Одна из основных задач, стоящих сегодня перед компаниями ТЭК, – повышение эффективности производственных и инфраструктурных объектов. При обслуживании нефте- и газопроводов решение этой задачи во многом зависит от своевременного обнаружения загрязненных участков и немедленной ликвидации этих загрязнений.
Уже долгое время для диагностики и очистки трубопроводов используют камеры пуска/приема, что делает процесс не только дорогостоящим, но и не всегда возможным, ведь это громоздкое оборудование технически нельзя применить
для обслуживания некоторых трубопроводов-отводов и старых трубопроводов. В таких случаях диагностирование и очистка становятся настоящей проблемой. Для ее решения современные специалисты предлагают использовать трехходовые шаровые краны.
Компания ЗСПА («Завод специальной промышленной арматуры») в рамках программы импортозамещения начала изготовление трехходовых шаровых кранов, проанализировав мировой опыт их применения. За основу взят нетвертьоборотный шаровой кран 2/2, к которому сбоку пристыкован дополнительный вход для загрузки и выгрузки очистного или диагностического снаряда (рис. 1, 3, 4).
Технология в действии
Принцип применения трехходового шарового крана заключается в том, что для диагностики или очистки трубопровода на концах инспектируемого участка трубопровода устанавливаются кран запуска и кран приема снаряда. При этом нет необходимости снимать и заново устанавливать краны каждый раз, когда возникает необходимость проведения диагностики или очистки. Однажды установленные они могут оставаться на своем месте на протяжении всего периода
эксплуатации трубопровода.
Конструкция крана запуска и крана приема – идентичны: в зависимости от установки один и тот же тип крана может служить для запуска скребка или для его приема. А вот исполнение и материал кранов могут быть различными. Так, краны могут быть фланцевые или изготовленными под приварку, корпус крана может состоять как из нержавеющей стали, так и из углеродистой стали, способной работать в условиях УХЛ. Различия накладывают и условия эксплуатации: уплотнение седел может быть мягкое, совместимое с рабочей средой, или металл-металл.
Кран практически не оказывает воздействия на пропускную способность трубопровода. Это обеспечивается тем, что кран является пролнопроходным и имеет очень небольшое гидравлическое сопротивление. В то время когда на рубопроводе не проводятся мониторинговые работы, пробка трехходового крана установлена в открытом положении и кран полностью пропускает перекачиваемую среду. В таком положении он может находиться довольно длительное время. Чтобы запустить снаряд по трубопроводу, необходимо загрузить его в камеру крана. Для этого необходимо повернуть пробку на 90 ° поперек прохода трубопровода. Такое положение седла крана позволяет отсечь перекачиваемый поток от попадания в камеру, обеспечивая герметичность класса А (ГОСТ 9544) – наиболее высокий класс герметичности арматуры, не допускающий протечки среды через закрытый затвор при рабочем давлении.
После установления нужного положения седла крана, через загрузочную камеру загружается снаряд. Когда снаряд будет установлен в пробке, необходимо закрыть крышку камеры и повернуть шаровую пробку по потоку. Под воздействием перепада давления снаряд начнет двигаться и достигнет крана приема. Продвигаясь по трубопроводу, снаряд чистит или диагностирует его.
Когда снаряд войдет в шаровую пробку, с помощью редуктора или привода, установленного на кран, пробку поворачивают на 90 °, открывают крышку камеры и вынимают снаряд. После закрытия крышки пробка устанавливается в исходное положение по потоку.
Чтобы снаряд останавливался в пробке, а не пролетал ее насквозь, один конец пробки закрывают остановочной пластиной, свободно пропускающей перекачиваемую среду (рис. 2).
Безопасность – первый приоритет
Аварийное восстановление герметичности
Для обеспечения наибольшей надежности в трехходовых кранах, как и в обычных шаровых, предусмотрено аварийное восстановление герметичности посредством впрыска герметика в уплотнение штока и седел без останова среды.
Двойная защита
При разработке конструкции крана специалисты компании ЗСПА уделили особое внимание безопасности его обслуживания. Так как камера находится под постоянным давлением перекачиваемой среды, чтобы камера случайно не открылась, в кране предусмотрена система двойной блокировки: механическая и пневматическая. Механическая блокировка, совмещенная с клапаном сброса давления (вентиляционным клапаном), надежно фиксирует крышку и препятствует ее открытию, а пневматическая – блокирует байонетную систему, если давление превышает 0,1 бар. Двойная система защиты позволяет открыть крышку камеры только после того, как с помощью вентиляционного клапана будет сброшено давление из камеры в окружающую среду. Специалисты легко могут узнать, когда давление сброшено по звуку выходящей струи. При этом открытие клапана приводит к снятию механической блокировки и дает возможность открыть крышку.
Уменьшение крутящего момента
При перестановке пробки необходимо уменьшить крутящий момент, для этого в кране предусмотрена возможность выравнивания давления в камере и трубопроводе перед поворотом пробки на запуск снаряда.
Сигнал прохождения наряда
Убедиться, что снаряд ушел из крана или пришел в кран, помогают сигнализаторы ухода/прихода скребка, которыми укомплектована система. Это механические встроенные указатели положения, установленные на выходе и входе из пробки крана. Когда снаряд проходит мимо указателя, поднимается флажок, заметный на большом расстоянии и сигнализирующий о прохождении снаряда.
Стопорные и байпасные
Сегодня производят два типа трехходовых кранов: стопорные и байпасные. В первых при установке пробки в положение загрузки или выгрузки снаряда проходное сечение крана перекрывается, и рабочий поток останавливается (рис. 3).
В байпасных кранах при загрузке/выгрузке снаряда поток не прерывается и проходит через кран, что избавляет от необходимости в дополнительной трубной обвязке.
Секция байпаса всегда открыта. Таким образом, за счет постоянного потока среды, исключается ее накопление, застывание и кристаллизация.
Существуют разные конструкции байпасных кранов. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Специалисты ООО «ЗСПА» выбрали такую конструкцию байпасного крана, в которой используется традиционная для шаровых кранов шаровая пробка увеличенных размеров с улавливающей решеткой.
Эта конструкция делает кран удобным и долгим в эксплуатации, а также легким в обслуживании, включая возможность ремонта в полевых условиях, для чего не требуются особые инструменты и специальное обучение персонала. При техническом обслуживании любой компонент можно без труда заменить.
Еще одним несомненным преимуществом такой конструкции является то, что при осуществлении загрузки / выгрузки снаряда рабочий поток перекачиваемой среды практически не меняется.
В зависимости от величины зазора пропускная способность крана во время загрузки / выгрузки снаряда достигает 80 % от пропускной способности полностью открытого крана. Это достигается за счет того, что при повороте пробки в положение загрузки / выгрузки снаряда в камеру рабочий поток проходит через зазор между пробкой и корпусом (рис. 4).
Кран дает возможность использовать различные очистные снаряды и применять батарейный запуск.
Главной проблемой этой системы для диагностики трубопровода являются ограниченные размеры, а именно длина проходного сечения пробки. Нивелировать ее помогает применение малогабаритных диагностических дефектоскопов.
В своих исследованиях специалисты ООО «ЗСПА» использовали разработки немецкой компания ROSEN, которая производит компактные двунаправленные устройства для обнаружения и измерения потерь металла трубопроводов, имеющие высокие технические характеристики и позволяющие с высокой степенью вероятности регистрировать и точно измерять геометрические параметры всех типов дефектов.
Однако перед специалистами стояла задача: чтобы использовать компактные дефектоскопы, необходимо было увеличить длину прохода пробки до 1.7 – 2.0 DN. Этого удалось достичь с помощью небольшого увеличения диаметра пробки относительно стандартного крана, что дало возможность использовать оборудование компании ROSEN для диагностики трубопроводов.
Испытания в полях
Трехходовые шаровые краны производства ООО «ЗСПА» прошли сертификационные и приемочные испытания на полигоне в Саратове, и для подтверждения их работоспособности совместно с диагностическим снарядом предстояло провести диагностику реального трубопровода. Такие работы были проведены на кусте 1А16 Ачимгаза (рис. 5).
Ранее такие работы нигде в мире не проводились. Сначала был пропущен малогабаритный очистной скребок, который подтвердил возможность прохождения диагностического дефектоскопа. Затем – запущен диагностический дефектоскоп (рис. 6, 7). С помощью датчиков отслеживалось местоположение и скорость прохождения снаряда, а также велась запись информации о состоянии трубопровода.
Таким образом, впервые в мире была проведена диагностика трубопровода газа малогабаритным магнитным диагностическим дефектоскопом через трехходовые шаровые краны. Испытания прошли успешно и подтвердили возможность проводить диагностику трубопроводов, с использованием в качестве рабочей среды газа при помощи малогабаритного диагностического дефектоскопа ROSEN через трехходовые шаровые краны производства ООО «Завод
специальной промышленной арматуры».
