МПК8 F16L9/01
Труба для транспортировки жидких сред,
оснащенная резистивной системой обогрева.
Изобретение относится к области трубопроводной транспортировке жидких сред, предпочтительно, нефтей и/или нефтегазовых смесей.
Из предшествующего из уровня техники известна нефтегазопроводная труба, включающая несущую стальную трубу, на которой размещен защитный слой, отличающаяся тем, что в качестве защитного слоя на несущей трубе размещен прочно связанный с ней слой толщиной 40-100 мкм из цинкжелезоалюминийникелевого сплава, в котором отношение алюминия к никелю находится в интервале 0,8-2,0, при этом твердость защитного слоя составляет 4500-5500 МПа RU98102317A, F16L9/01, 27.10.1999.
Также известен способ производства многослойных труб, из которого известна труба следующим образом. Металлическую полосу получают горячей прокаткой, резку ее на мерные заготовки осуществляют непосредственно после прокатки, а в процессе намотки мерной заготовки на форматный барабан осуществляют нанесение на нее легкоплавкого металла в виде порошка или листа с температурой плавления не превышающей 1100°С, при температуре стального листа менее температуры плавления легкоплавкого металла. Для облегчения процесса сборки, изоляции трубы от действия жидкостей и газов, а также от коррозии навивку металлического листа осуществляют на полый металлический сердечник, выполненный цельнолитым или из листа, на наружной стороне которого выполняют уступ высотой, равной толщине металлического листа, и длиной, равной ширине мерной заготовки, располагая торец наматываемого материала встык с уступом. Наружная поверхность сердечника выполнена по спирали соответственно навитым слоям высокопрочного металлического листа. При остывании многослойной металлической трубы наружные слои за счет их линейного сужения с большой силой сдавливают внутренние слои, что увеличивает диффузию легкоплавкого металла в слои прокатанного металлического листа с предварительным напряжением слоев трубы RU 2036063C1, F16L9/00, 27.05.1995.
Также известна многослойная труба для транспортирования агрессивной среды под высоким давлением относится к области трубопроводного транспорта, в частности магистральных нефте- и газопроводов, водопроводов городского водоснабжения и т.п. Многослойная труба состоит из основного трубчатого элемента, скрепленного с металлическими законцовками наружного трубчатого элемента, упрочняющего трубу в тангенциальном направлении и защищающего основной трубчатый элемент от воздействия внешней среды, и внутреннего трубчатого элемента, обеспечивающего защиту основного трубчатого элемента от агрессивного воздействия транспортируемой среды. Основной трубчатый элемент выполнен из набора продольных упругих полос, имеющих высокую прочность как в продольном, так и в поперечном направлениях, уложенных друг на друга по плоским спиралям и скрепленных между собой клеевыми прослойками по всем поверхностям контакта RU2117205C1, F16 L 9/00, 10.08.1998.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение заключаются в реализации изделия отвечающего современным требованиям по безопасности, энергосбережению, долговечности, удобству транспортировки, монтажа и эксплуатации.
Поставленная задача решается за счет того, что труба для транспортировки жидкой среды содержит рабочую трубу, покрытую на большей части своей длины защитным антикоррозионным и/или антистатическим покрытием, внешнюю спиральновитую оболочку, средний теплоизоляционный слой, расположенный между рабочей трубой и оболочкой, а также включает расположенные в теплоизоляционном слое центраторы с опорами, по меньшей мере, одну противопожарную вставку и, по меньшей мере, один нагревательный элемент, который выполнен либо в виде металлического кабеля, либо в виде элемента индукционно-резистивной скин-системы, представляющей собой трубку-спутник из ферромагнитного материала, с размещенным в ней токопроводящем кабелем из немагнитного материала, причем нагреватель в зоне локального контакта взаимодействует с участком внешней поверхности рабочей трубы, покрытой защитным покрытием, через слой термопасты, а теплоизоляционный слой выполнен, на большей части внутренней рабочей трубы из пенополиуретана и поперечно разделен по длине трубы, по меньшей мере, одной противопожарной вставкой, причем опоры каждого центратора расположены враспор между рабочей трубой и оболочкой, защитное покрытие выступает из-под теплоизоляционного слоя, не достигая концов трубы, с образованием неизолированных концевых участков трубы, при этом отношение толщины ha антикоррозионного и/или антистатического покрытия к толщине рабочей трубы Hр составляет не менее 1/20.
Внутренняя рабочая труба, предпочтительно, имеет продольный соединительный шов.
Нагреватель, предпочтительно, расположен параллельно шву трубы.
Термопаста, предпочтительно, имеет коэффициент теплопроводности не ниже 0,6 Вт/м*C.
Металлический кабель или трубка-спутник, предпочтительно, притянуты к внутренней рабочей трубе хомутами или самоклеющейся алюминиевой лентой.
По меньшей мере, одна противопожарная вставка может быть выполнена, предпочтительно, из базальтоволокна.
По меньшей мере, одна противопожарная вставка может быть выполнена из негорючего материала, предпочтительно минерального волокна.
Предпочтительно, центраторы выполнены комбинированными или составными и представляют собой пластиковые опоры, имеющие прорези, в которые пропущена металлическая лента, затянутая вокруг внутренней рабочей трубы и зафиксированная металлической заклепкой.
Предпочтительно, что расстояние между центраторами составляет 0.6-0.8 м., но не более 1 м.
Концевые участки рабочей трубы могут быть выполнены неизолированными на длине 150 мм. для труб диаметром до 219 мм.
Концевые участки рабочей трубы могут быть выполнены неизолированными на длине 210мм. для труб диаметром от 273 мм.
Антикоррозионное покрытие выступает из-под теплоизоляционного слоя, предпочтительно, не на менее чем на 10мм.
Толщина антикоррозионного покрытия составляет, предпочтительно, не менее 350 мкм.
Антикоррозионным и/или антистатическим покрытием может являться эпоксидное покрытие или покрытие на основе эпоксидной смолы.
Кабель или трубка-спутник из ферромагнитного материала, с размещенным в ней кабелем, предпочтительно, выполнены из материалов позволяющих обеспечить появление скин-эффекта или прохождение тока, по большей части в тонком поверхностном слое кабеля или трубки-спутника.
Трубка-спутник скин-системы, предпочтительно, выполнена из низкоуглеродистой стали.
Кабель скин-системы, предпочтительно, выполнен из меди.
Кабель скин-системы может быть выполнен из аллюминия.
Нагревательный элемент, предпочтительно, представляет собой трубу из низкоуглеродистой стали с наружным диаметром не менее 10 мм, и толщиной стенки не менее 1 мм.
Сечение проводника из немагнитного материала, предпочтительно, составляет 25–50 мм2.
Достигаемый технический результат заключается в оптимальном соотношении толщин слоев трубы, комплексном обеспечении пожаробезопасности, обеспечении коррозионной стойкости и механической прочности и связности всех слоев трубы, а также обеспечение безопасного и эффективного прогрева транспортируемой жидкой среды в случае необходимости, а также повышение удобства и безопасности монтажа и долговечности трубы.
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:
На фиг.1 труба продольный разрез.
На фиг.2 поперечный разрез А-А на фиг.1
На фиг.3 поперечный разрез Б-Б на фиг.1
На фиг.4 поперечный разрез В-В на фиг.1
На фиг.5 вид Д на фиг.1
На фиг.6 изометрический вид трубы с одним нагревателем
На фиг.7 изометрический вид трубы с несколькими нагревателями
На фиг.8 схема процесса теплопередачи от нагревателя к
транспортируемой жидкости.
Труба 1 для транспортировки жидкой среды содержит рабочую трубу 2, покрытую на большей части своей длины L защитным антикоррозионным и/или антистатическим покрытием 3, внешнюю спиральновитую оболочку 4, средний теплоизоляционный слой 5, расположенный между рабочей трубой 2 и оболочкой 6, а также включает расположенные в теплоизоляционном слое 5 центраторы 7 с опорами 8 одну противопожарную вставку 9 и один нагревательный элемент 10, который выполнен либо в виде металлического кабеля(условно не показан) либо в виде элемента индукционно-резистивной скин-системы 11, представляющей собой трубку-спутник 12 из ферромагнитного материала, с размещенным в проводником 13 из немагнитного материала, причем нагреватель 10 в зоне 14 локального контакта взаимодействует с участком внешней поверхности 15 рабочей трубы 2, покрытой защитным покрытием 3, через слой термопасты 16, а теплоизоляционный слой 5 выполнен, на большей части внутренней рабочей трубы из пенополиуретана и поперечно разделен по длине L трубы 1одной противопожарной вставкой 9, причем опоры 8 каждого центратора 7 расположены враспор между рабочей трубой 2 и оболочкой 6, защитное покрытие выступает из-под теплоизоляционного слоя, не достигая концов трубы, с образованием неизолированных концевых участков 17 трубы, при этом отношение толщины ha антикоррозионного и антистатического покрытия к толщине рабочей трубы Hр составляет не менее 1/20.
Внутренняя рабочая труба, имеет продольный соединительный шов, а нагреватель расположен параллельно шву трубы.
Термопаста, через слой которой нагреватель прилегает к трубе предпочтительно, имеет коэффициент теплопроводности не ниже 0,6 Вт/м*C для обеспечения требуемого теплообмена между ними. Причем металлический кабель или трубка-спутник, притянуты к внутренней рабочей трубе хомутами.
Труба снабжена противопожарная вставкой, выполненной из негорючего материала - минерального базальтоволокна.
Центраторы выполнены представляют собой пластиковые опоры, имеющие прорези, в которые пропущена металлическая лента, затянутая вокруг внутренней рабочей трубы и зафиксированная металлической заклепкой. Предпочтительно, что расстояние между центраторами составляет 0.6-0.8 м.
Антикоррозионное покрытие выступает из-под теплоизоляционного слоя, не на менее чем на 10мм, а концевые участки рабочей трубы могут быть выполнены неизолированными.
В качестве антикоррозионного и/или антистатического покрытия принято эпоксидное покрытие толщиной не менее 350 мкм.
Трубка-спутник выполнена из ферромагнитного материала – низкоуглеродистой стали сечением диаметром 20 мм, и толщиной стенки 2 мм. Внутри трубки-спутника размещен ней медным кабель с площадью сечения 30 мм2, что позволяет обеспечить появление скин-эффекта и прохождение тока, по большей части в тонком поверхностном слое кабеля или трубки-спутника.
Трубка-спутник скин-системы, предпочтительно, выполнена из низкоуглеродистой стали с наружным диаметром не менее 30 мм, и толщиной стенки не менее 1 мм., а сечение проводника из меди составляет 25 мм2.
В случае выполнения нагревательного элемента в виде кабеля он выполнен, предпочтительно, из меди или алюминия.
Трубу изготавливают следующим образом.
Изготавливают из металлической полосы спиральновитую цилиндрическую оболочку и спиральным завальцованным замком, обеспечивающим герметизацию шва, причем сам замок расположен, предпочтительно, внутри оболочки для улучшения сцепления с теплоизоляцией.
На рабочую трубу с предварительно нанесенным и отвердевшим эпоксидным покрытием устанавливают токопроводящий кабель или элемент скин-системы, причем на элемент и/или участок трубы для взаимодействия с указанным элементом наносят теплопроводящую пасту для повышения теплообмена, устанавливают центраторы и/или фиксаторы скин-системы, заводят трубу с установленными центраторами и и/или фиксаторами, а также скин-системой в оболочку прилагая усилия, таким образом, чтобы с двух противоположных концов устанавливают заглушки и заполняют свободное пространство между рабочей трубой и оболочкой смесью полиольного и изоцинатного компонентов под давлением, после чего выдерживают трубы до образования жесткой пенополиуретановой теплоизоляции.
Из труб описанной конструкции монтируют трубопровод, соединяя концы смежных труб и элементов кабеля или индукционно-резистивной скин-систем, например, стыкуя концы элементов скин-систем соседних труб с помощью соединительных коробок и крепежных элементов, а неизолированные концевые участки труб, сваривая между собой, с последующей их изоляцией, далее ограничивают область стыка с помощью муфты металлической или полимерной, например, полиэтиленовой, закачивают в область стыка пенополиуретановой пену под давлением.
После монтажа трубопровода в каждой скин-системе проводник в конце линии обогрева надежно соединяют с тепловыделяющей трубой-спутником, которую заземляют, причем каждую линию индукционно-резистивной скин-системы коммутируют с одного конца с контроллерами и/или и шкафами управления.
Индукционно-резистивная скин-система предназначена для поддержания температуры продукта, защиты от замораживания и стартового разогрева магистральных трубопроводов большой длины до 40 км и более с подачей электропитания с одного конца.
Проводник в конце линии обогрева надежно соединяется со стальной трубой-спутником, а в начале плеча между трубой и проводником подается переменное напряжение, величина которого рассчитывается исходя из необходимого тепловыделения и длины участка обогрева.
Безопасность скин-системы обусловлена практически нулевым потенциалом на наружных поверхностях тепловыделяющих элементов, они заземлены, и в общем случае не требуют электрической изоляции, однако могут быть дополнительно предварительно изолированы, например, с помощью эпоксидного покрытия.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
При необходимости обогрева транспортируемой жидкой среды, по меньшей мере, в одну скин-систему с одного ее конца подают переменной ток, преимущественно промышленных частот. Для увеличения или уменьшения обогрева трубы соответствующим образом регулируется рабочая частота подаваемого тока, причем скин-система может быть оснащена интеллектуальной системой управления, снижающей или увеличивающей мощность обогрева в зависимости от температуры окружающей среды или других факторов, например вязкости жидкости в трубопроводе.
Переменный ток течет по всему сечению внутреннего проводника, поскольку на промышленной частоте в немагнитном материале с хорошей проводимостью заметного поверхностного эффекта не возникает. В ферромагнитном внешнем проводнике (стальной трубе) скин-эффект ярко выражен, и весь ток течет по внутреннему слою трубы толщиной около не менее 0.5 мм, а потенциал наружной поверхности трубы остается практически нулевым. В силу малой толщины скин-слоя, основное тепловыделение (до 85%) происходит в трубе-спутнике, которое для каждого нагревательного элемента составляет до 120 Вт/м и рабочей температуре до 200°С.
В зависимости от требуемой мощности обогрева и длины трубопровода скин-система может состоять из одного, двух или трех (как показано на рисунке) или более скин-нагревателей.
По своей природе конструкция скин-системы предназначена для подачи питания с одного конца обогреваемого участка, что также является ее преимуществом.
Длина обогреваемого участка трубопровода, практически не ограничена. Это связано с тем, что токонесущий проводник большого сечения разгружен от функции тепловыделения и выполняет фактически функцию встроенной сопроводительной цепи питания.
Безопасная надежная система обогрева трубопроводов любой длины при надземной, подземной, подводной прокладке, в том числе во взрывоопасных зонах, в различных диапазонах температур, исключая использование сопроводительной электрической сети. Безопасность обеспечивается отсутствие потенциала на заземленных наружных поверхностях тепловыделяющих элементов, не требующих электрической изоляции.
Наружная поверхность тепловыделяющего элемента имеет нулевой потенциал относительно земли, она заземлена и полностью экранирует находящийся внутри токонесущий проводник.
Хороший тепловой контакт обеспечивается слоем термопасты с большим коэффициентом теплопроводности.
Тепловыделяющие элементы не имеют наружной электрической изоляции, которую можно повредить при монтаже.
Прочные тепловыделяющие элементы в виде металлических труб обеспечивают механическую прочность и защиту токонесущих проводников от повреждений. Это важно для трубопроводов, проложенных под землей или под водой.
А эффективная тепло- гидроизоляция позволит избежать потерь тепла и обеспечить надежность и долговечность заявленного трубопровода.
Таким образом, заявленная конструкция трубы позволяет быстро и технологично транспортировать различные жидкости, такие как углеводороды в условиях низких температур без лишних потерь теплоэнергии с обеспечением необходимой безопасности.
Формула изобретения.
1. Труба для транспортировки жидкой среды, характеризующаяся тем, что она содержит рабочую трубу, покрытую на большей части своей длины защитным антикоррозионным и/или антистатическим покрытием, внешнюю спиральновитую оболочку, средний теплоизоляционный слой, расположенный между рабочей трубой и оболочкой, а также включает расположенные в теплоизоляционном слое центраторы с опорами, по меньшей мере, одну противопожарную вставку и, по меньшей мере, один нагревательный элемент, который выполнен либо в виде металлического кабеля, либо в виде элемента индукционно-резистивной скин-системы, представляющей собой трубку-спутник из ферромагнитного материала, с размещенным в ней токопроводящем кабелем из немагнитного материала, причем нагреватель в зоне локального контакта взаимодействует с участком внешней поверхности рабочей трубы, покрытой защитным покрытием, через слой термопасты, а теплоизоляционный слой выполнен, на большей части внутренней рабочей трубы из пенополиуретана и поперечно разделен по длине трубы, по меньшей мере, одной противопожарной вставкой, причем опоры каждого центратора расположены враспор между рабочей трубой и оболочкой, защитное покрытие выступает из-под теплоизоляционного слоя, не достигая концов трубы, с образованием неизолированных концевых участков трубы, при этом отношение толщины ha антикоррозионного и/или антистатического покрытия к толщине рабочей трубы Hр составляет не менее 1/20.
2. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя рабочая труба имеет продольный соединительный шов.
3. Труба для транспортировки нефти по п.2, отличающаяся тем, что нагреватель расположен параллельно шву трубы.
4. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что термопаста имеет коэффициент теплопроводности не ниже 0,6 Вт/м*C.
5. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что металлический кабель или трубка-спутник притянуты к внутренней рабочей трубе хомутами или самоклеющейся алюминиевой лентой.
6. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна противопожарная вставка выполнена, предпочтительно из базальтоволокна.
7. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна противопожарная вставка выполнена из негорючего материала, предпочтительно минерального волокна.
8. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что центраторы выполнены комбинированными или составными и представляют собой пластиковые опоры, имеющие прорези, в которые пропущена металлическая лента, затянутая вокруг внутренней рабочей трубы и зафиксированная металлической заклепкой.
9. Труба для транспортировки нефти по п.8, отличающаяся тем, что расстояние между центраторами составляет 0.6-0.8 м., но не более 1 м.
10. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что концевые участки рабочей трубы выполнены неизолированными на длине 150 мм. для труб диаметром до 219мм.
11. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что концевые участки рабочей трубы выполнены неизолированными на длине 210мм. для труб диаметром от 273 мм.
12. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что антикоррозионное покрытие выступает из-под теплоизоляционного слоя не на менее чем на 10мм.
13. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что толщина антикоррозионного покрытия составляет не менее 350 мкм.
14. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что антикоррозионным и/или антистатическим покрытием является эпоксидное покрытие или покрытие на основе эпоксидной смолы.
15. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что кабель или трубка-спутник из ферромагнитного материала, с размещенным в ней кабелем, выполнены из материалов позволяющих обеспечить появление скин-эффекта или прохождение тока, по большей части в тонком поверхностном слое кабеля или трубки-спутника.
16. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что трубка-спутник скин-системы выполнена из низкоуглеродистой стали.
17. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что кабель скин-системы выполнен из меди.
18. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что кабель скин-системы выполнен из алюминия.
19. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что нагревательный элемент представляет собой трубу из низкоуглеродистой стали с наружным диаметром не менее 10 мм, и толщиной стенки не менее 1 мм.
20. Труба для транспортировки нефти по п.1, отличающаяся тем, что сечение проводника из немагнитного материала составляет 25–50 мм2.
К заявке №
МПК8 F16L9/01(2008.07)
(54) Труба для транспортировки жидких сред, оснащенная резистивной системой обогрева.
РЕФЕРАТ
(57) Изобретение относится к области трубопроводной транспортировке жидких сред, предпочтительно, нефтей и/или нефтегазовых смесей. Труба для транспортировки жидкой среды содержит рабочую трубу, покрытую на большей части своей длины защитным антикоррозионным и/или антистатическим покрытием, внешнюю спиральновитую оболочку, средний теплоизоляционный слой, расположенный между рабочей трубой и оболочкой, а также включает расположенные в теплоизоляционном слое центраторы с опорами, по меньшей мере, одну противопожарную вставку и, по меньшей мере, один нагревательный элемент, который выполнен либо в виде металлического кабеля, либо в виде элемента индукционно-резистивной скин-системы, представляющей собой трубку-спутник из ферромагнитного материала, с размещенным в ней токопроводящем кабелем из немагнитного материала, причем нагреватель в зоне локального контакта взаимодействует с участком внешней поверхности рабочей трубы, покрытой защитным покрытием, через слой термопасты, а теплоизоляционный слой выполнен, на большей части внутренней рабочей трубы из пенополиуретана и поперечно разделен по длине трубы, по меньшей мере, одной противопожарной вставкой, причем опоры каждого центратора расположены враспор между рабочей трубой и оболочкой, защитное покрытие выступает из-под теплоизоляционного слоя, не достигая концов трубы, с образованием неизолированных концевых участков трубы, при этом отношение толщины ha антикоррозионного и/или антистатического покрытия к толщине рабочей трубы Hр составляет не менее 1/20. Достигаемый технический результат заключается в оптимальном соотношении толщин слоев трубы, комплексном обеспечении пожаробезопасности, обеспечении коррозионной стойкости и механической прочности и связности всех слоев трубы, а также обеспечение безопасного и эффективного прогрева транспортируемой жидкой среды в случае необходимости.1 н.п. ф-лы, 19 з.п. ф-лы, 8 илл.
Референт
