ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕЕ ОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2000 года по МПК F16L3/00 

Настоящее изобретение относится к теплоизолирующему опорному устройству для трубопровода, которое поддерживает трубопровод во время транспортировки жидкостей различного типа при низких температурах надежным способом и с теплоизоляцией.

Описание известных технических решений:
Для укладки трубопровода для транспортировки текучих веществ при низких температурах, например сжиженного природного газа в конкретные места во время возведения установок различных типов и т.п., требуется опорное средство, способное надежно поддерживать вес трубопровода и жидкость, содержащуюся в трубопроводе, и имеющее соответствующие теплоизолирующие свойства.

Одним таким опорным устройством, описанным выше, является опорное устройство A, показанное на фиг. 8, в котором теплоизолирующий элемент, состоящий из уретановых блоков A1a, A1b и A1c, прикреплен к периферии трубы P, закрываемой двумя скобами A2a, A2b для труб, при этом труба P поддерживается в заданном месте при помощи башмака A3, который прикреплен к скобе A2a трубы.

Однако опорное устройство A, выполненное описанным способом, имеет недостатки, заключающиеся в том, что различные уретановые блоки A1a-A1c представляют собой изделия, предназначенные для специальной цели, которые необходимо формовать в соответствии с размером трубы (т.е. ее внешнего диаметра). Таким образом затраты на их изготовление и затраты на персонал, связанный с управлением различными установками, от конструирования до окончательного изготовления, были огромными.

Также, поскольку сборка опорного устройства на месте представляет собой малоэффективную работу, когда возникает такая ситуация, что необходимо заменить трубопровод на месте, то возникает неудобство в том, что необходимо прервать работу до тех пор, пока не будут доставлены приспособления для опоры трубопровода, соответствующие участку, где должна производиться замена. Это не только является препятствием для осуществления управления рабочим процессом, но также приводит к значительному увеличению различных затрат, например, на срочные дополнительные наряды-заказы или на организацию транспортировки и т.п.

Кроме того, если усилие зажима, обеспечиваемое скобой для труб, ослабляется из-за различий в тепловом расширении между трубой и изолирующим материалом во время транспортировки жидкости при низкой температуре, после завершения работ по укладке трубопровода, то может возникнуть скольжение между уретановыми блоками и трубопроводом, которое может вызвать повреждение теплоизолирующего опорного устройства, тем самым делая невозможным выполнение его функции. Это является дополнительным недостатком.

Для исключения таких недостатков было предложено в заявке Японии (заявка N 7-62858) теплоизолирующее опорное устройство B, показанное на фиг. 9-11.

Теплоизолирующее опорное устройство B содержит раму основания B1, изготовленную из металлического материала, имеющую пару боковых плит B1a, опорную раму B2 из металлического материала, состоящую из несущих труб B2b, расположенных на башмаке B2a, неподвижно прикрепленном к нижней части трубы P, и опорные валы B3, изготовленные из материала, который обеспечивает теплоизоляцию и достаточную механическую прочность для поддержания массы трубы P и жидкости, содержащейся в ней; конструкция такова, что труба P поддерживается за счет фиксирования обоих концов опорных валов B3, которые проходят через опорные трубы B2b, B2b на боковых плитах B1a рамы основания B1.

Кроме того, в этом теплоизолирующем опорном устройстве B предусмотрены для ограничения движения трубы P влево и вправо втулки B4, имеющие теплоизолирующие характеристики, для опоры валов B3, а внутренняя полость теплоизолирующего опорного устройства B заполнена вспененным теплоизолирующим материалом B5 (фиг.10). Кроме того, к трубе P прикреплен предварительно формованный теплоизолирующий элемент B6.

Таким образом с описанным теплоизолирующим опорным элементом В можно эффективно исключить различные недостатки в результате конструкции описанного выше обычного теплоизолирующего опорного устройства, например, большие затраты, связанные с конструированием и изготовлением, неудобство в управлении процессом при замене трубопровода на месте, повышенные затраты из-за необходимости закупки оборудования и также потери в функциональности, когда его применяют для транспортировки криогенных текучих веществ.

Однако с теплоизолирующим опорным устройством В, имеющим описанную конструкцию, поскольку опорные трубы B2b опорной рамы B2 проходят вдоль осевого направления опорных валов B3, площадь контакта опорного вала P и опорных валов B3 становится необязательно большой, в результате значительная часть криогенной энергии, которая передается от трубопровода P к опорной раме B2, выходит через опорные трубы B2b, тем самым уменьшая теплоизолирующие характеристики. Это является недостатком.

Также с теплоизолирующим опорным устройством B, описанным выше, в раме основания B1, которая поддерживает трубу P через опорную раму B2 и опорные валы B3, опорные валы B3 поддерживаются парой левой и правой боковых плит B1a, таким образом они склонны деформироваться, например, смещение или коробление, когда на систему трубопроводов действуют большие силы. Кроме того, существует риск повреждения рамы основания B1, результатом которого может быть повреждение опорных валов B3 и также опорной рамы B2, что является недостатком, поскольку поврежденное теплоизолирующее опорное устройство B не будет больше способно поддерживать трубопровод P.

Краткое описание настоящего изобретения
С учетом описанных обстоятельств настоящее изобретение ставит своей задачей дополнительно улучшить характеристику теплоизоляции и механическую прочность, а также создать теплоизолирующее опорное устройство для трубопроводов, способное обеспечить надежную теплоизоляцию и опору для трубопроводов без необходимого увеличения затрат.

Теплоизолирующее опорное устройство для трубопроводов, в соответствии с настоящим изобретением, содержит раму основания, образованную нижней плитой, парой боковых плит и парой торцовых плит, выполненных за одно целое друг с другом, опорную раму в форме плиты, выполненную с опорным отверстием, причем опорная рама прикрепляется к нижней части трубопровода, и опорный вал, изготовленный из полимерного или керамического материала, проходящий через отверстие в опорной раме и удерживаемый неподвижно парой боковых плит на раме основания, причем опорный вал имеет теплоизолирующие свойства и достаточную механическую прочность для опоры трубопровода.

Поскольку опорная рама, в упомянутой конструкции, теплоизолирующего опорного устройства выполнена в форме плиты, то часть, которая находится в контакте с опорным валом, проходящим через отверстие в опорной плите, находится в контакте только на ограниченном расстоянии, соответствующем толщине плиты опорной рамы. Поэтому криогенная энергия, передаваемая от опорной рамы опорному валу, очень небольшая, тем самым исключается возможность снижения теплоизолирующих свойств.

Также в упомянутой конструкции механическая прочность плиты основания увеличивается за счет изготовления ее в форме коробки путем формования рамы основания и соединения за одно целое нижней плиты с парой боковых плит и парой торцовых плит.

Следовательно, с теплоизолирующим опорным устройством для трубопроводов, в соответствии с настоящим изобретением, теплоизолирующие свойства значительно улучшаются в сравнении с известным теплоизолирующим опорным устройством, оснащенным опорной рамой, образованной путем размещения опорных труб на башмаке. Кроме того, в сравнении с обычным теплоизолирующим опорным устройством, оснащенным рамой основания, состоящей из нижней плиты и пары боковых плит, механическую прочность рамы основания можно значительно увеличить. Таким образом труба может поддерживаться надежным способом без какой-либо возможности повреждения теплоизолирующего опорного устройства.

Краткое описание чертежей:
фиг. 1 представляет трехмерный вид в перспективе, показывающий теплоизолирующее опорное устройство для трубопровода в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 2 - общий вид сбоку, показывающий теплоизолирующее опорное устройство для трубопровода во время применения в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 3 - вид в разрезе в плоскости III-III фиг.2;
фиг. 4 - вид в разрезе в плоскости IV-IV фиг. 3;
фиг. 5 - вид в разрезе в плоскости V-V фиг. 3;
фиг. 6 - вид спереди в поперечном разрезе основных деталей, показывающий другой вариант исполнения теплоизолирующего опорного устройства для трубопровода в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 7 - вид в поперечном разрезе в плоскости VII-VII фиг. 6;
фиг. 8 - вид в поперечном разрезе, показывающий известное теплоизолирующее опорное устройство вместе с трубой;
фиг. 9 - общий вид сбоку, показывающий обычное теплоизолирующее опорное устройство для трубопровода во время применения;
фиг. 10 - вид в поперечном разрезе в плоскости X-X фиг. 9;
фиг. 11 - вид в поперечном разрезе в плоскости XI-XI фиг. 10.

Описание предпочтительных вариантов
Фиг. 1-5 показывают пример, в котором для транспортировки текучей среды при низких температурах, например, сжиженный природный газ в химической установке поддерживается теплоизолирующим опорным устройством для трубопровода в соответствии с одним вариантом исполнения. Как показано на фиг. 1-5, теплоизолирующее опорное устройство 1 содержит раму основания 10 и опорную раму 20.

Рама основания 10 изготовлена из соответствующего металлического материала, например, чугуна или стали для обеспечения достаточной механической прочности, и она содержит плиту основания 11, которая проходит в горизонтальной плоскости, пару боковых плит 12, расположенных так, что они обращены друг к другу и установлены в плите основания 11, и пару торцовых плит 13, расположенных подобным образом, т.е. обращены друг к другу и установлены на плите основания 11.

Плита основания 11, пара боковых плит 12 и пара торцовых плит 13 изготовлены как одно целое путем закрепления их вместе способом, например, сваркой. Благодаря ее форме в виде открытой вверх коробки рама основания 10 имеет очень большую механическую прочность и очень высокую жесткость.

Пара боковых плит 12 в раме основания 10 выполнена с отверстиями 12a для опоры, в которые вставляют концы опорных валов 30, таким образом опорные валы поддерживаются, как будет описано.

Рама основания 10 расположена в заданном месте, например, на вертикальной опоре или балке, не показана на чертежах, образующей часть конструкции установки.

Опорная рама 20, подобно раме основания 10, выполнена из соответствующего металлического материала, например, чугуна или стали, для обеспечения достаточной механической прочности. Опорная рама 20 имеет форму плиты и прикреплена в нижней части трубы 100 в положении, в котором она проходит вдоль осевого направления трубы 100 в вертикальном направлении.

Опорная рама 20 изготовлена с двумя опорными отверстиями 21, через которые вставляются два опорных вала 30. Опорная рама 20 установлена в нижней части трубы, точнее на опорной плите 101, которая прикреплена к нижней части трубы 100. Эта опорная плита 101 изготовлена путем отрезания части трубы или сгибания пластинчатого элемента из материала, подобного материалу трубы.

Следует отметить, что опорную раму 20 можно прикрепить непосредственно к трубе без использования опорной плиты 101.

Как показано на фиг. 3 и 4, в раме основания 10 расположены два опорных вала 30 в горизонтальном положении. Эти два опорных вала 30 проходят горизонтально через опорные отверстия 21 опорной рамы 20.

Также левые и правые концы опорных валов 30 вставляются в опорные отверстия 12a боковых плит 12 в раме основания 10, таким образом опорные валы 30 поддерживаются в положении, проходя через боковые плиты 12, и их прикрепляют к раме основания 10 посредством стопорных колец 31, которые насаживаются на их левые и правые концы.

Опорные валы изготовлены из полимерного материала, в частности ГРР (волокнит), который имеет достаточную механическую прочность для опоры трубы 100 и обеспечивает достаточную теплоизоляцию.

Стопорные кольца 31 изготовлены из такого же материала как и опорный вал 30 или из материала, обеспечивающего теплоизоляцию и механическую прочность, приближающуюся к прочности опорного вала 30, например, из керамического материала.

Кроме того для ограничения движения опорной рамы 20 в поперечном направлении установлены втулки 32 на опорных валах 30, на левой и правой сторонах опорной рамы, между опорной рамой 20 и боковыми плитами 12 рамы основания 10.

Эти втулки 32 изготовлены из полимерного материала, который такой же как материал опорного вала 30, или из материала, обеспечивающего механическую прочность и теплоизоляцию, примерно такую же как у опорного вала 30, например, керамического материала.

Также на внутренних поверхностях пары торцовых плит 13 в раме основания 10 расположены стопорные блоки 40 для ограничения движения опорной рамы 20 в осевом направлении, расположенные между кромками опорной рамы 20 и торцовыми плитами 13.

Эти стопорные блоки 40 изготовлены из соответствующего материала, обеспечивающего механическую прочность и теплоизоляцию, равную или лучшую, чем у опорных валов 30, например, из такого же полимерного материала как и опорные валы 30 или из керамического материала.

Кроме того, как показано на фиг. 2 и 3, по периферии трубы 100 установлен предварительно формованный теплоизолирующий элемент 110. Теплоизолирующий элемент 110 выполнен с отверстием 110a в положении, исключающем описанное теплоизолирующее опорное устройство 1.

Так же, как обозначено пунктирной линией на фиг. 3, во время операции на месте вводят вспененный теплоизолирующий материал 50 в части пустого пространства теплоизолирующего опорного устройства 1 и/или в части пустого пространства теплоизолирующего опорного устройства 1, трубы 100 и теплоизолирующего элемента 110.

Однако, чтобы четко показать конструкцию теплоизолирующего опорного устройства 1, этот теплоизолирующий материал 50 не показан на фиг. 4 и 5.

С теплоизолирующим опорным устройством 1, выполненным, как описано выше, масса трубы 100 и жидкости, содержащейся в ней, может надежно поддерживаться рамой основания 10 через опорные валы 30, выступающие из опорной рамы 20.

Также, благодаря поддержанию опорной рамы 20, которая прикреплена к трубе 100 на раме основания 10, с использованием опорных валов 30, имеющих теплоизолирующие характеристики, другими словами, благодаря размещению опорных валов 30 с теплоизолирующими свойствами между опорной рамой 20 и рамой основания 10 достигается очень эффективное теплоизолирующее действие, позволяющее уменьшить тепловые потери, вызывающие повышение температуры криогенной жидкости.

Также, исключительный теплоизолирующий эффект достигается за счет заполнения полостей внутри теплоизолирующего опорного устройства 1 и/или полостей теплоизолирующего опорного устройства 1, трубы 100 и теплоизолирующего элемента 110 вспененным теплоизолирующим материалом 50 во время операции на месте.

Кроме того, поскольку опорная рама 20 в теплоизолирующем опорном устройстве 1 имеет форму плиты, то участок, где она находится в контакте с опорным валом 30, проходящим через отверстие 21 для опорного вала, ограничен узким интервалом, соответствующим толщине опорной плиты 20. Таким образом криогенная энергия, передаваемая от опорной плиты 20 опорному валу 30, незначительная, следовательно она не может вызвать ухудшения теплоизолирующих свойств.

Также, благодаря изготовлению рамы основания 10 в теплоизолирующем опорном устройстве 1 в форме коробки, в которой плита основания 11, пара боковых плит 12 и пара торцовых плит 13 выполнены за одно целое, как было описано, может достигаться более значительная механическая прочность, чем с обычной плитой основания (см. фиг. 9-11), состоящей из плиты основания и пары боковых плит. Следовательно, даже если трубопровод подвергается действию внешней силы, отсутствует возможность деформации или коробления плиты основания 10, таким образом труба 100 может надежно поддерживаться.

Напротив, с обычной рамой оснований необходимо обеспечить наружные стальные элементы усиления для достижения такой же степени механической прочности как и с рамой основания 10 в одном варианте исполнения и это, в свою очередь означает, что для опоры стальных элементов усиления необходимы такие конструкции как, например, фундаменты, требующие огромных затрат и пространства для установки. Напротив, с плитой основания 10 в теплоизолирующем опорном устройстве 1 не существует необходимость во вспомогательном оборудовании, например, в стальных элементах усиления или фундаменте.

Когда на трубу 100, поддерживаемую в теплоизолирующем опорном устройстве 1, действует большая сила в направлении влево или вправо перпендикулярно оси, то эта сила передается от опорной рамы 20 через втулки 32 боковым плитам 12 рамы основания 10 и вся рама основания 10 несет ее. Таким образом труба 100 поддерживается без создания препятствия, так или иначе, со стороны теплоизолирующего опорного устройства 1.

Кроме того, поскольку втулка 32, которая расположена между опорной рамой 20 и рамой основания 10, изготовлена из материала, имеющего теплоизолирующие свойства, как было описано выше, то передача криогенной энергии от опорной рамы 20 раме основания 10 исключается, таким образом не существует возможности ухудшения теплоизолирующих свойств.

Также, если большая сила действует в направлении вперед/назад вдоль оси на трубу 100, поддерживаемую в изолирующем опорном устройстве 1, то эта сила передается боковым плитам 12 рамы основания 10 через опорные валы 30 от опорной рамы 20 и передается торцовым плитам 13 раме основания 10 через стопорные блоки 40 от опорной рамы 20.

То есть любые большие силы, действующие на трубу 100, поглощаются рамой основания 10 в целом за счет прохождения через опорные валы 30 и стопорные блоки 40 и таким образом труба 100 поддерживается без какого-либо препятствия со стороны изолирующего опорного устройства 1.

Кроме того, поскольку стопорные блоки, которые расположены между опорной рамой 20 и рамой основания 10, изготовлены из материала, имеющего теплоизолирующие характеристики, как было описано выше, то исключается передача криогенной энергии от опорной рамы 20 раме основания. Таким образом не существует возможности для неумышленного ухудшения теплоизолирующих характеристик.

Также, например, за счет увеличения количества опорных валов до трех или больше можно улучшить способность опорных валов 30 выдерживать нагрузку. В результате, даже если на трубу 100 действует большая сила в направлении вперед/назад, труба 100 может надежно удерживаться даже без применения стопорных блоков 40. Другими словами, конструкцию теплоизолирующего опорного устройства можно упростить.

Кроме того, если считать теплоизолирующее опорное устройство модулем, то трубопровод может надежно удерживаться за счет соответствующей установки определенного количества таких устройств и определения конструкции, в которой участки трубопровода 100, нуждающиеся в опоре, поддерживаются множеством опорных устройств, которые не снабжены стопорными блоками 40.

Следует отметить, что в описанном теплоизолирующем опорном устройстве 1 опорные валы 30 изготовлены из вспененного полимерного материала. В качестве альтернативной конструкции теплоизолирующего опорного устройства в соответствии с настоящим изобретением опорные валы можно изготовить из керамического материала, имеющего теплоизолирующие характеристики и достаточную механическую прочность для опоры трубопровода.

Теплоизолирующее опорное устройство, для которого приспособлены опорные валы, изготовленные из керамического материала, отличается от теплоизолирующего опорного устройства 1, показанного на фиг. 1-5, единственно в отношении опорных валов. Форма опорных валов и остальные конструкции, за исключением опорных валов, точно такие же как в теплоизолирующем устройстве 1, поэтому его конструкция не описана и не показана на чертежах.

Точно такое же действие и преимущества, как и в случае с теплоизолирующим опорным устройством 1, показанным на фиг. 1-5, достигаются, конечно, с теплоизолирующим опорным устройством, в котором применяют опорные валы, изготовленные из керамического материала.

Фиг. 6-7 показывают другой вариант исполнения теплоизолирующего опорного устройства. На фиг. 6 и 7 теплоизолирующее опорное устройство 1' содержит пару опорных рам 20', прикрепленных к нижней части трубы 100'. На опорных валах 30', проходящих через опорные отверстия 21' опорных рам 20', расположены втулки 32' для ограничения движения в поперечном направлении опорных рам 20', которые вставляются между опорными рамами 20' и боковыми плитами 12' рамы основания 10'.

Следует отметить, что в этом теплоизолирующем опорном устройстве 1' элементы конструкции, а не пара опорных рам 20' и втулки 32', являются по существу такими же как в теплоизолирующем опорном устройстве 1, описанным со ссылкой на фиг. 1-5, поэтому элементы, которые выполняют одну и ту же функцию как и элементы конструкции теплоизолирующего опорного устройства, имеют одно обозначение с добавлением знака ('), а подробное их описание не дано.

Также материалы различных элементов теплоизолирующего опорного устройства 1' находятся в соответствии с описанным ранее теплоизолирующим опорным устройством, поэтому подробное описание материалов исключено.

Те же действия и преимущества, как и в случае с теплоизолирующим опорным устройством 1, показанным на фиг. 1-5, конечно, достигаются с теплоизолирующим опорным устройством 1', выполненным, как описано выше.

Основными элементами теплоизолирующего опорного устройства 1 и теплоизолирующего опорного устройства 1' в соответствии с настоящим изобретением являются, как описано, труба из волокнита или т.п., образующая опорные валы, и лист металлического материала, например, из углеродистой и/или нержавеющей стали, образующий раму основания. Таким образом теплоизолирующее опорное устройство можно легко изготовить на месте, поскольку эти материалы можно собрать простым механическим способом резания и сварки.

Также, поскольку конструкция теплоизолирующего опорного устройства в соответствии с настоящим изобретением является очень простой, то можно нарезать множество элементов и улучшить приспособляемость, а также уменьшить затраты на изготовление и транспортировку.

Кроме того, замену труб можно осуществлять быстро на месте, таким образом можно обеспечить непрерывность процесса работы.

Кроме того, поскольку теплоизолирующее опорное устройство в соответствии с настоящим изобретением имеет конструкцию, в которой различные элементы конструкции взаимно соединены механически в отличие от обычного теплоизолирующего опорного устройства (см. фиг. 8), в котором труба удерживается зажимом для труб, использующим силу трения, то обеспечивается устойчивая конструкция с высокой надежностью, причем надежность расчетов механической прочности также очень высокая.

Не говоря уже о том, что теплоизолирующее опорное устройство в соответствии с настоящим изобретением можно применять с большой выгодой не только при укладке различных труб в установках различных типов, помимо химических установок, но также в различных отраслях промышленности, в которых трубопроводы различных типов требуют опоры для поддержания теплоизоляции.

Изобретение относится к теплоизолирующему опорному устройству для трубопровода. Опорное устройство содержит раму основания, образованную нижней плитой, парой боковых плит и парой торцовых плит, выполненных за одно целое друг с другом, и опорную раму в форме плиты, снабженную опорным отверстием. Опорную раму прикрепляют к нижней части трубы. Опорный вал изготовлен из полимерного или керамического материала, проходит через опорное отверстие в опорной раме и поддерживается неподвижно парой боковых плит на раме основания. Опорный вал имеет теплоизолирующие свойства и механическую прочность, достаточную для поддержания трубопровода. В результате улучшается теплоизоляция и механическая прочность. 2 с.п. ф-лы, 11 ил.

1. Теплоизолирующее опорное устройство для трубопроводов, содержащее раму основания, включающую нижнюю плиту, пару боковых плит и пару торцевых плит, выполненных за одно целое друг с другом, опорную раму в форме плиты, снабженную опорным отверстием, причем опорная рама прикреплена к нижней части трубы, и опорный вал, выполненный из полимерного материала, проходящий через опорное отверстие в опорной раме и неподвижно поддерживаемый парой боковых плит на раме основания и имеющий теплоизолирующие свойства и достаточную механическую прочность для опоры трубопровода, и пару стопорных блоков, расположенных на внутренних поверхностях пары торцовых плит в раме для обеспечения возможности размещения между кромками опорной рамы и торцевыми плитами, при этом стопорные блоки изготовлены из материала, имеющего теплоизолирующие свойства и механическую прочность, достаточную для поддержания опорной рамы. 2. Теплоизолирующее опорное устройство для трубопроводов, содержащее раму основания, состоящую из нижней плиты, пару боковых плит и пару торцовых плит, выполненных за одно целое друг с другом, опорную раму в форме плиты, имеющую опорное отверстие, причем опорная рама прикреплена к нижней части трубы, и опорный вал, выполненный из керамического материала, проходящий через опорное отверстие в опорной раме и поддерживаемый неподвижно парой боковых плит на раме основания и имеющий теплоизолирующие свойства и достаточную механическую прочность для поддержания трубопровода, и пару стопорных блоков, расположенных на внутренних поверхностях пары торцовых плит в раме основания для обеспечения возможности размещения между кромками опорной рамы и торцовыми плитами, при этом стопорные блоки изготовлены из материала, имеющего теплоизолирующие свойства и механическую прочность, достаточную для поддержания опорной рамы.