Нефтегазоперекачивающая система с комплексной вибрационно-компенсационной защитой

(51)7 16 51/00 КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ(56) Алиев Р.А., Белоусов В.Д., Немудров А.Г.,Юфин В.А., Яковлев Е.И. Трубопроводный транспорт нефти и газа. М. Недра, 1988, с. 8-13(57) Полезная модель относится, преимущественно,к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к перекачивающим системам, эксплуатируемым в сложных природно-климатических и геологических условиях. Нефтегазоперекачивающая система содержит трубопроводы, перекачивающие агрегаты, силовые двигательные установки, конструктивные стыковые,силовые и опорные эластичные элементы. Стыковые элементы выполнены в виде патрубков с пере ходными фланцами с многослойно армированными эластичными элементами и установлены в местах соединения трубопроводов с насосами, в трубопроводе до и после участков, подвергающихся внешнему и внутреннему вибрационному воздействию. Силовые передаточные элементы выполнены в виде муфт с эластичным фигурным передаточным элементом с регулировкой жесткости передачи крутящего момента. Опорные элементы выполнены в виде эластичных пневматических амортизаторов пониженной и/или повышенной грузоподъемности. Грузоподъемность, количество и места установок опорных пневматических амортизаторов соответствуют условиям совмещения центра масс агрегатируемого силового блока с суммарным центром жесткости опорной вибрационной защиты. Использование заявляемой нефтегазоперекачивающей системы повышает ее эксплуатационную надежность. 221 Полезная модель относится, преимущественно, к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к перекачивающим системам, эксплуатируемым в сложных природно-климатических и геологических условиях и подверженных совмещенному одновременному длительному неконтролируемому резонансному внутреннему и внешнему техногенному вибрационному и знакопеременному циклическому природно-геологическому и климатическому воздействиям. Кроме того, полезная модель может быть использована в любой другой промышленности для комплексной совмещенной вибрационнокомпенсационной защиты перекачивающих техногенных трубопроводных систем, например, водопроводных и т. п. Заявителем не найдены аналоги заявляемого технического решения, в которых были бы известны конструктивные решения комплексной совмещенной вибрационно-техногенной и природногеологической(вибрационно-компенсационной) защиты нефтегазоперекачивающих систем. Наоборот, обзор российских патентных источников показывает, что в последние годы складывается опасная тенденция наращивания техногенного вибрационного воздействия (особенно внутреннего) на перекачивающую техногенную систему в погоне за кажущимся локальным положительным эффектом - повышением возможности транспортировки вязких и неоднородных нефтепродуктов. Это видно из российских патентов ( 2117187 Способ концентрации и передачи энергии в различных средах, 15 1/00, 17 1/202117828 Устройство для ускорения потока текучей среды, 151/02, 17 1/18). Известны конструктивные решения, позволяющие оптимизировать параметры фундаментов турбомашин в соответствии с учетом их вибрационных характеристик ( 2134744 Фундамент под турбоагрегат, 02 27/44) и компенсирующие опоры для трубопроводов ( 2124668 Опора трубопровода,16 3/205). Известен конструктивный опорный элемент, выполненный в виде винтовых стержней с гайками ( 2117109 Фундамент зданий, сооружений, возводимых на неравномерно деформируемых основаниях, 02 35/00). Известен также компенсационный конструктивный элемент, выполненный в виде домкратов для компенсации возникающих знакопеременных перемещений между опорой и трубопроводом ( 2064554, 02 27/35). Известна принятая за прототип нефтегазоперекачивающая система, включающая трубопроводы,стыковые элементы в виде патрубков с переходными фланцами, силовые передаточные элементы в виде муфт, перекачивающие агрегаты, силовые двигательные установки и опорные элементы (Алиев Р.А., Белоусов В.Д., Немудров А.Г., Юфин В.А.,Яковлев Е.И. Трубопороводный транспорт нефти и газа. М. Недра, 1988, с. 8-13). Основным недостатком известных технических решений является низкая эксплуатационная надежность, непригодность и невыгодность эксплуатации в суровых природно-геологических условиях, ограниченность их функциональных возможностей, что 2 приводит к отсутствию универсальной комплексной совмещенной вибрационно-компенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы от техногенной внутренней и внешней вибрации, климатических и геологических знакопеременных циклических перемещений. Известные конструктивные элементы защиты от вибраций и перемещений используются локально и разрозненно, без учета совместного взаимодействия и взаимовлияния, что, в конечном итоге, может привести не к устранению, а к усугублению неблагоприятных условий эксплуатации. В реальной жизни нефтегазоперекачивающая система работает как единый техногенный комплекс, подвергающийся суммарному одномоментному воздействию непредсказуемых и трудно контролируемых техногенных и природноклиматических причин. При этом внутренние и внешние источники вибрации в разных пунктах трубопроводной системы, передаваясь через жестко-упругий материал конструктивных элементов при совместном одновременном воздействии, приводят к неконтролируемым резонансным вибрациям, которые, в свою очередь, являются источником сверхнормативного шума и в последующем причиной снижения всех эксплуатационных параметров,вплоть до аварийных непредсказуемых техногенных ситуаций. В добавлении к этому в реальных условиях эксплуатации техногенные вибрационные причины снижения эксплуатационной надежности системы многократно усиливаются природногеологическими непредсказуемо трудно контролируемыми причинами. Известные эластичные патрубки, эластичные муфты и эластичные амортизаторы не могут быть использованы для комплексной вибрационной и компенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы из-за высоких давлений и коррозии эластичных материалов. В крайнем случае, ими можно воспользоваться только после трудоемких опытно-экспериментальных подборок и подгонок. Однако в этом случае возникают проблемы обеспечения эксплуатационной надежности, долговечности, оперативности ремонта, универсальности, индустриализации производства и ремонта конструктивных элементов комплексной вибрационной и компенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы. В сложных природно-климатических и геологических условиях эксплуатации непредсказуемо вибрирующая техногенная система ведет себя как разрушающий все, к чему прикоснется вибрационный инструмент, тем самым нарушается экология окружающей среды, снижается несущая способность и без того слабых грунтов, на которые опираются конструктивные элементы системы. Все перечисленное приводит, в конечном итоге, к следующему. Во-первых, нарушается ориентация всей системы в пространстве и времени из-за непредсказуемого суммарного поведения естественного основания и вибрирующей (как правило, в опасном резонансном режиме) системы. Во-вторых, вся система оказывает экологически опасное воздействие на окружающую среду и здоровье обслуживающего 221 персонала. В-третьих, резко снижается эксплуатационная надежность системы, особенно при эксплуатации в сложных природно-климатических и геологических условиях. В-четвертых, резко увеличиваются затраты на устройство мощных искусственных фундаментов и оснований, предписываемых нормативными документами. В-пятых, резко сокращается межремонтный эксплуатационный срок при одновременном увеличении сроков и повышении трудоемкости ремонта (снижается оперативность ремонта), а сам ремонт превращается в постоянно хроническую трудоемкую и дорогостоящую ликвидацию техногенных и природных инцидентов,аварий и катастроф и устранение экологических трудновосполняемых катастрофических материальных и моральных потерь и последствий. Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эксплуатационной надежности и снижение техногенного воздействия на окружающую природу, и обслуживающий персонал нефтегазоперекачивающей системы за счет конструктивного выполнения и исполнения техногенной вибрационной, шумовой, климатической и геологической компенсационной защиты. Это достигается тем, что в нефтегазоперекачивающей системе с комплексной вибрационнокомпенсационной защитой, включающей трубопроводы, стыковые элементы в виде патрубков с переходными фланцами, силовые передаточные элементы, опорные элементы, перекачивающие агрегаты и силовые двигательные установки, согласно полезной модели, стыковые элементы выполнены в виде патрубков с переходными фланцами, силовыми несущими кольцами, соединенными с многослойно армированными эластичными элементами и защитным кожухом, силовые передаточные элементы выполнены в виде муфт с эластичным фигурным передаточным элементом, с регулируемой жесткостью передающего крутящего момента и защитным кожухом, а опорные элементы выполнены в виде эластичных пневматических амортизаторов с фиксированным пониженным или повышенным диапазоном грузоподъемности, собранных каждый из корпуса, эластичной пневматической камеры и опорно-контактных элементов, причем перекачивающие агрегаты и силовые двигательные установки выполнены жестко агрегатированными в единый блок на общей раме, а грузоподъемность, количество и места установок опорных пневматических амортизаторов, поддерживающих каждый индивидуальный агрегатированный силовой блок и/или каждую индивидуальную опору трубопровода, выполнены в соответствии с условием совмещения центра масс агрегатируемого силового блока суммарным центром жесткости опорной вибрационной защиты. Края эластичных армированных элементов патрубка выполнены вывернутыми на внешнюю сторону патрубка и плавно огибающими силовые несущие кольца, внутренний контактно-несущий слой патрубка выполнен из материала, устойчивого к коррозии от нефтепродуктов, а внешний покровный слой патрубка выполнен из морозостойкого материала, при этом защитный кожух выполнен в виде отрезка трубы, один конец которой закреплен на фланце, соединяющем патрубок с трубопроводом, а другой конец закреплен на независимой от насосного агрегата опоре. Эластичный фигурный передаточный элемент муфты выполнен в виде выпуклой высокоэластичной оболочки, а защитный кожух - в виде двух установленных с зазором между собой жестких чашеобразных элементов, закрепленных на фланцах. Корпус амортизатора пониженной грузоподъемности выполнен колоколообразной формы, эластичная пневматическая камера размещена в корпусе, а верхний опорно-контактный элемент выполнен в виде винта с регулируемым по высоте опорным кольцом. Корпус амортизатора повышенной грузоподъемности выполнен совмещенным с эластичной пневматической камерой с волнистой боковой поверхностью бочкообразной фигурной формы с зауженной центральной частью, в которой установлено фиксирующее кольцо, а верхний опорно-контактный элемент выполнен в виде винта с регулируемым по высоте опорным кольцом. Полезная модель иллюстрируется чертежами,где на фиг. 1 изображена часть заявляемой нефтегазоперекачивающей системы, подвергающейся техногенным внутренним 1, техногенным внешним 2 и циклическим знакопеременным климатическим 3 и геологическим 4 одновременным длительным воздействиям. На фиг. 2 изображен в плане жестко агрегатированный на общей раме насосно-агрегатный блок, центр масс которого совмещен с центром суммарной жесткости опорных пневматических амортизаторов. На фиг. 3 изображена высокоэластичная силовая передаточная муфта. На фиг. 4 изображен безраспорный патрубок в разрезе. На фиг. 5 изображен фрагмент крепления патрубка к переходному фланцу. На фиг. 6 изображен опорный пневматический амортизатор пониженной грузоподъемности. На фиг. 7 изображен опорный пневматический амортизатор повышенной грузоподъемности. Нефтегазоперекачивающая система с комплексной вибрационно-компенсационной запитой от техногенных внутренних 1 (фиг. 1) и внешних 2 вибрационных и знакопеременных циклических пневматических 3 и геологических 4 воздействий включает совмещенную комплексную вибрационную и компенсационную защиту системы одними и теми же конструктивными стыковыми 5, силовыми передаточными 6 и опорными 7 изолирующими эластичными элементами. Стыковые элементы 5, выполненные в виде патрубков с многослойно армированными эластичными элементами 8 (фиг. 4), помещенных в защитные кожухи 9, установлены и в местах соединения трубопроводов с насосами 10(фиг. 1, 2), и в самом трубопроводе 11 до и после участка, подвергающегося внешнему 2 и/или внутреннему 1 техногенному вибрационному климатическому 3 и геологическому 4 циклическому воздействию. Конструктивные силовые передаточные 3 221 элементы 6, выполненные в виде муфт 12 с эластичным фигурным передаточным элементом (фиг. 3),устанавливаются с регулировкой жесткости передачи крутящего момента после жесткого агрегатирования силовых 13 (фиг. 2) и насосных 10 агрегатов в единый блок на общей несущей раме 14. Опорные элементы 7 выполнены в виде эластичных пневматических амортизаторов пониженной 15 (фиг. 6) и/или повышенной 16 (фиг. 7) грузоподъемности. Грузоподъемность, количество и места установок опорных пневматических амортизаторов 7, поддерживающих каждый индивидуальный агрегатированный силовой блок и/или каждую индивидуальную опору трубопровода 11, выполнены в соответствии с условием совмещения центра масс агрегатируемого силового блока (Ц.М.) с суммарным центром жесткости (Ц.Ж.) опорной вибрационной защиты (фиг. 2). Патрубок 5 для совмещенной комплексной вибрационно компенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы содержит эластичный многослойно армированный элемент 8 (фиг. 4), края которого выполнены вывернутыми на внешнюю сторону патрубка и плавно огибающими силовые несущие кольца 17 (фиг. 4, 5). Контактно-несущий слой 18 патрубка выполнен из материала, устойчивого к коррозии от нефтепродуктов. Внешний покровный слой 19 патрубка выполнен из морозоустойчивого материала. Защитный кожух 9 патрубка 5 выполнен в виде отрезка трубы, один конец которой закреплен на фланце 20, соединяющем патрубок 5 с трубопроводом 11, а другой конец кожуха 9 закреплен на независимой от насосного агрегата 10 опоре 21. Муфта 6 для совмещенной комплексной вибрационной и компенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы содержит эластичный фигурный передаточный элемент, выполненный в виде выпуклой высокоэластичной оболочки 12 (фиг. 3). Защитный кожух муфты 6 выполнен в виде двух установленных с зазором между собой жестких чашеобразных элементов 22 и 23, закрепленных на фланцах 24 и 25. Амортизатор пониженной грузоподъемности 15 для совмещенной комплексной вибрационнокомпенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы содержит выполненный колоколообразной формы корпус 26 (фиг. 6), эластичную пневматическую камеру 27, размещенную в корпусе 26,и верхний опорно-контактный элемент 28, выполненный в виде винта с регулируемым по высоте опорным кольцом 29. Амортизатор повышенной грузоподъемности 16 для совмещенной комплексной вибрационнокомпенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы содержит корпус 30 (фиг. 7), выполненный совмещенным с эластичной пневматической камерой с волнистой боковой поверхностью бочкообразной фигурной формы с зауженной центральной частью, в которой размещено фиксирующее кольцо 31 и верхний опорно-контактный элемент 32, выполненный в виде винта с регулируемым по высоте опорным кольцом 33. 4 Нефтегазоперекачивающая система с комплексной вибрационно-компенсационной защитой от техногенных внутренних 1 и внешних 2 вибрационных и знакопеременных циклических климатических 3 и геологических 4 воздействий работает следующим образом. Стыковые элементы 5 совмещенной комплексной вибрационно-компенсационной защитной изоляции, установленные и в местах соединения трубопроводов 11 с насосами 10, и в самом трубопроводе до и после участка, подвергающегося внешнему 2 и/или внутреннему 1 техногенному вибрационному, климатическому 3 и геологическому 4 циклическому воздействию, совместно с силовыми передаточными элементами 6 и опорными элементами 7, выполненными в виде эластичных пневматических амортизаторов пониженной 15 и/или повышенной 16 грузоподъемности, поглощают как внешнюю и внутреннюю техногенную вибрацию 1 и 2, так и природно-геологические циклические знакопеременные воздействия 3 и 4. Перекачивающие агрегаты 10 и силовые двигательные установки 13,жестко агрегатированные в единый блок на общей раме 14, соединены друг с другом при помощи высокоэластичных муфт 12, которые компенсируют техногенные вибрационные нагрузки 1 и 2 и стабилизируют режим работы агрегатированного блока. При совмещении центра масс (Ц.М.) агрегатируемого силового блока с суммарным центром жесткости(Ц.Ж.) опорной вибрационной защиты происходит максимально благоприятное гашение техногенных внешних 2 и внутренних 1 вибраций. Патрубок 5 для комплексной вибрационнокомпенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы работает следующим образом. Края эластичных трубчатых элементов 8, выполненные вывернутыми на внешнюю сторону патрубка и плавно огибающими силовые несущие кольца 17,обеспечивают надежное крепление патрубка 8 к фланцам 34 при сохранении возможности оперативной замены патрубка 8 в случае его ремонта. Контактно-несущий внутренний слой 18 патрубка 8,выполненный из материала, устойчивого к коррозии от нефтепродуктов, защищает патрубок от коррозионного техногенного разрушения, а внешний покровный слой 19 патрубка 8, выполненный из морозостойкого материала, защищает патрубок от климатических температурных воздействий. Защитный кожух 9, выполненный в виде отрезка трубы, одним концом закрепленной на фланце 34, соединяющим патрубок с трубопроводом 11, а другим концом - на независимой от насосного агрегата опоре 21, защищает, с одной стороны, патрубок 8 от случайных техногенных повреждений, а с другой стороны, обслуживающей персонал в случае аварийного разрыва патрубка, при этом конструкция крепления кожуха к фланцу патрубка и к независимой опоре прерывает распространение техногенной вибрации 1 и 2 по трубопроводу 11. Муфта 6 для комплексной вибрационнокомпенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы работает следующим образом. Эластичный фигурный передаточный элемент, выпол 221 ненный в виде выпуклой высокоэластичной оболочки 12, вначале упрощает процесс монтажа силовых 13 и насосных 10 агрегатов на общей раме 14, а затем компенсирует биения механизмов при износе подшипников и несовпадении осей вращения. Защитный кожух, выполненный в виде двух установленных с зазором между собой и закрепленных на фланцах жестких чашеобразных элементов 22 и 23,надежно защищает эластичную оболочку 12 от случайных техногенных повреждений и не препятствует свободному вентилированию оболочки от техногенного мусора. Амортизатор пониженной грузоподъемности 15 для комплексной вибрационной и компенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы работает следующим образом. Корпус 26, выполненный колоколообразной формы, надежно защищает эластичную пневматическую камеру 27, размещенную в нем, и от случайных техногенных повреждений, и от природно-климатических воздействий. Опорноконтактный верхний элемент 28, выполненный в виде винта с регулируемым по высоте опорным кольцом 29, позволяет упростить монтаж, настройку и профилактическую корректировку рабочего положения амортизаторов. Конструктивное исполнение амортизатора позволяет одновременно нейтрализовать вибрационные техногенные 1 и 2 и природно-геологические 3 и 4 воздействия. Амортизатор повышенной грузоподъемности 16 для комплексной вибрационной и компенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы работает следующим образом. Корпус, выполненный совмещенным с эластичным пневматическим амортизатором 30 с волнистой боковой поверхностью бочкообразной фигурной формы с зауженной центральной частью и с размещенным в ней фиксирующим кольцом 31, надежно защищается от случайных техногенных повреждений и от природноклиматических воздействий конструктивными элементами рамы 14. Опорно-контактный верхний элемент 32, выполненный в виде винта с регулируемым по высоте опорным кольцом 33, позволяет упростить монтаж, настройку и профилактическую корректировку рабочего положения амортизатора. Конструктивное выполнение амортизатора позволяет одновременно нейтрализовать вибрационные техногенные 1 и 2 и природно-геологические 3 и 4 воздействия. Использование заявляемой системы с комплексной вибрационно-компенсационной защитой позволит- стабилизировать ориентацию всей системы в пространстве и времени за счет снижения влияния воздействия от непредсказуемого суммарного поведения естественного основания и вибрирующей (как правило, в опасном резонансном режиме) системы- снизить экологически опасное воздействие системы на окружающую среду и здоровье обслуживающего персонала- повысить эксплуатационную надежность системы, особенно при эксплуатации в сложных природно-климатических и геологических условиях- резко снизить затраты на устройство мощных искусственных фундаментов и оснований, предписываемых нормативными документами- увеличить межремонтный эксплуатационный срок при одновременном сокращении сроков и снижении трудоемкости ремонта (повышается оперативность ремонта), а сам ремонт превращается из постоянно-хронической трудоемкой и дорогостоящей ликвидации техногенных и природных инцидентов, аварий и катастроф и восстановления экологических трудновосполняемых катастрофических материальных и моральных потерь и последствий в легко доступное профилактическое техническое обслуживание, при котором используются универсальные, индустриально изготовленные ремонтные комплекты конструктивных элементов совмещенной вибрационно-компенсационной защиты нефтегазоперекачивающей системы. Все это позволяет повысить эксплуатационную надежность и снизить техногенное воздействие нефтегазоперекачивающей системы на окружающую природу и обслуживающий персонал за счет комплексного совмещенного и конструктивного выполнения и исполнения техногенной вибрационной, шумовой и компенсационной климатической и геологической защиты. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Нефтегазоперекачивающая система, включающая трубопроводы, стыковые элементы в виде патрубков с переходными фланцами, силовые передаточные элементы, опорные элементы, перекачивающие агрегаты и силовые двигательные установки, отличающаяся тем, что стыковые элементы,выполненные в виде патрубков с переходными фланцами, содержат многослойно - армированные эластичные элементы, силовые несущие кольца, и помещены в защитные кожухи, силовые передаточные элементы выполнены в виде муфт с эластичным фигурным передаточным элементом с регулируемой жесткостью при передаче крутящего момента и защитным кожухом, а опорные элементы для вибрационной защиты выполнены в виде эластичных пневматических амортизаторов с фиксированным пониженным или повышенным диапазоном грузоподъемности, собранные каждый из корпуса, эластичной пневматической камеры и опорноконтактных элементов, причем перекачивающие агрегаты и силовые двигательные установки выполнены жестко агрегатированными в единый блок на общей раме, а грузоподъемность, количество и места установок пневматических амортизаторов, поддерживающих каждый жестко агрегатированный силовой блок и/или каждую индивидуальную опору трубопровода, выполнены в соответствии с условием совмещения центра масс агрегатируемого силового блока с суммарным центром жесткости опорной вибрационной защиты. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что края эластичных армированных элементов патрубка выполнены вывернутыми на внешнюю сторону пат 5 221 рубка и плавно огибающими силовые несущие кольца, внутренний контактно-несущий слой патрубка выполнен из материала, устойчивого к коррозии от нефтепродуктов, а внешний покровный слой патрубка выполнен из морозостойкого материала, при этом защитный кожух выполнен в виде отрезка трубы, один конец которого закреплен на фланце, соединяющем патрубок с трубопроводом, а другой конец закреплен на независимой от насосного агрегата опоре. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что эластичный фигурный передаточный элемент муфты выполнен в виде выпуклой высокоэластичной оболочки, а защитный кожух - в виде двух установленных с зазором между собой жестких чашеобразных элементов, закрепленных на фланцах. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что корпус амортизатора пониженной грузоподъемности выполнен колоколообразной формы, эластичная пневматическая камера размещена в корпусе, а верхняя часть опорно-контактного элемента выполнена в виде винта с регулируемым по высоте опорным кольцом. 5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что корпус амортизатора повышенной грузоподъемности выполнен совмещенным с эластичной пневматической камерой с волнистой боковой поверхностью бочкообразной фигурной формы с зауженной центральной частью, в которой установлено фиксирующее кольцо, а верхняя часть опорноконтактного элемента выполнена в виде винта с регулируемым по высоте опорным кольцом.