или равен 5 мм. 6. Способ по п.5, при котором эффективный размер каждого герметизирующего элемента меньше или равен 1 мм. 7. Способ по п.6, при котором эффективный размер каждого герметизирующего элемента находится в диапазоне от 0,5 до 0,1 мм. 8. Способ по любому вышеупомянутому пункту, при котором плотность герметизирующих элементов находится в диапазоне от 75 до 125% от плотности текучей среды, находящейся в трубопроводе. 9. Способ по п.8, при котором плотность герметизирующих элементов находится в диапазоне от 90 до 110% от плотности текучей среды, находящейся в трубопроводе. 10. Способ по п.9, при котором плотность герметизирующих элементов находится в диапазоне от 95 до 105% от плотности текучей среды, находящейся в трубопроводе. 11. Способ по любому вышеупомянутому способу, при котором, по существу, каждый герметизирующий элемент в своем составе имеет средство опознавания, чтобы обеспечить возможность определения местонахождения каждого герметизирующего элемента при помощи устройства обнаружения. 12. Способ по п.11, при котором в состав средства опознавания может входить любой идентификатор, например магнитный, радиоактивный, флуоресцентный, пьезоэлектрический, цветной, люминесцентный, люминесцентный под воздействием температуры, испускающий волны инфракрасного или ультрафиолетового диапазона, электромагнитный (например, резонирующий при определенной частоте) или термочувствительный агент. 13. Способ по п.12, при котором в состав герметизирующего элемента входит магнитный или радиоактивный идентификатор с более высокой плотностью на пластиковой подложке с меньшей плотностью. 14. Способ по любому вышеупомянутому пункту, при котором герметизирующие элементы представляют собой, по существу, плоские прямоугольные элементы.-8 006935 15. Способ по любому вышеупомянутому пункту, при котором в состав герметизирующих элементов входят материалы, не оказывающие абразивного воздействия на стенки трубопровода. 16. Способ по любому вышеупомянутому пункту, при котором в состав герметизирующих элементов входит пластмасса. 17. Способ по п.16, при котором в качестве пластмассы используют поливиниловый полимер. 18. Способ по п.17, при котором поливиниловый полимер представляет собой полиэтилен или полипропилен. 19. Способ по любому вышеупомянутому пункту, при котором в состав, по меньшей мере, некоторых герметизирующих элементов входит связующий материал для обеспечения прилипания герметизирующих элементов к стенке трубопровода. 20. Способ по п.19, при котором в состав связующего материала входит адгезивное вещество, которое может высвобождаться с течением времени под воздействием тепла, давления или химического реагента. 21. Способ по любому вышеупомянутому пункту, включающий операцию введения герметизирующих элементов в трубопровод через клапан, расположенный выше по потоку, через систему запуска устройства для чистки трубопровода изнутри или путем вскрытия трубопровода в районе течи без прекращения его эксплуатации. 22. Способ по любому вышеупомянутому пункту, включающий операцию обнаружения герметизирующих элементов, при котором устройство обнаружения обнаруживает продольное положение течи,и/или радиальное положение течи, и/или плотность и размеры одиночного герметизирующего элемента или групп герметизирующих элементов, расположенных на стенке трубопровода. 23. Способ по любому вышеупомянутому пункту, включающий операцию извлечения герметизирующих элементов из трубопровода ниже по потоку от исследуемого участка трубопровода. 24. Способ по п.23, при котором герметизирующие элементы извлекают посредством фильтра. 25. Способ по п.24, при котором фильтр имеет конусную конструкцию. 26. Герметизирующий элемент для введения в жидкость, передаваемую по трубопроводу, предназначенному для транспортировки жидких сред, с целью уменьшения протечки и/или определения местонахождения течи в трубопроводе за счет скапливания герметизирующих элементов внутри трубопровода в месте течи, причем течь характеризуется значением максимального размера xL и максимальной ширины в ортогональном направлении yL, эффективный размер течи определяют по формуле(1) а эффективный размер SE герметизирующего элемента, имеющего размеры a, b и с по взаимно ортогональным направлениям, определяют по формуле(2) при этом герметизирующий элемент удовлетворяет следующему условию:(3) 27. Герметизирующий элемент по п.26, в состав которого входит пластмассовая подложка и магнитное или радиоактивное средство опознавания, позволяющее обнаружить герметизирующий элемент при помощи устройства обнаружения.

МПК / Метки

МПК: F16L 55/162

Метки: трубопроводе, протечек, уменьшение

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/11-6935-umenshenie-protechek-v-truboprovode.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Уменьшение протечек в трубопроводе</a>

Похожие патенты