Устройство крепления пробозаборной трубки щелевого типа на трубопроводах для жидкости

Устройство крепления пробозаборной трубки щелевого типа на трубопроводах для жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технике отбора проб жидкости из трубопроводов, может найти применение в нефтяной и других областях промышленности, где требуется высокая точность определения примесей. Из сведений об аналогах, приводимых ниже, применяемые в таких условиях пробозаборные трубки щелевого типа в потоке жидкости испытывают механические воздействия, определяющие не только толщину их стенки по соображениям прочности, но и влияющие на представительность и качество отобранных проб. Тем не менее, конструктивные решения устройства крепления пробозаборной трубки этого типа в известных аналогах не нашли достаточного развития, что потребовало проведения дополнительного анализа, результаты которого положены в основу предлагаемого изобретения.

Известна схема крепления пробозаборной трубки щелевого типа устройства для отбора проб жидкости из трубопровода по патенту России 2085893 С1, кл. 6 G 01 N 1/10, 1997 г., выполненная согласно чертежу и описанию к патенту как консольное крепление пробозаборной трубки на крышке, монтируемой на патрубке трубопровода и имеющей далее штуцер отбора проб. Устройство отличается тем, что диаметр и длина пробозаборной трубки выбраны из соотношения 1:12-30. Заявленное удлинение обосновывают повышением качества пробы, достигаемое колебаниями трубки такого удлинения с частотой 30-180 Гц под действием набегающего потока. В качестве примера приводится расчет собственной частоты колебаний стержня длиной d=508 мм, толщиной t=33 мм по формуле f_ст=8,45×10⁵t/d²=108 Гц.

Не ставя под сомнение проведенные опыты по отбору проб и величины удлинений пробозаборной трубки и рассматривая только вопросы ее крепления, необходимо отметить не совсем удачную интерпретацию механических воздействий на консоль. Согласно известной литературе: Справочнику в трех томах "Прочность, устойчивость, колебания" под общей редакцией И.А.Биргера и Я.Г.Панкова. Издат. "Машиностроение", Москва, 1968, стр.245, 246, 478, 479; Трудам Московского энергетического института. Выпуск 32. Издат. МЭИ, 1959, стр.116, 117; книге академика Ю.А.Шиманского "Динамический расчет судовых конструкций". Гос.Союз. Издат. Судоремонтной промышленности, Ленинград, 1963, стр.44-47, ″... колебания плохообтекаемых тел..., например кругового цилиндра...троса..., возбуждаемых потоком тяжелой жидкости, лучше описываются как вынужденные колебания, и частота колебаний является почти линейной функцией скорости потока... Собственные колебания быстро затухают..., после чего останутся лишь вынужденные колебания". Проведенные на основании указанных работ расчеты показали, что колебания корпуса пробозаборной трубки должны происходить на порядок меньших частотах и в поперечном направлении, в связи с этим консольное крепление не обладает каким-либо положительным эффектом в сравнении с другими схемами крепления.

Известно также крепление пробозаборного элемента щелевого типа устройства для отбора проб жидкости из трубопровода по патенту России 2141105 С1, кл. 6 G 01 N 1/10, 1999 г., выполненное согласно чертежу и описанию к патенту на узле выхода устройства сверху трубопровода по консольной схеме крепления пробозаборного элемента на крышке, установленной на монтажном патрубке, а еще выше имеющего штуцер отбора проб. Одно из отличий устройства в том, что в качестве пробозаборного элемента используют трубку, среднее значение толщины стенки которой со стороны выполнения пробозаборного отверстия не возрастает от точки размещения в трубопроводе пробозаборной трубки и не превосходит 5 мм,...что согласно описанию дает возможность выбирать пробозаборную трубку с толщиной стенки, обеспечивающей необходимую для нее прочность на излом, а также уменьшить влияние факторов, под воздействием которых происходит заиливание пробозаборных отверстий в процессе эксплуатации.

Однако этот - один из основных отличительных признаков устройства, находится в противоречии с консольной схемой крепления пробозаборной трубки. При таком исполнении для трубопроводов с диаметром Ду 700-1400 мм, при скоростях потока, рассчитываемых по "Нормам технологического проектирования магистральных трубопроводов". РД 153-39.4-113-01, 2002, стр.29, в заделке пробозаборной трубки действуют большие знакопеременные нагрузки. Так, например, уже при скорости потока 5 м/сек, при Ду=1000 мм, на корпус пробозаборной трубки 42×3,5 мм действуют при консольном закреплении, в заделке - изгибающий момент ±51,14 кгс×м с частотой 3.7 Гц, а при заделке одного конца и свободно опертом втором конце - изгибающий момент ±1,62 кгс×м при той же частоте. Разница в нагрузке столь велика, что не требует дальнейшей критики крепления аналога с учетом изложенных требований минимизации толщины стенки пробозаборной трубки.

Кроме указанных устройств известны некоторые конструктивные элементы из описания способа отбора проб жидкости из трубопровода и устройства для его осуществления по патенту России 2144179 С1, кл.7 G 01 N 1/10, 2000 г. Одним из отличий конструкции является не только размещение пробозаборной трубки щелевого типа в трубопроводе через сальниковое устройство с запорной арматурой, но согласно чертежу и описанию к патенту установка дополнительно на пробозаборную трубку в зоне стыка монтажной горловины узла выхода и трубопровода кольца безопасности с амортизатором. Рассматривая такие элементы с точки зрения предлагаемого изобретения, необходимо отметить, что любые варианты дополнительной опоры в этой зоне не могут привести к радикальному уменьшению нагрузки, сопоставимому с указанным выше, так как сохраняется консольная схема крепления.

Известно устройство крепления пробозаборной трубки щелевого типа по ГОСТ 2517-85 с изменением №1-98, относящееся к методам отбора проб нефти и нефтепродуктов, принимаемое далее за прототип предлагаемого изобретения. ГОСТ 2517-85 оговаривает верхнее расположение узла выхода пробозаборного устройства, причем согласно изменению №1-98 и прилагаемым чертежам, в том числе с пробозаборной трубкой щелевого типа, закрепленной в виде консоли сваркой на крышке, установленной на фланце монтажного патрубка, выше к корпусу пробозаборной трубки приварен фланец крепления линии отвода проб. В изменении №1-98 заданы требования к положению пробозаборной трубки. ГОСТ 2517-85 содержит также общие требования к пробозаборным устройствам: конструкция должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать изгибающие моменты под влиянием максимальной скорости потока в трубопроводе, противостоять вибрации, а также создавать минимальные возмущения в потоке.

К недостаткам крепления по прототипу относится прежде всего техническая сложность реализации прочной тонкостенной пробозаборной трубки щелевого типа при консольном креплении на трубопроводах больших диаметров и при больших скоростях потока, тем более конструкции, противостоящей перемещениям и вибрации. Кроме того, обеспечение заданного положения пробозаборной трубки при сборке практически "в слепую", без регулировки этого положения, требует либо весьма высокой точности изготовления, либо эти требования фактически не обеспечиваются.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства крепления, обеспечивающего необходимые прочностные и эксплуатационные характеристики пробозаборной трубки щелевого типа за счет перехода от консольной к двухопорной схеме крепления и повышение точности установки за счет возможности корректировки положения пробозаборной трубки.

Задача решается тем, что в устройстве крепления пробозаборной трубки щелевого типа на трубопроводах для жидкости, включающем элементы корпуса пробозаборной трубки, фланцевое крепление на монтажном патрубке узла выхода сверху трубопровода и линии отвода проб, пробозаборная трубка щелевого типа оснащена вторым узлом крепления, расположенным с противоположной стороны трубопровода напротив узла выхода и выполненным в виде гнезда с элементами фиксации опорной законцовки, приданной корпусу пробозаборной трубки, а крепление на узле выхода выполнено регулируемым в соединении корпуса пробозаборной трубки с промежуточным диском, защемленным между фланцами монтажного патрубка и линии отвода проб.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами:

Фиг.1 - общий вид устройства крепления пробозаборной трубки щелевого типа на трубопроводах для жидкости;

Фиг.2, 3 - второй и верхний узлы крепления пробозаборной трубки, 1-й пример выполнения;

Фиг.4, 5 - второй и верхний узлы крепления пробозаборной трубки, 2-й пример выполнения.

Устройство крепления пробозаборной трубки щелевого типа на трубопроводах нефти и нефтепродуктов, показанное на Фиг.1, включает элементы 1 корпуса 2 пробозаборной трубки, фланцевое крепление 3 на монтажном патрубке 4 узла выхода 5, расположенного сверху трубопровода 6, и линии 7 отвода проб. С противоположной стороны трубопровода 6 напротив узла выхода 5 помещен второй узел крепления 8 пробозаборной трубки, выполненный в виде гнезда 9 с элементами фиксации 10 приданной корпусу 2 пробозаборной трубки опорной законцовки 11 - одного из элементов 1 крепления. При этом опорная законцовка 11 имеет цилиндрический поясок 12, переходящий в конус 13, притупленный в основании 14, конструкция которых может быть реализована различными способами, один из них показан для примера на чертеже. Крепление на узле выхода 5 выполнено регулируемым в соединении 15 корпуса 2 пробозаборной трубки, с промежуточным диском 16, защемленным между фланцами 17 монтажного патрубка 4 и линии 7 отвода проб в исполнении фланцевого крепления 3. Причем в этой зоне корпусу 2 пробозаборной трубки придана резьбовая часть 18, как другой элемент 1 крепления. На торце 19 резьбовой части 18 для ориентации пробозаборной трубки в заданном направлении вдоль оси трубопровода 6 выполнена прорезь 20. Соответственно на фланце 17 монтажного патрубка 4 предусмотрено координатное отверстие или нанесена метка "0".

Степень фиксации опорной законцовки 11 во втором узле крепления 8 и возможности регулировки в соединении 15 крепления на узле выхода 5 зависят от конкретных конструктивных решений, некоторые примеры которых приведены на Фиг.2, 3, 4, 5. На Фиг.2 показан пример выполнения второго узла крепления 8 пробозаборной трубки в виде гнезда 9 опорной законцовки 11 с элементами фиксации 10 - отверстием 21 приема конуса 13, цилиндрического пояска 12 и ограничения поперечных перемещений последнего, и донышком 22 ограничения положения основания 14. На Фиг.3 пример регулируемого, для изменения положения пробозаборной трубки по высоте и вдоль оси трубопровода 6, крепления на узле выхода 5. Промежуточный диск 16 выполнен с резьбовым отверстием 23, установлен на резьбовую часть 18 корпуса 2 пробозаборной трубки и зафиксирован контргайкой 24.

Сборку и крепление пробозаборной трубки щелевого типа по Фиг.1, 2, 3 проводят следующим образом. Выполняют подготовку к сборке, снимают с монтажного патрубка 4 узла выхода 5 элементы технологической защиты полости трубопровода 6 (заглушку или пленку). Пробозаборную трубку через монтажный патрубок 4 опускают элементом 1 - опорной законцовкой 11 корпуса 2 в узел выхода 5 до попадания ее конуса 13 и цилиндрического пояска 12 в отверстие 21 гнезда 9 второго узла крепления 8 и контакта основания 14 с донышком 22 элементов фиксации 10. При этом резьбовая часть 18 другого элемента 1 корпуса 2 пробозаборной трубки выходит наружу за плоскость фланца 17 монтажного патрубка 4. Прижимая к донышку 22 корпус 2 пробозаборной трубки, навинчивают, образовывая соединение 15, промежуточный диск 16 резьбовым отверстием 23 на резьбовую часть 18 до упора во фланец 17 монтажного патрубка 4. Зная фактические размеры от фланца 17 монтажного патрубка 4 до противоположной поверхности полости трубопровода 6 и до донышка 22, размеры пробозаборной трубки и опорной законцовки 11, вывинчивают корпус 2 пробозаборной трубки на несколько оборотов из промежуточного диска 16 и добиваются ее положения по высоте, соответствующего заданному. Придерживая корпус 2 пробозаборной трубки за торец 19, фиксируют сборку контргайкой 24 и доворачивают ее вместе с промежуточным диском 16 вокруг продольной оси до совмещения положения прорези 20 и координатного отверстия или метки "0" на фланце 17 монтажного патрубка 4. Проверяют сборку, извлекая пробозаборную трубку из трубопровода 6, и опускают ее вновь на место, контролируя возможность установки в гнездо 9 узла крепления 8 с усилием от руки. Устанавливают на промежуточный диск 16 и затягивают ответный фланец 17 линии 7 отвода проб с использованием стандартных составляющих фланцевого крепления 3 (герметизирующие прокладки, шпильки, гайки).

В случае недопустимости по условиям нагружения люфтов опорной законцовки 11 во втором узле крепления 8 за счет зазоров между цилиндрическим пояском 12 и отверстием 21 применяют, например, открытое гнездо 9, показанное на Фиг.4. В качестве элементов фиксации 10 предусмотрена установленная на резьбе, выполненной в гнезде 9, гайка 25 с фиксаторами 26 (показаны шпильки с контргайками), например четырьмя, пропущенными через гайку 25, а между ними - контрольными отверстиями 27. При этом фиксаторы 26 направлены в пазы 28, выполненные на конусе 13 опорной законцовки 11. Один из пазов соответствует по направлению положению прорези 20 вверху пробозаборной трубки, напротив него на основании 14 в зоне визуального контроля через центральное отверстие 27 нанесена метка "0". Такая же метка выполнена внутри гнезда 9, закрытого герметичной крышкой 29.

При необходимости регулировки также и углового положения оси пробозаборной трубки применяют крепление на узле выхода 5, показанное для примера на Фиг.5. Соединение 15 выполнено в виде шарнира 30, содержащего свободно помещенный на резьбовой части 18 корпуса 2 пробозаборной трубки промежуточный диск 16 с гладким центральным отверстием 31, винтами 32, например четырьмя, и заходным конусом 33, а также сопрягаемую с ним сферическим сегментом 34 направляющую гайку 35 с отверстиями 36, через которые пропущены винты 32. Все соединения законтрены и застопорены, винты 32 - контровочной проволокой 37, направляющая гайка 35 - контргайкой 24.

Сборку и крепление пробозаборной трубки щелевого типа по Фиг.1, 4, 5 проводят после подготовки, описанной выше, кроме того, снимают с гнезда герметичную крышку 29, выворачивают на 2-3 оборота гайку 25, а из нее на 2-3 оборота фиксаторы 26.

Пробозаборную трубку через монтажный патрубок 4 опускают, как описано выше, до контакта с гайкой 25 в гнезде 9 узла крепления 8. Вворачивая гайку 25, при визуальном контроле через отверстия 27, зная размеры опорной законцовки 11 и ее частей, а также фактическое положение гнезда 9 относительно поверхности полости трубопровода 6, устанавливают пробозаборную трубку по высоте в заданное положение. Для сборки шарнира 30 соединения 15 промежуточный диск 16 заходным конусом 33 вверх отверстием 31 продвигают вдоль резьбовой части 18 до касания фланца 17 монтажного патрубка 4. Пробозаборную трубку поворачивают вокруг продольной оси до совмещения меток "0" на основании 14 опорной законцовки 11 и на внутренней поверхности гнезда 9. Удерживая корпус 2 пробозаборной трубки по торцу 19 и за ориентированную прорезь 20, наворачивают направляющую гайку 35 резьбовым отверстием 23 по резьбовой части 18 до контакта сферического сегмента 34 и заходного конуса 33. Доворачивают промежуточный диск 16 в его плоскости для ввертывания через отверстия 36 направляющей гайки 35 винтов 32. Вращением винтов 32 корректируют положение корпуса 2 пробозаборной трубки, следя за тем, чтобы промежуточный диск 16 без зазоров лежал на фланце 17 монтажного патрубка 4. Навинчивают контргайку 24 на направляющую гайку 35, заневоливая шарнир 30. Проверяют сборку, извлекая пробозаборное устройство из трубопровода 6, опускают его вновь на место, контролируя возможность установки пробозаборной трубки в гнездо 9 узла крепления 8 с усилием от руки. Контролируют положение прорези 20. Выполняют контровку винтов 32 контровочной проволокой 37. Собирают линию 7 отвода проб с защемлением промежуточного диска 16, как описано в первом примере. Фиксаторы 26 элементов фиксации 10 вворачивают до контакта в пазы 28 конуса 13, обеспечивают их контровку, закрывают гнездо 9 герметичной крышкой 29.

При эксплуатации для обеспечения технического обслуживания и ревизии трубопровод 6 перекрывают, нефть из вертикальной части линии 7 отвода проб сбрасывают в трубопровод 6 при его дренаже и, разбирая стык фланцев 17, освобождают доступ к пробозаборной трубке. Затем ее извлекают, проводят необходимые работы без разборки соединения 15 и устанавливают на место с усилием от руки и обеспечением ориентации прорези 20. После этого собирают линию 7 отвода проб в обратном порядке.

Сочетания вариантов крепления на втором узле 8 и верхнем узле выхода 5 - Фиг.1, 2, 3 и Фиг.1, 4, 5 даны в примерах условно. На практике возможны иные комбинации элементов. Выбор варианта конструктивного исполнения зависит в немалой степени от технологических возможностей конкретного производства и может быть различным для различных изготовителей.

В процессе эксплуатации двухопорное крепление пробозаборной трубки щелевого типа гарантирует ее прочность и надежность в течение заданного срока службы при минимально возможной толщине стенки корпуса в сравнении с консольным прототипом, а также обеспечивает требуемое положение пробозаборной трубки при сборке и последующем техническом обслуживании.

К настоящему времени несколько различных комплектов предлагаемого устройства уже изготовлены и поставлены в эксплуатацию на узлах учета нефтепроводов большого диаметра.

Устройство крепления пробозаборной трубки щелевого типа на трубопроводах для жидкости, включающее элементы корпуса пробозаборной трубки, фланцевое крепление на монтажном патрубке узла выхода сверху трубопровода и линии отвода проб, отличающееся тем, что пробозаборная трубка щелевого типа оснащена вторым узлом крепления, расположенным с противоположной стороны трубопровода напротив узла выхода и выполненным в виде гнезда с элементами фиксации опорной законцовки, приданной корпусу пробозаборной трубки, а крепление на узле выхода выполнено регулируемым в соединении корпуса пробозаборной трубки с промежуточным диском, защемленным между фланцами монтажного патрубка и линии отвода проб.