Способ транспортирования криогенных жидкостей и трубопровод для его осуществления

 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, в частности к магистральным трубопроводам для транспортирования криогенных сред. Способ транспортирования криогенных жидкостей по двухтрубному трубопроводу включает создание запаса длины трубопровода, захолаживание внутренней трубы трубопровода до температуры перекачки продукта, закачивание транспортируемого продукта и регулирование температурных режимов и давления трубопровода. А после обеспечения режима эксплуатации внутренней трубы трубопровода создают разрежение в межтрубном пространстве. Трубопровод для транспортирования криогенных жидкостей состоит из двух концентрично установленных труб, неподвижных опор и технических средств для регулирования температуры и давления. Наружная и внутренняя трубы трубопровода установлены с возможностью перемещения относительно друг друга, наружная труба снабжена двумя патрубками, а по меньшей мере на двух опорах каждого линейного участка трубопровода размещены герметичные камеры длиной, равной продольному перемещению этого участка при температуре эксплуатации, при этом камеры соединены с наружной трубой трубопровода при помощи телескопических компенсаторов. Технический результат изобретения заключается в предотвращении теплопереноса от внутреннего трубопровода и повышении надежности работы трубопровода. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретения относится к трубопроводному транспорту, в частности к магистральным трубопроводам для транспортирования криогенных сред.

Известен способ транспортирования сжиженного природного газа в смеси с углеводородами по трубопроводу (а. с. СССР N 462049, F 17 D 1/02, 1975, БИ N 6), включающий охлаждение и сжижение газа в месте добычи, транспортирование его по трубопроводу и испарение в устройстве в месте потребления газа, для чего подают поток хладоагента.

Недостатком способа является необходимость охлаждения хладоагента у потребителя за счет испарения сжиженного газа и последующего транспортирования хладоагента к месту сжижения газа. Хладоагент позволяет уменьшить потери на сжижение газа в зоне его добычи, но затраты на доставку его существенно усложняют конструкцию трубопровода, снижают надежность трубопровода, удорожают процесс транспортирования сжиженного газа.

Известно транспортирование по трубопроводу сжиженного газа (Рождественский B.B., Соловьев П.С. Особенности расчета и конструкции трубопроводов для сжиженного газа. Строительство трубопроводов, 1971, N 6, с. 6-9), принятое за прототип, при котором предусматривают компенсацию перемещений трубопровода, обусловленных низкой рабочей температурой. За счет предварительного напряженного состояния трубопровода создают "запас" длины, который затем расходуется на покрытие "укорочения" трубопровода при охлаждении транспортируемым сжиженным газом. Для создания "запаса" длины каждый участок трубопровода между анкерами сильно охлаждают во время монтажа и в охлажденном состоянии закрепляют. Для этого трубопровод выполнен многослойным.

Однако осуществление операций захолаживания трубопровода и его закрепления, выполнение условий регулирования температурных режимов трубопровода при эксплуатации, размещение различных видов термоизоляции существенно усложняют конструкцию трубопровода, снижают надежность и увеличивают затраты.

Известен трубопровод, состоящий из двух концентрично установленных труб, средств для поддержания давления в межтрубном пространстве в виде патрубка с мембраной, сообщающего полость внутренней трубы с межтрубным пространством (а. с. СССР N 956906, F 17 D 5/02, 1982, БИ N 33).

Недостатком конструкции является невозможность регулирования температурных режимов трубопровода.

Известен трубопровод для транспортирования криогенной жидкости, состоящий из теплопроводного кожуха, внутреннего трубопровода с отверстиями, установленными в коллекторах кольцевыми элементами, выполненными из материала с коэффициентом линейного расширения, большим коэффициента линейного расширения материала трубопровода (а. с. СССР N 752116, F 17 D 1/04, 1960, БИ N 28), принятый за прототип.

Недостаток известного устройства состоит в том, что при захолаживании стенок внутреннего трубопровода до температуры, близкой к температуре транспортируемой среды, происходит выброс криогенной жидкости в межтрубное пространство. При транспортировании жидкости будет осуществляться теплообмен между внутренним трубопроводом и кожухом. Кроме того, наличие отверстий во внутреннем трубопроводе вызывает концентрацию напряжений, понижает прочность внутреннего трубопровода, усложняет конструктивное оформление.

Техническая задача, решаемая изобретениями, заключается в предотвращении теплопереноса от внутреннего трубопровода через межтрубное пространство и повышение надежности работы трубопровода.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе транспортирования криогенных жидкостей по двухтрубному трубопроводу, включающем создание запаса длины трубопровода, закачивание транспортируемого продукта и регулирование температурных режимов и давления трубопровода, согласно изобретению, перед подачей транспортируемого продукта захолаживают внутреннюю трубу трубопровода до температуры перекачки продукта, а после обеспечения режима эксплуатации внутренней трубы создают разрежение в межтрубном пространстве.

Кроме того, поставленная задача решается также за счет того, что в трубопроводе для транспортирования криогенных жидкостей, состоящем из двух концентрично установленных труб, неподвижных опор и технических средств для регулирования температуры и давления, согласно изобретению, наружная и внутренняя трубы установлены с возможностью перемещения относительно друг друга, наружная труба снабжена двумя патрубками, а по меньшей мере на двух опорах каждого линейного участка трубопровода размещены герметичные камеры длиной, равной продольному перемещению этого участка при температуре эксплуатации, при этом камеры соединены с наружной трубой трубопровода при помощи телескопических компенсаторов.

Изобретение иллюстрируется рисунком, на котором схематично показан трубопровод.

Трубопровод для транспортирования криогенных жидкостей состоит из двух концентрично установленных труб: наружной трубы 1 с теплоизоляционным слоем и внутренней трубы 2. Наружная труба 1 снабжена отводящим 3 и нагнетающим 4 патрубками. Внутренняя труба 2 опирается на опорные устройства 5. Неподвижная опора 6 трубопровода снабжена неподвижной герметичной камерой 7. Компенсаторы 8 соединяют наружную трубу 1 трубопровода и камеру 7.

Трубопровод работает следующим образом. Для захолаживания внутренней трубы 2 трубопровода в межтрубное пространство дозированно (порциями) подают охладитель (транспортируемый продукт) через нагнетающий патрубок 4, а нагретую массу удаляют через отводящий патрубок 3. Дозированная подача сжиженного газа позволяет избежать резкого повышения давления в межтрубном пространстве. Дополнительно величину давления в межтрубном пространстве можно регулировать через отводящий патрубок, снабженный средствами откачки среды из межтрубного пространства (на чертеже не показаны). Межтрубное пространство позволяет выполнять захолаживание внутреннего трубопровода, т.е. обеспечить "запас" длины на укорочение трубопровода. Телескопические компенсаторы обеспечивают необходимый "запас" длины для наружного трубопровода.

При захолаживании наружная труба 1 трубопровода перемещается относительно внутренней трубы 2 по опорным устройствам 5 и приобретает отрицательную температуру, равную температуре транспортируемого продукта (сжиженного газа). А также перемещается относительно герметичной камеры 7, которая закреплена на неподвижной опоре 6 трубопровода и соединена с торцом наружной трубы 1 с помощью телескопических компенсаторов 8. Это позволяет осуществить захолаживание внутренней трубы трубопровода без подачи внутрь нее сжиженного газа. После достижения внутренней трубой температуры перекачки сжиженного газа его подают во внутреннюю трубу (при определенных температуре и внутреннем давлении). Захолаживание внутреннего трубопровода позволяет избежать динамических процессов и роста давлений от разности температур внутренней поверхности внутренней трубы трубопровода и перекачиваемого жидкого продукта.

После этого из межтрубного пространства откачивают среду и создают разрежение, что является термоизоляцией для внутреннего трубопровода.

При охлаждении внутреннего трубопровода наружный трубопровод будет укорачиваться. Для компенсации укорочения наружного трубопровода используют продольные телескопические компенсаторы, которые соединяют наружный трубопровод с неподвижной герметичной камерой, таким образом, телескопические компенсаторы обеспечивают герметизацию межтрубного пространства и укорочение наружного трубопровода.

Герметичные камеры размещены по меньшей мере на двух неподвижных опорах каждого линейного участка трубопровода. Камеры обеспечивают "запас" длины на укорочение внутреннего трубопровода (линейного участка трубопровода), т.е. линейный участок трубопровода должен иметь не менее двух герметичных камер, установленных на неподвижных опорах. Неподвижных опор без камер на линейном участке может не быть совсем, если участок небольшой длины (10 - 30 м), или несколько десятков, если длина участка более 20000 м. Например, если трубопровод длиной 100 км укорачивается на 10 м, то длина камеры должна быть не менее 10 м. Указанные конструктивные особенности неподвижных герметичных камер с телескопическими компенсаторами позволяют перемещаться наружному и внутреннему трубопроводам относительно друг друга.

Для опробования и осуществления предлагаемого способа был изготовлен опытный образец устройства. В герметичную камеру размером 1000 и 300 х 20 мм через отверстия в боковых стенках поместили трубу из стали Ст.3 размером 73 х 4 мм и длиной 1200 мм. Затем после снятия крышки с патрубков заполнили камеру жидким азотом. По мере испарения азота происходило охлаждение трубы до температуры Т = -120^oC. Температуру в герметичной полости трубы измеряли термометром. Укорочение трубы измеряли по метрическим сеткам, нанесенным на наружной поверхности трубы. Захолаживание трубы осуществляли в течение 4 ч 25 мин.

При температуре в полости трубы Т = - 123^oС ее укорочение при давлении 764 мм рт. ст. составило 1,6 мм. В последующем температура в данной системе поддерживалась за счет установившихся условий.

Предлагаемый способ транспортирования криогенных жидкостей по двухтрубному трубопроводу позволяет перекачивать в пять раз больше природного газа в сжиженном состоянии по сравнению с традиционным по магистральному газопроводу при одной и той же величине диаметра труб.

Кроме того, конструктивное исполнение двухтрубного магистрального трубопровода позволяет сравнительно просто осуществлять регулирование эксплуатационных режимов (температура, внутреннее давление) и эффективно решить задачу по "укорочению" или "удлинению" наружного и особенно внутреннего трубопровода.

Формула изобретения

1. Способ транспортирования криогенных жидкостей по двухтрубному трубопроводу, включающий создание запаса длины трубопровода, закачивание транспортируемого продукта и регулирование температурных режимов и давления трубопровода, отличающийся тем, что перед подачей транспортируемого продукта захолаживают внутреннюю трубу трубопровода до температуры перекачки продукта, а после обеспечения режима эксплуатации внутренней трубы создают разрежение в межтрубном пространстве.

2. Трубопровод для транспортирования криогенных жидкостей, состоящий из двух концентрично установленных труб, неподвижных опор и технических средств для регулирования температуры и давления, отличающийся тем, что наружная и внутренняя трубы установлены с возможностью перемещения относительно друг друга, наружная труба снабжена двумя патрубками, а по меньшей мере на двух опорах каждого линейного участка трубопровода размещены герметичные камеры длиной, равной продольному перемещению этого участка при температуре эксплуатации, при этом камеры соединены с наружной трубой трубопровода при помощи телескопических компенсаторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1