Борьба с протечками в трубопроводе

Номер патента: 4112

Опубликовано: 25.12.2003

Автор: Мсеван Ян Кеннет

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ борьбы с протечками в трубопроводе, в котором в трубопровод вводят листовой уплотнительный элемент, автоматически перемещают или иным способом направляют его к месту протечки и благодаря перепаду давления в этом месте, который может быть обусловлен протечкой, обеспечивают притягивание уплотнительного элемента к этому месту и тем самым перекрытие протечки или ее герметизацию.

2. Способ по п.1, в котором уплотнительный элемент буксируют к известному месту протечки и отпускают вблизи места протечки.

3. Способ по п.2, в котором средство перемещения, буксирующее уплотнительный элемент, направляют к месту протечки из некоторого удаленного места.

4. Способ по п.1, в котором указанный элемент доставляют к месту протечки посредством перемещения текучей среды в трубопроводе, и как только он оказывается вблизи указанной протечки, его затягивает в нее благодаря перепаду давления, который может быть обусловлен этой протечкой.

5. Устройство для борьбы с протечками в трубопроводе, содержащее листовой уплотнительный элемент, расположенный в трубопроводе и выполненный с возможностью автоматического перемещения или направления иным способом к месту протечки и благодаря перепаду давления в этом месте, который может быть обусловлен протечкой, перемещения в это место с перекрытием протечки или ее герметизацией.

6. Устройство по п.5, в котором уплотнительный элемент содержит отдельные части, каждая из которых выполнена с возможностью переноса по трубопроводу потоком текучей среды.

7. Устройство по п.6, в котором различные части уплотнительного элемента обладают различной плавучестью.

8. Устройство по п.6 или 7, в котором различные части уплотнительного элемента имеют различную форму.

9. Устройство по п.5, содержащее сенсорные средства, используемые для определения места протечки и для перемещения или направления уплотнительного элемента к месту протечки.

10. Устройство по п.9, в котором уплотнительный элемент имеет форму листа, свернутого с образованием усеченного конуса с открытыми концами, по внешнему виду сходного с ветровым конусом, буксируемого сенсорными средствами или иным образом направляемого сенсорными средствами в зону протечки, после чего указанный лист притягивается к месту протечки благодаря перепаду давления, имеющемуся в этом месте.

11. Устройство по любому из пп.5-10 включительно, в котором уплотнительный элемент несет среду, расположенную на нем в виде покрытия или иным образом и способную при введении ее в контакт с трубопроводом крепко прилипать к нему, тем самым прочно закрепляя лист на месте поперек зоны протечки стенки трубопровода и герметизируя протечку.

12. Устройство по п.11, в котором указанная среда содержит клеящее вещество.

13. Устройство по п.12, в котором клеящее вещество содержится в микрокапсулах, которые разрываются под действием давления, действующего на уплотнительный элемент, когда он оказывается на месте для герметизации протечки.

14. Устройство по п.10, дополнительно содержащее чувствительные к давлению средства раскрепления, встроенные в буксирную сцепку и позволяющие буксирующему средству оставить уплотнительный элемент позади, в месте протечки, и в одиночку продолжить перемещение в соответствующее место сбора.

15. Устройство по любому из пп.5-14, в котором уплотнительный элемент снабжен приспособлением для определения местоположения, способным независимо или во взаимодействии с другим элементом или компонентом сигнализировать о местоположении уплотнительных средств.

16. Устройство по п.15, в котором приспособление для определения местоположения выполнено пассивным и в этом случае содержит петлю из электропроводящего материала, близость которой может быть обнаружена подвижным компьютеризованным устройством внутри трубы или соответствующим внешним детектором, или выполнено активным, в виде инфракрасного, акустического, радио- или оптического передатчика, выполненного с возможностью передачи сигналов непосредственно в окружающую среду снаружи трубопровода или на подвижное компьютеризованное устройство внутри него.

17. Устройство по любому из пп.5-16, в котором по меньшей мере два уплотнительных приспособления с равной или заданной относительной плавучестью соединены вместе, при этом обеспечивается перемещение соединенных приспособлений в трубопроводе в заданном положении, которое отчасти зависит от длины связующего звена.

18. Устройство по п.17, в котором связующее соединение выполнено с возможностью растворения или изменения длины под воздействием на протяжении заданного периода времени текучего содержимого трубопровода.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

1 Изобретение относится к борьбе с протечками в трубопроводах, например в сети трубопроводов, по которой передается текучая среда,и направлено на создание средств уменьшения или предотвращения протечек из отверстий,которые нарушают целостность трубопроводов и которые могут быть обусловлены такими причинами, как дефекты при изготовлении, поверхностные дефекты, ржавчина или другое коррозионное воздействие, проколы, старение трубопровода или наличие мест соединений. Весьма часто по каким-либо причинам значительные зоны трубопроводов, по которым передается текучая среда и которые являются частью системы трубопроводов, становятся по существу недоступными. Например, в магистральных системах водоснабжения значительные части трубопроводов расположены под землей,что влечет за собой большие затраты средств и времени при раскапывании участков трубопроводов, в которых предполагается протечка, для их обследования и/или ремонта. Таким образом, существует потребность в эффективном способе обнаружения места протечки, который не требует производства больших земляных работ. Такой способ описан, например, в международной заявке на патентPCT/GB99/03742. В этой заявке описан способ, согласно которому в трубопроводе размещают сенсорные средства для определения характеристик текучей среды. Эти 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 тем самым данных о протечках. Такое сравнение практически можно осуществлять с помощью средств, включающих нейронную сеть. Таким образом, известно, что место протечек может быть обнаружено без проведения земляных работ и прочих дорогостоящих мероприятий по поиску протечек. Однако для борьбы с протечками по-прежнему может понадобиться раскопать протекающий трубопровод или иным образом открыть к нему доступ, и настоящее изобретение направлено на уменьшение или устранение необходимости в таких действиях. Между тем в некоторых отраслях, таких как нефтяная, газовая и атомная промышленность, быстрое реагирование на протечки (или на отсутствие герметичности в целом) весьма важно. После перекрытия возникшего в результате протечки потока текучей среды необходимо точно определить местоположение этой протечки, чтобы можно было сделать капитальный ремонт или провести другие действия по исправлению дефектов. В некоторых случаях может существовать необходимость защиты от протекающей текучей среды рабочих, занятых 2 обнаружением места протечки и/или связанными с этим ремонтными работами. Варианты выполнения изобретения предназначены для удовлетворения по меньшей мере одной из указанных выше потребностей. В соответствии с изобретением предложены способ, устройство или система для контроля протечек в трубопроводе, согласно которым в трубопровод вводят уплотнительный элемент,автоматически перемещают или иным способом направляют его к месту протечки и, благодаря перепаду давления в этом месте, который может быть обусловлен протечкой, обеспечивают перемещение уплотнительного элемента в это место и перекрытие протечки или ее герметизацию. В одном варианте выполнения уплотнительный элемент содержит отдельные части,которые предпочтительно обладают различной плавучестью и каждая из которых выполнена с возможностью переноса потоком текучей среды по трубопроводу, при этом по меньшей мере одна из указанных частей притягивается к месту вблизи протечки благодаря перепаду давлений,который может быть обусловлен протечкой, и имеет такую форму и выполнена так, что после притягивания к внутренней поверхности трубопровода в области протечки она герметизирует протечку или, по меньшей мере, перекрывает поток текучей среды через нее. Части уплотнительного элемента могут иметь различные размеры и различную форму и могут быть выбраны так, что совместно с основным элементом, уже находящимся на месте и перекрывшим поток текучей среды через место протечки, для осуществления полной герметизации может действовать еще по меньшей мере один дополнительный элемент. В системах, в которых используются такие элементы, может существовать потребность в предварительном определении места протечки средствами, описанными в указанной выше международной заявке, или такая потребность может отсутствовать. Еще в одном варианте выполнения изобретения способ, описанный в указанной выше заявке, применяется для определения места протечки, а сенсорные средства, применяемые в этом способе, могут использоваться для перемещения уплотнительного элемента к месту протечки или для его направления к этому месту. В этом варианте выполнения уплотнительный элемент может, например, иметь форму листа, свернутого с образованием усеченного конуса с открытыми концами, отчасти по внешнему виду сходного с ветровым конусом. Этот элемент может перемещаться, буксируемый датчиком системы определения места протечки,или он может крепиться к другому элементу,направляемому этим датчиком в зону протечки,после чего указанный лист притягивается к месту протечки благодаря перепаду давления, 3 имеющемуся в этом месте. Предпочтительно уплотнительный элемент несет среду, расположенную на нем в виде покрытия или иным образом и способную при введении ее в контакт с внутренней стенкой трубопровода крепко прилипать к этой стенке, тем самым прочно закрепляя лист на месте в зоне протечки стенки трубопровода и герметизируя протечку. Очевидно, что присутствие указанного датчика в трубопроводе в месте, где осуществляется герметизация, не является необходимым,если только датчик действительно не используется для буксировки или иного перемещения уплотнительного элемента и разворачивания его на месте протечки. При условии, что датчик выполнил свою работу по обнаружению места протечки, которое таким образом стало известно операторам системы, уплотнительные средства могут направляться к обнаруженному месту средствами, приводимыми в действие на расстоянии от трубопровода. В других предпочтительных вариантах выполнения уплотнительные средства могут быть снабжены приспособлением, способным независимо или во взаимодействии с другим элементом или компонентом сигнализировать о местоположении уплотнительных средств, начиная, по меньшей мере, с момента остановки уплотнительных средств в месте герметизации протечки. Это приспособление может быть пассивным, таким как антенная петля и т.п., близость которого может быть обнаружена подвижным компьютеризованным устройством внутри трубы или соответствующим внешним детектором. Возможно также использование активного приспособления, например инфракрасного, акустического, радио- или оптического передатчика,способного передавать сигналы непосредственно в окружающую среду снаружи трубопровода или на подвижное компьютеризованное устройство внутри него. Чтобы облегчить понимание и осуществление изобретения, варианты его выполнения описаны (только для примера) ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает уплотнительный элемент, используемый в первом варианте выполнения изобретения; фиг. 2 схематически изображает элемент,представленный на фиг. 1, в месте герметизации или перекрытия протечки; фиг. 3(а) и 3(b) изображают уплотнительные элементы, используемые во втором варианте выполнения изобретения; фиг. 4 схематически изображает уплотнительный элемент наподобие представленного на фиг. 3(а) и 3(b), в месте герметизации или перекрытия протечки; фиг. 5 схематически изображает устройство, используемое в предлагаемом способе; 4 фиг. 6 иллюстрирует взаимосвязь между устройством, представленным на фиг. 5 и находящимся в протекающем трубопроводе, и измерением поля течения; фиг. 7 изображает комплект датчиков перепада давления, используемых в устройстве,представленном на фиг. 5; фиг. 8 изображает пример снятых характеристик давления протечки с использованием комплекта датчиков, представленного на фиг. 7,и фиг. 9 схематически изображает в поперечном разрезе трубу и комбинированный уплотнительный элемент, используемый в некоторых вариантах выполнения изобретения. Настоящее изобретение применимо в целом для текучих сред, например для нефти, воды, природного газа и так далее. Ниже данный вариант выполнения изобретения описан применительно к воде. При прохождении текучей среды по трубопроводу ее течение может быть представлено в виде поля, изменяющегося в соответствии с ее пространственным расположением в трубопроводе. Характеристики поля течения текучей среды изменяются в зависимости от большого количества параметров, включающих, например размер трубы (ее диаметр), давление текучей среды, поверхностные характеристики трубы,тип потока, наличие ответвлений и поворотов потока и так далее. Еще одним параметром, который влияет на характеристики поля течения текучей среды, является наличие протечки. Действительно, степень изменения этих характеристик зависит от таких параметров протечки, как размер, тип, геометрия и расположение в трубопроводе. Как выяснилось, одной из специфических проблем при обнаружении протечки является то, что влияние последней на поле течения текучей среды очень трудно обнаружить по нескольким причинам, одна из которых заключается в том, что поток воды в трубопроводе в целом не является ламинарным. Напротив, в потоке присутствует постоянная фоновая турбулентность, которая сглаживает изменения поля течения среды в результате утечки. Еще одна причина состоит в том, что изменения поля течения текучей среды в результате утечки чрезвычайно малы и ограничены в пространстве. Например, местное падение давления относительно общего или окружающего давления в трубопроводе, являющееся следствием протечки диаметром а, составляет порядка 1/4% и сопровождается эффектом исчезновения влияния протечки перед протечкой и за ней на отрезке трубопровода длиной от 5 а до 10 а. Это создает большие трудности даже при обнаружении протечки, а уж тем более при определении точного места протечки. Автор изобретения полагает, что одной из причин весьма незначительного и локального 5 влияния протечки является то, что поток в трубопроводе за протечкой очень быстро восстанавливается. Действительно, возмущение характеристики поля течения возможно является следствием составляющей скорости протекающей воды при ее прохождении через место протечки, причем эта составляющая по существу перпендикулярна направлению общего потока воды в трубопроводе. Влияние этой составляющей является малым относительно общего потока воды и быстро исчезает по обе стороны от протечки. Путем изменения указанных выше параметров, связанных с многообразными видами протечки, при отслеживании характеристик поля течения текучей среды, а также путем применения различных методик обработки данных можно соотносить вид протечки с указанными характеристиками, обеспечивая тем самым возможность определения места протечки и ее вида. Как показано на фиг. 5, система обнаружения места протечки содержит сенсорные средства в виде капсулы 2, расположенной в части 1 трубопровода, через который вода течет в направлении стрелки. Эта часть трубопровода имеет заданные параметры. Капсула имеет рассредоточенные по ее периферии датчики 3 для измерения характеристики поля течения текучей среды внутри трубопровода. Результаты измерений, проводимых датчиками 3, передаются на удаленный компьютер 4. Эти результаты могут передаваться в режиме реального времени, например с помощью передатчика, расположенного на капсуле, и соответствующего приемного устройства компьютера. Возможно также хранение результатов измерения в памяти капсулы, например на карте с микропроцессором, данные из которого могут передаваться в компьютер после прохождения капсулой указанного участка трубопровода. Капсула 2 выполнена с возможностью перемещения внутри трубопровода в потоке воды. Перемещение капсулы через определенный участок трубопровода может осуществляться под действием сил потока воды или с использованием тяговых средств для обеспечения возможности ее независимого перемещения в потоке воды. Капсула снабжена средствами определения местоположения, благодаря которым может быть определено ее положение в пределах участка трубопровода. Средства определения местоположения могут содержать, например,ультразвуковые датчики для точного измерения расстояния до стенок трубопровода и/или использовать технологию GSM для точного определения положения датчика, например, в пределах протяженного участка трубопровода. Могут также присутствовать средства управления перемещением для регулирования пространственного положения капсулы. Такие средства могут включать радиоуправляемые 6 лопасти, стабилизаторы и т.п. для направления капсулы в потоке. Данные измерений, проведенных датчиками, обрабатывают средствами обработки данных и сохраняют в памяти. Ряд данных получают из участков трубопровода с различными параметрами, как имеющих протечки различных видов, так и не имеющих их, при этом создают библиотеку характеристик поля течения текучей среды, которая может быть разграничена в соответствии с этими параметрами. При использовании искусственных нейронных сетей выполняют многократные повторные отборы данных,благодаря чему нейронная сеть обучается классифицировать эти характеристики со все возрастающей точностью. Использование указанной выше системы поясняется фиг. 6. Для исследования участка трубопровода необходимо наличие соответствующего входа в него для введения капсулы в поток. Введенная капсула 2 перемещается по трубопроводу, проводя отдельные измерения давления различными датчиками 3 давления. Результаты этих измерений записываются в капсуле. Как показывает профиль 6 давления, характеристики поля течения текучей среды, полученные на основании этих измерений, изменяются при наличии протечки 5. Таким образом, как показано на чертеже, измерения давления, проведенные датчиками, расположенными на капсуле, дают информацию о наличии протечки на основании графика зависимости давления от расстояния вдоль участка трубопровода. Протечка 5 расположена по длине трубопровода в точке х=L, которая как видно из графика, расположена в зоне измененного давления. Этот график приведен лишь в качестве иллюстрации и может изменяться в зависимости от геометрии протечки. При анализе результатов измерений в компьютер 4 могут быть введены подробные данные о геометрии трубопровода. В этом случае значимость того или иного изменения характеристик поля течения текучей среды может быть исследована более точно. Таким образом, для установления состояния трубопровода, например места и геометрии протечки, одних только измерений, проведенных капсулой, недостаточно. Для подробной оценки результатов измерений их сравнивают с аналогичными измерениями, проведенными на других участках трубопровода, внутреннее состояние которых известно. Эти известные измерения могут храниться в компьютере в библиотеке предшествующих измерений и связанных с ними данных о внутреннем состоянии трубопровода. Результаты этих измерений могут использоваться для формирования характерной кривой поля течения текучей среды исследуемого трубопровода, как в целом показано на графике, представленном на фиг. 6. Если такую кривую правильно отнести к соответствующей 7 категории или классифицировать, ее удобно сравнивать с аналогичными характерными кривыми, сформированными для трубопроводов с известной внутренней конфигурацией, что позволяет выявлять соответствующие характеристики. По существу нет необходимости в полном толковании самих измерений, их необходимо просто сравнить с данными предыдущих измерений, указывающими на известные характеристики, относящиеся к данному трубопроводу. При проведении анализа результатов измерений могут применяться нейронные сети. Предварительная обработка результатов измерений может проводиться по разным методикам, таким как факторный анализ, преобразование импульсов и спектральный анализ высокого порядка. При использовании предварительной обработки сигнала можно выделить максимальную величину параметра, относящегося к соответствующим аспектам образцовых полей течения, с минимизацией ненужной информации и помех. На фиг. 7 показан комплект датчиков, образующий сенсорные средства повышенной чувствительности. Этот комплект может быть расположен в капсуле 2, показанной на фиг. 1. В частности, в капсуле имеются четыре датчика перепада давления (например типа Honeywell 24 РСА) для обнаружения перепада давления между четырьмя выходами или отводами A-D для отбора давления, распределенными в радиальном направлении вокруг корпуса капсулы. Таким образом, может быть обнаружен перепад давления между выходами А-В, В-С, C-D и D-A. Поскольку абсолютное давление не определяется, датчики могут различать небольшие ограниченные перепады давления и, следовательно,обнаруживать небольшие падения давления,обусловленные протечками. Кроме того, благодаря угловому расположению выходов обеспечена пространственная фиксация места протечки. В отношении самого перепада давления следует отметить, что давление зависит от глубины, на которой в воде расположен соответствующий выход. Например, каждым 10 мм глубины соответствует 100 Па. Таким образом, при наличии протечки датчики могут легко выявлять перепад давления между выходами. Поле давления в области протечки может быть выражено уравнением: Р = 1/4(а/r)4[Рo-Рa],где Р - величина изменения давления,обусловленного наличием протечки,а - параметр линейного размера протечки(например радиус круглого отверстия),r - расстояние до протечки,Рo - давление среды в трубопроводе,Pa - давление снаружи трубопровода (может быть близко к атмосферному давлению).= 106 Па, Ра = 1 бар = 105 Па, а = 0,01 м, r = 0,05 м, то Р = 360 Па. На фиг. 8 показан пример снятой характеристики, а именно давления потока текучей среды. Данные, представленные на этом чертеже,получены в трубопроводе диаметром 0,2 м при расходе воды, равном 20 л/с, и давлении 1 бар(105 Па). В трубе в определенном месте было проделано отверстие диаметром 0,01 м, которое создавало утечку, составлявшую 0,7 л/с. Капсулу 2 дискретно перемещали вдоль трубопровода, снимая показания. На этом чертеже размер шага перемещения составляет 0,1 м. Для повышения стабильности показаний капсулу 2 в этом случае перемещали дискретно с тем, чтобы могла утихнуть ограниченная турбулентность, вызванная капсулой. Однако размер шага перемещения может быть уменьшен, а нестабильность показаний, вызванная ограниченной турбулентностью, как указано выше,может быть отфильтрована путем применения соответствующих методик предварительной обработки для создания более четкой общей характеристики или характерной кривой. Как видно из фиг. 8, сравнение характеристик, снятых датчиком перепада давления на выходах А-В и датчиком перепада давления на выходах D-A, показывает наличие выраженной аномалии в области протечки. Действительно,перепад давления уменьшается от точки на расстоянии примерно 0,1 м перед протечкой до минимума у места протечки, а затем за этим местом восстанавливается примерно на расстоянии 0,03 м от него. Падение давления в точке минимума значений составляет почти 50%. Разница в перепаде давления между линиями датчиков А-В и A-D на фиг. 8 может быть обусловлена естественным отклонением приборов или относительным наклоном датчиков. Как выяснилось, величина протечек связана с падением давления, измеренным датчиками перепада давления. Кроме того, следует отметить, что поскольку выходы D-A удалены от места протечки, падения давления не обнаруживается. Этот факт служит дополнительной иллюстрацией того, что возмущение характеристики поля течения текучей среды носит пространственно ограниченный характер. Хотя величина обнаруженного падения давления связана с величиной протечек, очевидно, что при удалении от протечки величина падения давления становится меньше. Тем не менее, падение давления, являющееся показателем величины протечки, можно различить и по перепаду давления в отверстиях В-С (для наглядности на фиг. 4 не показаны). Хотя результаты, представленные на фиг. 8, иллюстрируют простое падение давления,обнаруженное отводами А-В, которое сравнивают с контрольным падением, обнаруженным отводами D-A, следует отметить, что с исполь 9 зованием указанных выше аналитических методик точность обнаружения протечки и информации о протечках применительно к определенному трубопроводу может быть существенно повышена. На фиг. 1 показан уплотнительный элемент 1 в виде упругой мембраны из листа пластика или другого соответствующего материала, две противоположные стороны которого соединены вместе и который выполнен с открытыми концами 2 и 3, так что при заполнении текучей средой в трубопроводе(не показанном на фиг. 1) принимает форму усеченного конуса. В этом варианте выполнения изобретения предполагается, что место протечки известно например, в результате использования датчика,описанного со ссылками на фиг. 5-8, и как описано в указанной выше международной заявке. Таким образом, уплотнительный элемент 1 нужно переместить в зону протечки например,путем буксировки через трубопровод датчиком,фактически используемым для обнаружения места протечки, или другим приспособлением,направляемым в соответствующую зону либо самим датчиком, либо дистанционными передающими средствами. Когда уплотнительный элемент 1 оказывается подведенным достаточно близко к зоне протечки, перепад давления, который обусловлен протечкой и который в магистральном водопроводе может составлять до 16 бар (1,6 МПа), становится достаточным для затягивания элемента 1 в отверстие протечки, как показано на фиг. 2, и сложенный вдвое лист таким образом притягивается к внутренней стенке 4 трубопровода, часть которого обозначена номером 5. Это эффективно герметизирует протечку или,по меньшей мере, перекрывает ее. Предпочтительно на листе уплотнительного элемента 1 имеется соответствующее клеящее вещество,обеспечивающее возможность прочного прилипания этого элемента к стенке 4. Клеящее вещество может содержаться в микрокапсулах, разрывающихся благодаря давлению, действующему на элемент 1, когда он находится на месте герметизации протечки. В буксирную сцепку могут быть встроены чувствительные к давлению средства раскрепления, позволяющие буксирующему средству оставить уплотнительный элемент позади, в месте протечки, и в одиночку продолжить перемещение в соответствующее место сбора. Если же сам датчик протечки не используется как буксирующее средство, последнее может быть и одноразовым, и оставаться прикрепленным к уплотнительному элементу; при этом питание его движителя может быть отключено с помощью дистанционного управления. Уплотнительный элемент может быть выполнен не только в форме ветрового конуса,показанного на фиг. 1, но и в форме по меньшей мере одной ленты. При использовании таких 10 лент, которых для лучшего эффекта может быть несколько, они должны обладать положительной и отрицательной плавучестью различной степени, а некоторые из них - нейтральной плавучестью, так чтобы они могли дрейфовать по всей ширине трубопровода. Благодаря этому обеспечена высокая вероятность того, что по меньшей мере одна лента разместится в трубопроводе так, что она будет захвачена перепадом давления, обусловленным протечкой, и таким образом сможет переместиться в зону протечки и произвести необходимую герметизацию или перекрытие протечки. В любом случае после развертывания уплотнительного элемента или уплотнительных элементов и герметизации или перекрытия протечки необходимо повторное применение устройства для обнаружения протечек для выяснения, насколько успешно прошла работа по заделке протечки. Если эта работа не была успешной и/или успешной лишь в некоторой степени,может быть проведена еще одна операция с применением любого описанного выше способа. В случае, когда необходимо провести еще одну такую операцию для улучшения герметизации или ее завершения, могут применяться уплотнительные элементы, размеры которых и/или материал, из которого они выполнены, могут (может) отличаться соответственно от размеров и/или материалов элементов, применявшихся в первой операции. Кроме того, на уплотнительных элементах,используемых в последующей операции, может быть нанесено другое клеящее вещество, отличающееся от того, которое было нанесено на элементе(элементах), использовавшемся (использовавшихся) в первоначальной операции, с учетом того, что они должны прилипать главным образом к материалу элемента (элементов), уже находящегося(находящихся) на месте, а не к стенке 4 трубы 5. В некоторых случаях, особенно когда величина протечки, оставшейся после первой операции, относительно мала, на элементе (элементах), использующемся (использующихся) в последующей операции, клеящее вещество может совсем отсутствовать, особенно если материал элементов имеет несколько неровную поверхность, создающую фрикционное зацепление. Уплотнительные элементы типа, показанного на фиг. 1, или элементы в виде лент, описанные выше, могут быть введены в трубопровод независимо от места расположения протечки и/или без использования буксирующего или управляющего приспособления с обеспечением таким образом их перемещения по трубопроводу потоком находящейся в нем текучей среды и притягивания к месту протечки посредством указанного выше перепада давления. Однако при выборе такой тактики предпочтительно,чтобы применялись уплотнительные элементы 6 и 11, показанные на фиг. 3. В соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения, в трубопровод 7, часть 8 11 нижней стенки которого показана на фиг. 3(а),вводят свободно перемещающиеся элементы,например элементы 6, в виде упругой мембраны. Поверхность стенки 8 показана неровной из-за наличия наносов, окалины и/или других отложений. Элементы 6 по внешнему виду напоминают головастиков и как правило имеют форму небольших лент или ветровых конусов. В этом примере каждый элемент 6 имеет один или несколько поплавков, например 9 и 10. Предпочтительно различные элементы 6 имеют соответствующие пары поплавков с различными характеристиками плавучести, так что различные элементы будут находиться на различной высоте в трубопроводе, увеличивая тем самым вероятность того, что где-либо на окружности трубопровода, где может быть протечка, окажется по меньшей мере один элемент, который будет увлечен местным перепадом давления, возможно обусловленным протечкой, и притянут к отверстию протечки с обеспечением его герметизации. Как показано на фиг. 3(а), элемент 6 имеет относительно большой поплавок 9 с отрицательной плавучестью и относительно небольшой поплавок 10 с положительной плавучестью. При таких условиях общая плавучесть является отрицательной, так что элемент 6, приводимый в движение потоком текучей среды, имеет тенденцию ударяться о нижнюю стенку 8. Однако если элемент 6 оказался захваченным неровностью стенки трубы, небольшой поплавок 10 с положительной плавучестью обеспечивает возможность его перемещения действующими в трубопроводе инерционными силами, обусловленными потоком. Как только элемент оказывается вблизи протечки, силы перепада давления начинают преобладать над инерционными силами, так что элемент (при условии, что он имеет соответствующие размеры) притягивается на место с обеспечением герметизации протечки и удерживается там. Как указано выше, на элементе 6 может находиться соответствующее клеящее вещество для обеспечения прочного прилипания этого элемента в нужном месте. Практически в трубопровод 7 могут быть введены элементы 6 различных размеров, и при некоторых обстоятельствах предпочтительно вводить эти элементы группами из элементов с одинаковыми размерами, начиная с самых больших. Такая тактика позволяет снизить риск вытягивания небольших элементов через отверстие протечки и таким образом утраты всего устройства. На фиг. 3(b) показан еще один элемент 11 в виде головастика, который в отношении плавучести выполнен прямо противоположным образом по сравнению с элементом 6, и поэтому стремится удариться о верхнюю стенку 12 трубопровода 7. Элемент 11 имеет относительно большой поплавок 13 с положительной плаву 004112 12 честью и относительно небольшой поплавок 14 с отрицательной плавучестью и функционирует аналогично поплавку 6. При работе в поток текучей среды перед зоной трубопровода, которую необходимо обработать, выпускают большое количество элементов, таких как элементы 6 и 11, и других вышеописанных элементов, имеющих различные характеристики плавучести. Эти элементы перемещаются по течению с потоком текучей среды, и по меньшей мере один из них притягивается к каждой протечке, имеющейся в этой зоне, и герметизирует или, по меньшей мере,перекрывает ее. Этот процесс схематически проиллюстрирован на фиг. 4. Те элементы, которые не оказались захваченными перепадом давления, обусловленным протечкой, перемещаются далее, и при необходимости их собирают с помощью сети или другой соответствующей ловушки, установленной поперек трубопровода в удобном доступном месте, например в месте доступа к клапану. В некоторых трубопроводах для того, чтобы эффективно справиться с протечками, расположенными на одной или другой стороне(примерно на середине по высоте), может быть целесообразно соединить между собой по меньшей мере два уплотнительных приспособления с одинаковой или заданной относительной плавучестью. Это вызовет перемещение соединенных приспособлений в трубопроводе в заданном положении, которое отчасти зависит от длины связующего звена. Связующее соединение может быть выполнено с возможностью растворения или изменения длины под действием текучего содержимого трубопровода на протяжении заданного периода времени. Как показано на фиг. 9, положение равновесия уплотнительных элементов 90, 91 - посередине трубы 1 по высоте, поскольку эти элементы имеют одинаковую плавучесть, а длина связующего соединения 92 не позволяет им занимать какое-либо другое положение. Аналогично, уплотнительные элементы с положительной плавучестью, связанные соединением,длина которого меньше длины соединения 92,должны плыть ближе к верхней части трубы 1. Если соединение, например соединение 92,выполнено с обеспечением его растворения текучей средой, текущей в трубе, то в случае, когда один из элементов 90 или 91 притянется к протечке, другой в конце концов отделится от первого, и его унесет течением. Таким образом,будет устранена возможность того, что поток текучей среды, обтекающий соединенные элементы, унесет уплотнительный элемент от протечки, к которой он оказался притянутым. С другой стороны, если в конструкцию связующего звена 92 заложена необходимость его существенного укорочения, оно может быть выполнено с возможностью складывания и скрепле 13 ния вместе двух элементов 90 и 91 и их совместного действия по герметизации протечки. Очевидно, что возможно применение уплотнительных элементов разнообразной конфигурации, например в форме усеченного конуса,прямоугольных, трубчатых и так далее, из материала с различной жесткостью, а некоторые могут быть соединены соединительными связями,как описано выше, с обеспечением создания путем взаимного зацепления шаровой конструкции. Под действием протечки такая конструкция может приобретать форму плоского круглого составного тела, эффективно герметизирующего протечку. Эффективность процесса герметизации может быть увеличена путем снижения расхода текучей среды в обрабатываемой зоне трубы с сохранением при этом рабочего давления. Это увеличивает вероятность увлечения элементов в отверстие протечки перепадом давления, обусловленным протечкой, поскольку при таких условиях давление становится преобладающей силой, действующей на соответствующие элементы. При практических испытаниях первого описанного варианта выполнения изобретения в замкнутом трубопроводе, по которому под давлением 1,4 бар (140 кПа) протекала вода, создали протечку диаметром 10 мм, которая давала утечку 0,7 л/с. Уплотнительный элемент в форме ветрового конуса, такой как показан на фиг. 1, имеющий передний диаметр 80 мм, задний диаметр 20 мм и длину 300 мм, прикрепили к сенсорному устройству или рыбе, как его обычно называют, четырьмя тросиками по 400 мм длиной каждый. Когда рыбу протащили за протечку, элемент в виде ветрового конуса притянуло к ней, и он полностью ее загерметизировал, снизив течь до нуля. Когда ветровой конус стали тянуть дальше за протечку, его носовая часть фактически вошла в отверстие протечки. Герметизация указанной протечки является впечатляющим достижением, особенно если иметь в виду, что давление в обычных магистральных водопроводах может достигать 16 бар(1,6 МПа), так что можно ожидать, что при таких условиях притягивание элемента протечкой и производимое им затем герметизирующее действие будет еще более существенным. Некоторые или все уплотнительные элементы предпочтительно выполнены так, что их можно использовать с сигнальной системой для обнаружения протечки и/или определения места ее расположения. Такие элементы (ниже называемые мечеными элементами) могут с помощью своей собственной энергии передавать сигналы в удаленное место, расположенное снаружи трубопровода, или на ретранслятор, расположенный на трубопроводе, который в свою очередь передает сигналы (автоматически или в ответ на запрос) в удаленное место, либо пере 004112 14 давать сигналы внутри трубопровода для обнаружения компьютеризованным блоком, перемещающимся в трубопроводе. Возможно также наличие в меченом элементе контура электропроводящего материала, который может быть обнаружен компьютеризованным блоком, перемещающимся в трубопроводе, и/или внешними датчиками. Технически это может быть реализовано наподобие защитных ярлыков, используемых в универсальных магазинах и т.п. В целом технология использования меченых ярлыками элементов может быть активной(требующей наличия собственного источника питания) или пассивной (не требующей наличия собственного источника питания). Кроме того, в зависимости от различных критериев, таких как текучая среда, текущая в трубопроводе, материалы, размеры и состояние трубопровода, среда, окружающая трубопровод, и так далее, может применяться любая подходящая технология передачи сигналов. Подходящие технологии включают передачу и/или прием электрических,электронных, магнитных, электромагнитных,оптических, вибрационных, акустических или ультразвуковых сигналов, а также химических или радиоактивных индикаторов. При применении пассивных ярлыков предпочтительно перемещают по трубопроводу компьютеризованный блок, известный также под названием рш, снабженный датчиками для определения наличия пассивного ярлыка. При обнаружении этого ярлыка информацию об этом соотносят с расстоянием, пройденным ершом, и/или с другой информацией, которая дает данные о точном положении протечки. Такая информация может быть передана ершом наружу, где она может быть обнаружена, в режиме реального времени и использована немедленно или сохранена в ерше для последующего анализа. Если ярлык является активным, он сам может использоваться для передачи сигналов через любую подходящую среду, например по стенке трубопровода или через эту стенку, через текучую среду в трубопроводе и/или через среду, окружающую трубопровод. При передаче импульсных сигналов для оценки расстояния могут использоваться способы хронометрирования. Любая информация, передаваемая наружу из трубопровода, может быть направлена на удаленный приемник через ретрансляторы, расположенные на трубопроводе или вблизи него,или непосредственно воспринята детекторами или приемниками, расположенными вблизи трубопровода. В случае, когда трубопровод расположен под землей, детекторы или приемники могут быть опущены в пробные скважины, выполненные вблизи предполагаемого места протечки. 15 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ борьбы с протечками в трубопроводе, в котором в трубопровод вводят листовой уплотнительный элемент, автоматически перемещают или иным способом направляют его к месту протечки и благодаря перепаду давления в этом месте, который может быть обусловлен протечкой, обеспечивают притягивание уплотнительного элемента к этому месту и тем самым перекрытие протечки или ее герметизацию. 2. Способ по п.1, в котором уплотнительный элемент буксируют к известному месту протечки и отпускают вблизи места протечки. 3. Способ по п.2, в котором средство перемещения, буксирующее уплотнительный элемент, направляют к месту протечки из некоторого удаленного места. 4. Способ по п.1, в котором указанный элемент доставляют к месту протечки посредством перемещения текучей среды в трубопроводе, и как только он оказывается вблизи указанной протечки, его затягивает в нее благодаря перепаду давления, который может быть обусловлен этой протечкой. 5. Устройство для борьбы с протечками в трубопроводе, содержащее листовой уплотнительный элемент, расположенный в трубопроводе и выполненный с возможностью автоматического перемещения или направления иным способом к месту протечки и благодаря перепаду давления в этом месте, который может быть обусловлен протечкой, перемещения в это место с перекрытием протечки или ее герметизацией. 6. Устройство по п.5, в котором уплотнительный элемент содержит отдельные части,каждая из которых выполнена с возможностью переноса по трубопроводу потоком текучей среды. 7. Устройство по п.6, в котором различные части уплотнительного элемента обладают различной плавучестью. 8. Устройство по п.6 или 7, в котором различные части уплотнительного элемента имеют различную форму. 9. Устройство по п.5, содержащее сенсорные средства, используемые для определения места протечки и для перемещения или направления уплотнительного элемента к месту протечки. 10. Устройство по п.9, в котором уплотнительный элемент имеет форму листа, свернутого с образованием усеченного конуса с открытыми концами, по внешнему виду сходного с ветровым конусом, буксируемого сенсорными средствами или иным образом направляемого сенсорными средствами в зону протечки, после чего указанный лист притягивается к месту протечки благодаря перепаду давления, имеющемуся в этом месте. 16 11. Устройство по любому из пп.5-10 включительно, в котором уплотнительный элемент несет среду, расположенную на нем в виде покрытия или иным образом и способную при введении ее в контакт с трубопроводом крепко прилипать к нему, тем самым прочно закрепляя лист на месте поперек зоны протечки стенки трубопровода и герметизируя протечку. 12. Устройство по п.11, в котором указанная среда содержит клеящее вещество. 13. Устройство по п.12, в котором клеящее вещество содержится в микрокапсулах, которые разрываются под действием давления, действующего на уплотнительный элемент, когда он оказывается на месте для герметизации протечки. 14. Устройство по п.10, дополнительно содержащее чувствительные к давлению средства раскрепления, встроенные в буксирную сцепку и позволяющие буксирующему средству оставить уплотнительный элемент позади, в месте протечки, и в одиночку продолжить перемещение в соответствующее место сбора. 15. Устройство по любому из пп.5-14, в котором уплотнительный элемент снабжен приспособлением для определения местоположения, способным независимо или во взаимодействии с другим элементом или компонентом сигнализировать о местоположении уплотнительных средств. 16. Устройство по п.15, в котором приспособление для определения местоположения выполнено пассивным и в этом случае содержит петлю из электропроводящего материала, близость которой может быть обнаружена подвижным компьютеризованным устройством внутри трубы или соответствующим внешним детектором, или выполнено активным, в виде инфракрасного, акустического, радио- или оптического передатчика, выполненного с возможностью передачи сигналов непосредственно в окружающую среду снаружи трубопровода или на подвижное компьютеризованное устройство внутри него. 17. Устройство по любому из пп.5-16, в котором по меньшей мере два уплотнительных приспособления с равной или заданной относительной плавучестью соединены вместе, при этом обеспечивается перемещение соединенных приспособлений в трубопроводе в заданном положении, которое отчасти зависит от длины связующего звена. 18. Устройство по п.17, в котором связующее соединение выполнено с возможностью растворения или изменения длины под воздействием на протяжении заданного периода времени текучего содержимого трубопровода.

МПК / Метки

МПК: F16L 55/162

Метки: протечками, трубопроводе, борьба

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/10-4112-borba-s-protechkami-v-truboprovode.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Борьба с протечками в трубопроводе</a>

Похожие патенты