Труба для транспортировки высококоррозионных веществ

Изобретение относится к области машиностроения, а именно устройствам для осуществления транспортировки веществ. Труба для транспортировки высококоррозионных веществ при температурах до 700°С и давлении до 8,5 атм, включающая внешнюю металлическую оболочку, рабочую трубу с нагревательным элементом на ее поверхности, с размещенным в нем проводником, теплоизоляционный слой, расположенный между рабочей трубой и металлической оболочкой, отличающаяся тем, что рабочая труба выполнена из плавленого кварца, на концах которой выполнены кольцевые канавки для размещения прокладок, при этом на одном конце рабочая труба снабжена стыковочной муфтой из плавленого кварца для соединения с участком трубы из плавленого кварца, а на другом конце, в месте соединения рабочей трубы с участком металлической трубы, установлена прокладка из кварцевого материала, выполненная в виде манжеты Г-образной формы в поперечном сечении. Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение коррозии материала трубы, обеспечение механической прочности, увеличение длительности ее эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для осуществления транспортировки веществ.

Известно соединение, содержащее две трубы с внутренним эмалированным покрытием и втулку, установленную коаксиально внутри них с образованием в зоне стыка труб полости, на наружной поверхности втулки выполнена кольцевая проточка, а в среднем сечении последней заодно с течем втулки выполнены радиальные упорные выступы, при этом на концевых участках втулки выполнены кольцевые канавки, в которые установлены уплотнительные элементы, и заходные конусы, между наружными поверхностями которых и внутренней поверхностью труб размещен материал с адгезионными свойствами по отношению к упомянутым поверхностям (патент РФ №2080510, F16L 13/02, 1997).

Недостатком известного решения является ненадежность защиты сварного шва, т.к. уплотнительные элементы в виде эластичных колец не обеспечивают надежную герметизацию некалиброванных труб, имеющих отклонения геометрических параметров и размеров (овальность, разностенность и т.п.) от номинальных, а также допустимые дефекты, обусловленные способом производства (незначительные вмятины, выступы и т.п.), вследствие возможного заклинивания уплотнительных элементов и нарушения в связи с этим герметичности. Установка уплотнительных колец в таких трубах осложнена необходимостью их центрирования в каждом случае установки.

Также недостатком является: отсутствие нагревательных элементов на поверхности трубы в случае транспортировки по ней веществ, требующих обязательного прогрева, расплавы солей и т.д. При транспортировке веществ с высокими температурами от 300°С и выше, при высокой разности коэффициентов термического расширения эмали и металла произойдет механическое разрушение эмали, что приведет к взаимодействию транспортируемого вещества с металлом, возникновению коррозии и загрязнению транспортируемого вещества продуктами коррозии металла.

Наиболее близкой является труба для транспортировки нефтепродуктов (патент RU 2453758, опубл. 2012 г.).

Труба содержит рабочую трубу, покрытую антикоррозионным и антистатическим защитным покрытием, внешнюю оболочку, теплоизоляционный слой из пенополиуретана, расположенный между рабочей трубой и внешней оболочкой. В теплоизоляционном слое расположены центраторы с опорами. На внешней поверхности рабочей трубы расположен нагревательный элемент, который выполнен либо в виде кабеля, либо в виде элемента индукционно-резистивной скин-системы, представляющего собой трубку-спутник из ферромагнитного материала с размещенным в ней проводником из немагнитного материала. Теплоизоляционный слой снабжен по длине рабочей трубы противопожарными вставками. Защитное покрытие превышает по длине теплоизоляционный слой. Рабочая труба превышает по длине защитное покрытие с образованием на ее торцах неизолированных концевых участков. Отношение длины одной противопожарной вставки к диаметру рабочей трубы составляет не менее чем 3,5:1.

Недостатком данной конструкции является невозможность его использования в качестве элемента трубопровода, для транспортировки хлорсодержащих солевых расплавов при температурах до 700°С из-за их высокой коррозионной активности.

Задачей настоящего изобретения является создание трубы, по которой могут транспортироваться агрессивные вещества, например хлорсодержащие солевые расплавы при температуре до 700°С, давлении до 8,5 атм и обеспечение герметичности, безопасности, долговечности, упрощение монтажа труб и их эксплуатации, а также исключение загрязнения транспортируемого вещества продуктами коррозии.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение коррозии материала трубы, обеспечение механической прочности, увеличение длительности ее эксплуатации.

Технический результат достигается в конструкции трубы для транспортировки высококоррозионных веществ, включающей внешнюю металлическую оболочку, рабочую трубу с нагревательным элементом на ее поверхности, теплоизоляционный слой, расположенный между рабочей трубой и металлической оболочкой, причем рабочая труба выполнена из плавленого кварца, на концах которой выполнены кольцевые канавки для размещения прокладок из кварцевого материала, при этом на одном конце рабочая труба снабжена муфтой из плавленого кварца для соединения с участком трубы из плавленого кварца, а на другом конце, в месте соединения рабочей трубы с участком металлической трубы, установлена прокладка, выполненная в виде манжеты Г-образной формы в поперечном сечении, минимальная толщина которой определяется по формуле

β≥Lм0×T×αм+Lкв0×T×αкв,

где β - толщина прокладки, мм;

Lм0 - исходная длина металлической трубы, мм;

Т - температура транспортируемого вещества, °С;

αм - коэффициент термического линейного расширения материала металлической трубы, ;

Lкв0 - исходная длина рабочей трубы из плавленного кварца, мм;

αкв - коэффициент термического расширения кварца,

Теплоизоляционный слой состоит из кварцевого материала, например смеси геля кремневой кислоты с порошком кварцевого стекла диаметром зерна 0,1-0,8 мм.

На фиг. 1 представлен разрез трубы.

На фиг. 2 - конструкция рабочей трубы во внешней металлической оболочке.

Труба для транспортировки расплавов солей и других высококоррозионных веществ включает в себя (фиг. 1) внешнюю металлическую оболочку 1, рабочую трубу 2 из плавленного кварца, ГОСТ 8894-77, на концах которой выполнены кольцевые канавки 8 для размещения прокладок 7 из кварцевого материала, при этом на одном конце рабочая труба 2 из плавленного кварца снабжена муфтой 3 из плавленого кварца для соединения с участком трубы 2 из плавленого кварца, а на другом конце, в месте соединения рабочей трубы 2 с участком металлической трубы 9, например, из никеля или никелевых сплавов, установлена прокладка 7 из кварцевого материала, выполненная в виде манжеты Г-образной формы в поперечном сечении.

В пространстве между внешней металлической оболочкой 1 и рабочей трубой 2 из плавленого кварца имеется теплоизоляционный слой 4 для снижения потерь тепла, который состоит из кварцевого материала, например смеси геля кремневой кислоты с порошком кварцевого стекла диаметром зерна 0,1-0,8 мм.

Для обеспечения механической прочности внешней металлической оболочки 1 при ее термическом расширении предусмотрен компенсатор 5. Для поддержания температуры расплава на рабочую трубу 2 из плавленого кварца намотан нагревательный элемент 6, который выводится наружу через керамические трубки 10 (фиг. 2). Герметичное соединение рабочей трубы с участком металлической трубы осуществляется с помощью фланца 11.

Сборка соединения трубы осуществляется следующим образом: на концах рабочей трубы в кольцевые канавки 8 устанавливают прокладки 7 из кварцевого материала. На один конец рабочей трубы 2 надевают муфту из кварцевого материала и вставляют в нее участок рабочей трубы из плавленного кварца.

Сборка соединения рабочей трубы 2 из плавленного кварца и участком металлической трубы 9 осуществляется путем установки на конец участка металлической трубы 9 прокладки 7 из кварцевого материала, выполненной в виде манжеты Г-образной формы в поперечном сечении, при этом рабочая труба 2 из плавленного кварца и участок металлической трубы 9 сопрягаются между собой с помощью фланца 11. Таким образом, достигается надежное и герметичное соединение сопрягаемых деталей между собой.

В трубе должен отсутствовать непосредственный контакт рабочей трубы из плавленного кварца с участком металлической трубы. Из-за разницы коэффициентов термического расширения (КТР) кварцевого стекла и металла возможно разрушение кварцевой трубы. Для исключения ее механического разрушения в месте соединения рабочей трубы из плавленного кварца с участком металлической трубы установлены прокладки из кварцевого материала.

Основными проблемами использования кварцевых труб в сочетании с металлическими трубами является большая разница в коэффициентах термического расширения металла и кварца, а также давлении расплава в трубе до 8,5 атм и температуре до 700°С.

Исходя из вышесказанного были проведены лабораторные исследования по определению механической устойчивости сборок кварц-металл различных конфигураций и соединений при температуре до 700°С и давлении до 8,5 атм.

Методика

Были проведены исследования как по определению коррозионной устойчивости трубы из плавленного кварца в расплаве хлорсодержащей соли, так и по определению величины зазора с учетом коэффициентов величины зазора с учетом коэффициентов линейного термического расширения (КЛТР) между кварцевой трубой и металлом. При этом величина зазора определялась как сумма КЛТР металла, кварца и необходимой толщины прокладок из кварцевого материала, предотвращающих механическое разрушение кварцевой трубы. Кроме того, прокладки служили и для герметизации сборок.

Экспериментальная часть

Исследованиям подвергались сборки, в которых толщину прокладок определяли расчетным путем как сумму расчетной величины КЛТР металла, кварца, при наибольшей температуре проведения опытов и необходимой толщины прокладок для достижения герметичности сборок при всех величинах исследуемых давлений; от 2,0 до 8,5 атм. Затем опытным путем определяли правильность расчетов.

Коэффициент термического линейного расширения составляет:

- для никеля - 13,4×10-7 1/град,

- для кварца - 5,7×10-7 1/град.

Величина термического линейного расширения определяется по формуле

L=L0+(l+αt),

где L - длина образца после нагревания, мм;

L0 - длина образца до нагревания, мм;

α - коэффициент термического линейного расширения материала образца, 1/град;

t - температура образцов, равная температуре транспортируемого вещества, °С.

Расчетная величина линейного расширения при 700°С составила:

- для никеля - 0,675 мм,

- для кварца - 0,0347 мм.

Таким образом, толщина прокладок должна составлять не менее - 0,675+0,0347=0,7097≈0,71 мм.

Для гарантии, на усадку прокладки при сборке образцов увеличили толщину прокладки на 1 мм, и общая толщина прокладки составила 1,71 мм.

Для определения правильности выбранных величин зазоров и толщины прокладок в сборках, с учетом КЛТР, образцы сборок помещали в шахтную электропечь с программным управлением, марки СШОЛ-2/12-И2 с поддержанием температуры в автоматическом режиме. Образцы испытывали при температуре 350 и 700°С в среде хлоралюмината калия.

Производили нагрев печи с образцами до заданного температурного режима и выдерживали при заданной температуре в течение 4 часов. Все образцы сборок не разрушились, что подтвердило правильность наших расчетов.

Затем провели исследования на определение механической прочности образцов кварцевых сборок при давлении до 8,5 атм на гидравлическом прессе.

Образцы испытывались при давлении воды 2, 4, 6, 8, 5 атм. При всех исследуемых давлениях образцы сборок показали герметичность и механическую прочность - не разрушились.

- Образцы изделий из прозрачного кварцевого стекла в расплаве, используемом в установке разделения хлоридов циркония и гафния в АО ЧМЗ, коррозионно-устойчивы как в герметичных условиях, так и в условиях, имитирующих разгерметизацию оборудования;

- по шкале коррозионной стойкости металлов расчетная группа стойкости исследованных образцов из кварца соответствует характеристике весьма стойкого материала;

- образцы кварцевых изделий с толщиной стенки 1,6 мм, испытанных при давлении воды 2, 4, 6, 8,5 атм показали герметичность и механическую прочность.

Таким образом, снижается коррозия материала трубы, обеспечивается механическая прочность, увеличивается длительность ее эксплуатации.

1. Труба для транспортировки высококоррозионных веществ, включающая внешнюю металлическую оболочку, рабочую трубу с нагревательным элементом на ее поверхности, теплоизоляционный слой, расположенный между рабочей трубой и металлической оболочкой, отличающаяся тем, что рабочая труба выполнена из плавленого кварца, на концах которой выполнены кольцевые канавки для размещения прокладок из кварцевого материала, при этом на одном конце рабочая труба снабжена муфтой из плавленого кварца для соединения с участком трубы из плавленого кварца, а на другом конце, в месте соединения рабочей трубы с участком металлической трубы, установлена прокладка, выполненная в виде манжеты Г-образной формы в поперечном сечении, минимальная толщина которой определяется по формуле

β≥Lм0×t×αм+Lкв0×t×αкв,

где β - толщина прокладки, мм;

Lм0 - исходная длина металлической трубы, мм;

t - температура транспортируемого вещества, °C;

αм - коэффициент термического линейного расширения материала металлической трубы,

Lкв0 - исходная длина рабочей трубы из плавленного кварца, мм;

αкв - коэффициент термического расширения кварца,

2. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что теплоизоляционный слой состоит из кварцевого материала, например смеси геля кремневой кислоты с порошком кварцевого стекла диаметром зерна 0,1-0,8 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к стыковому соединению предварительно изолированных труб или фасонных изделий. Соединение содержит соединенные между собой внутренние рабочие трубы и закрепленную внахлест на внешних трубах-оболочках муфту, выполненную из светопроницаемой пластмассы.

Изобретение относится к способу герметизации стыка предварительно изолированных труб и предназначено для использования в строительстве или реконструкции трубопроводного транспорта для обеспечения гидравлической и механической защиты изоляции в неразъемных стыковых соединениях систем трубопроводов, например в теплогидроизолированных.

Изобретение предназначено для использования в строительстве или реконструкции трубопроводного транспорта для обеспечения гидравлической и механической защиты изоляции в неразъемных стыковых соединениях систем трубопроводов, например в теплогидроизолированных.

Изобретение относится к стыковому соединению предварительно изолированных труб или фасонных изделий, которое содержит соединенные между собой внутренние рабочие трубы и закрепленную внахлест на внешних трубах-оболочках муфту, выполненную из светопроницаемой пластмассы.

Изобретение относится к способу герметизации стыка изолированных труб для использования в строительстве или реконструкции трубопроводного транспорта для обеспечения гидравлической и механической защиты изоляции в неразъемных стыковых соединениях систем трубопроводов, например в теплогидроизолированных.

Изобретение относится к способу герметизации стыка предварительно изолированных труб и предназначено для использования в строительстве или реконструкции трубопроводного транспорта для обеспечения гидравлической и механической защиты изоляции в неразъемных стыковых соединениях систем трубопроводов, например в теплогидроизолированных.

Изобретение относится к добыче углеводородов и может быть использовано при изготовлении колонн для нагнетания теплоносителя в нефтяной пласт. Способ включает коаксиальное размещение внутренней трубы с изоляцией, газопоглотителями и центраторами в наружной трубе.

Изобретение относится к области эксплуатации магистральных трубопроводов, в частности к отбраковке сварных косых стыков. Задачей изобретения является упрощение процесса замера косины стыка и определение критерия допустимости косины кольцевого стыка стальных трубопроводов в зависимости от параметров стыка и участков трубопроводов.

Изобретение относится к области строительства высоконапорных трубопроводов из металлических труб, включая нефтедобывающую промышленность. Технический результат - упрощение изготовления труб для их соединения муфтой и снижение себестоимости соединения труб с одновременным сохранением прочности соединения труб при строительстве нефтепромысловых трубопроводов высокого давления.

Изобретение относится к соединению металлических труб. Соединение состоит из двух сваренных между собой труб и размещенной внутри них металлической втулки с цилиндрической проточкой в центральной части и кольцевыми канавками в торцевых зонах и антикоррозионным покрытием на поверхности за исключением цилиндрической проточки, с теплоизоляционным материалом и установочными упорами в цилиндрической проточке, с уплотнительными элементами в кольцевых канавках и герметизирующим материалом в зазоре между трубами и втулкой.

Изобретение относится к арматуре пневматических и гидравлических систем, требующих неразъемного герметичного соединения деталей, например труб, из разнородных металлов, и может быть использовано в различных областях машиностроения и приборостроения. В трубчатом биметаллическом переходнике, содержащем герметично соединенные между собой охватывающую и охватываемую втулки из разнородных материалов, каждая из втулок имеет изогнутую форму, состоящую из связанных между собой торовым участком двух цилиндрических участков с расположенными под углом друг к другу пересекающимися центральными осями, установлена одна в полости другой и закреплена в ней таким образом, что цилиндрический участок одной из них является продолжением цилиндрического участка другой. Конструкция элемента трубопроводной арматуры - трубчатого биметаллического переходника - позволяет соединять между собой расположенные под углом друг к другу трубы из разнородных материалов, обеспечивая при этом повышение качества работы пневмо- и гидросистем за счет сокращения количества сварных стыков и снижение трудоемкости их изготовления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано для получения сварных конструкций из разнородных металлических материалов, в частности переходника титан-алюминий. Заготовка для проведения последующей диффузионной сварки в условиях горячего изостатического прессования содержит размещенные в капсуле титановую и алюминиевую заготовки. На свариваемой поверхности заготовки из титанового сплава выполнена рельефная насечка в виде выступов и канавок, имеющих одинаковый профиль и одинаковый радиус закругления, равный 1/2 высоты выступа. Количество периодов насечки на свариваемой поверхности заготовки из титанового сплава составляет не менее двух. Переходник, полученный при использовании этой заготовки, имеет прочноплотное диффузионное соединение со стабильными свойствами за счет равномерного распределения приложенной в процессе эксплуатации нагрузки, отсутствия концентраторов напряжения и увеличенной площади соединения. 4 ил.

Изобретение относится к устройству для защиты внутреннего сварного шва трубопровода. Устройство содержит втулку, упорную поверхность для торцов свариваемых труб в трубопровод, расположенную в центральной части внешней поверхности втулки, эластичные уплотнения, размещенные на внешней поверхности втулки симметрично от упорной поверхности. Втулка выполнена из металлопроката с торцами, развальцованными с уклоном наружу, и перед каждым уклоном наружу торца на втулку надето эластичное уплотнение в виде манжета с соответствующим профильным сечением, изготовленного из маслобензостойкой резины, затем - кольцо из металла прямоугольного профиля, приваренное к втулке и ограничивающее продольное по втулке смещение манжета к ее центру, а между кольцами - огнеупорная изоляция из кремнеземной ткани, на которой закреплена сетка, образованная из двух одинаковых лент, изготовленных из тонколистового проката, с выступающими по бокам лепестками и сваренными ими между собой. Торцы лент приварены точечной сваркой к соответствующим кольцам, а противоположные им торцы отогнуты перпендикулярно наружной поверхности втулки и образуют на поверхности втулки упорную поверхность для торцов свариваемых труб в трубопровод, причем поверх сетки по всей длине втулки закреплена огнеупорная лента, причем втулка в сборе с кольцами покрыта антикоррозийным покрытием. Технический результат: увеличение надежности защиты внутреннего сварного шва трубопроводов как при изготовлении трубопровода, так и при его эксплуатации путем образования равномерного распределения тепла по всему объему втулки и в ее торцевых частях, расположенных в свариваемых трубах. Это исключает прогары во втулке в местах сварки торцов труб и обеспечивает сохранение защитных ее свойств. 5 ил.

Изобретение относится к узлам соединения труб разного диаметра. Узел соединения труб разного диаметра включает концы труб большего и меньшего диаметров, на которых закреплены соответствующие соединительные детали, объединенные стяжными болтами, соединительная деталь трубы большего диаметра представляет собой торцовую заглушку с отверстиями для прохода стяжных болтов, соединенную на сварке с концом трубы большего диаметра. Соединительная деталь трубы меньшего диаметра выполнена в виде опорного кольца. Основание опорного кольца имеет цилиндрический пояс с наружным диаметром, который уменьшается по высоте от его верхней границы до верхнего торца опорного кольца. Опорное кольцо основанием наружу насажено на конец трубы меньшего диаметра по горячей посадке заподлицо с ее торцом, который на сварке соединен с основанием опорного кольца. По контуру наружной поверхности основания опорного кольца выполнены гнезда для гаечного ключа с отверстиями, соосными отверстиям в торцовой заглушке. Стяжные болты вставлены с внутренней стороны торцовой заглушки и головки на сварке прикреплены к ней. Наружный диаметр опорного кольца определяют в зависимости от текущей координаты от верхней границы цилиндрического пояса из таблицы. Изобретение позволяет повысить надежность соединения и его прочность. 1 табл, 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и машиностроения и предназначено для неразъемного соединения деталей замкнутого контура, выполненных из разнородных металлов, которые нельзя соединить между собой сваркой из-за усталостных разрушений сварного шва при эксплуатации. Соединение содержит охватываемую и охватывающую металлические детали, в которых выполнены не менее двух отверстий, причем в охватывающей детали сквозное, а в охватываемой детали глухое. В отверстия установлены по прессовой посадке металлические цилиндрические штифты со сквозным внутренним отверстием, выполненные из такого же материала, из которого изготовлена охватываемая деталь, и хорошо свариваемые между собой и сплавленные по внутреннему диаметру штифта с материалом охватываемой детали. Техническим результатом является повышение надежности соединения деталей замкнутого контура из разнородных материалов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено для получения неразъемного соединения разнородных материалов. В способе получения неразъемного соединения осесимметричных полых деталей из разнородных материалов деталь из одного материала с выступами на сопрягаемой поверхности располагают соосно детали из другого материала с впадинами на сопрягаемой поверхности таким образом, что выступы располагаются напротив впадин, после чего детали в сборе равномерно пластически деформируют. Выступы и впадины в сечении выполняют в форме двух треугольников и расположенного между ними прямоугольника, с образованием перемычек между впадинами прямоугольного и треугольного сечения, угол при вершинах выступов треугольной формы выполняют больше угла при вершинах таких же треугольных впадин, на сопряженных поверхностях выступов и впадин прямоугольной формы в чередующемся порядке выполняют дополнительные выступы/впадины, например, треугольного сечения. На деталь с впадинами устанавливают выполненный из пластичного материала вкладыш, имеющий меняющуюся от центра к периферии толщину, таким образом, что часть вкладыша большей толщины размещают над впадиной прямоугольного сечения и предварительно запрессовывают, равномерное пластическое деформирование деталей в сборе производят с усилием и выдержкой, обеспечивающими внедрение выступов треугольной формы с большим углом при вершинах во впадины треугольной формы, имеющие меньший угол при вершинах, отгибание перемычек внутрь полости впадины прямоугольного сечения с одновременным внедрением дополнительных выступов во вкладыш/внедрение вкладыша в дополнительные впадины и запирание материала вкладыша между сопрягаемыми поверхностями соединяемых деталей. Изобретение обеспечивает механическую прочность и надежную герметичность соединения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано при строительстве и ремонте трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды. Способ включает размещение в месте соединения концов трубопровода внутренней защитной втулки. На конце одной из труб, в которую вставляют втулку на всю ее длину, выполняют продольные сквозные прорези. Втулку оснащают боковыми выступами, вставляемыми в продольные прорези. После стыковки концов труб втулка при помощи выступов осевым перемещением вводится в конец противоположной трубы для герметизации стыка труб и прорезей. Производят соединение труб и герметизацию боковых прорезей с фиксацией защитной втулки. Также описан другой способ защиты внутренней зоны соединений труб с внутренним покрытием. Изобретение позволяет расширить область применения внутренних защитных втулок за счет исключения необходимости осевого сдвига соединяемых концов трубопровода и повысить надежность защиты за счет исключения сдвига внутренних защитных втулок в процессе эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх