ШЛАНГ ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2010 года по МПК F16L39/02 F16L11/00 

Настоящее изобретение относится к шлангу для перекачки криогенных жидкостей, включающему внутренний шланг и наружный шланг, расположенный на расстоянии от стенки внутреннего шланга.

Подводный шланг для перекачки сырой нефти известен из патента США 3,809,128. В данном патенте объем воздуха в пространстве между внутренним и наружным шлангами селективно контролируется для регулировки плавучести шланга. Для обеспечения достаточного воздушного пространства между внутренним и наружным шлангами и предотвращения сдавливания внутреннего шланга наружным шлангом под действием давления воды спиральный разъединительный элемент обматывается вокруг внешней поверхности внутреннего шланга. Участки шланга соединены между собой посредством концевых фланцев на внутреннем шланге, которые выступают по длине за пределы торцевых поверхностей наружного шланга. Так как внутренний шланг не окружен наружным шлангом на соединительных фланцах, он подвержен влиянию внешней среды, и поэтому известный внутренний шланг не пригоден для перекачки криогенной жидкости, такой как сжиженный природный газ, который может иметь температуру -161°С, или жидкий азот, который может иметь температуру -194°С.

В патенте Германии 27 05 361 раскрыта конструкция шланга в шланге, состоящая из двух концентрических труб для перекачки углеводородов, пригодная, например, для перекачки сжиженного природного газа, в которой используются гибкие шланги с металлическим армированием. Внутренний и наружный шланги соединены посредством соединительного концевого фланца, неразъемным способом прикрепленного к стенкам внутреннего и наружного шлангов. Соединительные фланцы входят в зацепление с уплотнением и соединены посредством множества болтов. В соединительном фланце имеются проточные каналы для обеспечения циркуляции газа в пространстве между шлангами. Расстояние между внутренним и наружным шлангами поддерживается с помощью разделительных элементов. Недостатком данного известного шланга является то, что участки внутреннего шланга не могут быть извлечены из участков наружного шланга для замены или ремонта, так как в одном варианте осуществления соединительный фланец приварен к внутреннему и наружному шлангу. Кроме того, внутренние шланги отсоединяются при отсоединении наружных шлангов, поэтому проверка внутреннего шланга невозможна без утраты свойств влагонепроницаемости. В другом варианте осуществления соединительный элемент участков внутреннего шланга может свободно скользить в осевом направлении, что может привести к утечке, вызванной значительными сжатиями вследствие изменений давления и тепловых флуктуаций.

Из патента США 4,111,466 известна пара концентрических шлангов, выполненных из гибкого эластомерного материала, расположенных с интервалом в радиальном направлении для образования кольцевого пространства вокруг внутреннего шланга. Оба шланга прикреплены на каждом из их концов к общему соединительному кольцу для закрепления последовательных участков двойного шланга. Сжатие внутреннего шланга при охлаждении может привести к образованию канала утечки на внутренних фланцах. Кроме того, отсоединение соединительного кольца будет одновременно отсоединять как внутренний, так и наружный шланги.

В патенте США 4,108,476 раскрыта концентрическая конфигурация из жестких труб, в которой концевые части внутренней трубы соединяются с возможностью скольжения, а фланцы на наружной стенке внутренней трубы зажаты между двумя внутренними кольцами наружной трубы. Таким образом, участки внутренней и наружной трубы образуют целые части, при этом внутренняя труба не может быть удалена из наружной трубы для проверки, замены или ремонта. К тому же разъединение участков наружной трубы разъединяет участки внутренней трубы.

Целью настоящего изобретения является создание шланга для перекачки криогенных жидкостей, пригодного для морской перекачки криогенных жидкостей из одной конструкции, такой как танкер для добычи, хранения и выгрузки нефти, в другую конструкцию, такую как транспортное судно, который можно легко устанавливать, ремонтировать и/или заменять.

Другой целью настоящего изобретения является создание шланга для перекачки криогенных жидкостей, который обеспечивает влагонепроницаемое соединение между участками данного шланга при расширении и сжатии вследствие создания избыточного давления во время использования или вследствие изменений температуры.

Дополнительной целью настоящего изобретения является создание шланга для перекачки криогенных жидкостей, который может быть надежно использован на относительно больших расстояниях и который может быть легко регулируемым по длине.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание концентрической конфигурации из шлангов для перекачки криогенных жидкостей, в которой участки наружного шланга могут разъединяться без утраты свойств влагонепроницаемости внутреннего шланга.

Дополнительной целью настоящего изобретения является также создание шланга для перекачки криогенных жидкостей концентрического типа, который обеспечивает относительные перемещения внутреннего шланга относительно наружного шланга, обусловленные тепловыми флуктуациями и/или созданием избыточного давления во внутреннем шланге при сохранении его характеристик влагонепроницаемости.

При этом шланг для перекачки криогенных жидкостей, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, вытягивающийся при использовании в морских условиях и имеющий длину, по меньшей мере, 20 м, предпочтительно, по меньшей мере, 100 м, содержит внутренний шланг с, по меньшей мере, двумя участками, соединенными между собой посредством, по меньшей мере, двух внутренних соединительных элементов, проходящих в поперечном направлении, при этом внутренний шланг является гибким и включает гибкую упрочненную стенку, имеющую внутренний диаметр, по меньшей мере, 10 см, наружный шланг, окружающий внутренний шланг, содержащий водонепроницаемый эластомерный или композиционный материал и включающий, по меньшей мере, два участка, соединенные между собой посредством двух внешних соединительных элементов, при этом наружный шланг имеет толщину стенки, по меньшей мере, 2 см, радиус изгиба, по меньшей мере, 2 м и внутренний диаметр, по меньшей мере, 20 см, причем внутренний шланг удерживается на расстоянии от наружного шланга посредством ряда разъединительных элементов, перекрывающих расстояние (h_i) между наружной стенкой внутреннего шланга и внутренней стенкой наружного шланга, при этом данное расстояние находится в пределах от 0,1 до 0,8 внутреннего диаметра d_io внутреннего шланга, и продольное расположение пары внутренних соединительных элементов находится на уровне или близко к продольному расположению пары наружных соединительных элементов, и внутренние соединительные элементы перекрывают расстояние h_i между стенками внутреннего и наружного шлангов и включают фланцевый участок стенки внутреннего шланга, и на стенке наружного шланга закреплены две поперечные опорные поверхности, при этом фланцевые участки разъемным способом подсоединены между данными опорными поверхностями для предотвращения относительного осевого перемещения между наружными и внутренними сегментами на уровне или вблизи продольного расположения пары наружных и внутренних соединительных элементов в двух осевых направлениях при расширении и сжатии участков внутреннего шланга.

Так как гибкий внутренний шланг соединен соосно с наружным шлангом посредством соединительных элементов, участки внутреннего шланга могут быть прикреплены к участкам наружного шланга в предварительно напряженном состоянии при температуре окружающей среды. Таким образом, во время перекачки сжиженного природного газа, осуществляемой при давлениях, например, 10 бар, внутренний шланг удлиняется до своей нормальной длины за счет давления. Особенно в самом начале, когда криогенный внутренний шланг медленно накачивается холодным газом, фиксирование в осевом направлении элементов соединения внутреннего и наружного шлангов относительно друг друга предотвращает утечку газа через фланцы. Путем отсоединения этих соединительных элементов участки внутреннего и наружного шлангов могут быть удалены как единый блок, при этом участок внутреннего шланга может быть отсоединен и извлечен из участка наружного шланга на берегу для проверки, технического обслуживания или замены.

В другом варианте осуществления фланцевые участки отсоединяются от стенки внутреннего шланга и/или опорные поверхности отсоединяются от стенки наружного шланга таким образом, что при удалении фланцевых участков и/или опорных поверхностей из зазора между внутренним шлангом и наружным шлангом все части стенки внутреннего шланга находятся на расстоянии от стенки наружного шланга.

Так как фланцевые участки внутреннего шланга отсоединяются от стенки внутреннего шланга и/или опорные поверхности отсоединяются от стенки наружного шланга, наружный шланг может быть отсоединен от внутреннего шланга без отрицательного влияния на характеристики влагонепроницаемости внутреннего шланга, что обеспечивает возможность проверки или ремонта. Кроме того, после отсоединения фланцевых участков и/или опорных поверхностей внутренний шланг может свободно перемещаться по наружному шлангу таким образом, что участок внутреннего шланга может быть извлечен из наружного шланга для проверки, ремонта или замены.

Внутренним шлангом является шланг, который особенно пригоден для перекачки криогенных жидкостей и имеет относительно низкую механическую прочность, но защищен наружным шлангом, которым может быть известный шланг для перекачки сырой нефти. Конфигурация шланга в шланге обеспечивает повышенную безопасность для воздушной, надводной или подводной системы перекачки криогенных жидкостей, так как наружный шланг защищает внутренний шланг от столкновений с другими шлангами, кранами, судами для транспортировки сжиженного природного газа или другими судами, такими как буксиры или вспомогательные суда, и предотвращает проникновение воды. Наружный шланг является относительно жестким по сравнению с внутренним шлангом, но все же достаточно гибким, чтобы храниться в смотанном состоянии на вертикальном или горизонтальном барабане на буе, башне или судне, или храниться на борту судна в желобе, когда он не используется.

Выполнение шлангов в виде участков обеспечивает простую сборку шланга требуемой длины. Кроме того, участки обеспечивают простую замену в морских условиях части системы перекачки сжиженного природного газа для проверки, технического обслуживания или ремонта.

Из патента США 4,417,603 известен шланг для перекачки криогенных жидкостей для соединения морской платформы с танкером, включающий внутреннюю спиральную металлическую пружину, наружную спиральную пружину, смещенную на полшага, и слой полимерного материала, расположенный между этими пружинами. Внутренний металлический шланг окружен теплоизоляционным слоем. Данный известный шланг для перекачки криогенных жидкостей выполнен неразъемным и в случае повреждения требует полной замены. Кроме того, криогенный металлический шланг оказывается относительно легко повреждаемым и не может быть эффективно защищен с помощью внешней изоляции, которая непосредственно прикреплена к внутреннему корпусу из армированного композиционного материала.

Используемое здесь понятие «криогенные жидкости» подразумевает сжиженные газы с температурами ниже -60°С, например сжиженный природный газ, который имеет температуру -162°С.

Используемое здесь понятие «гибкая упрочненная стенка» подразумевает стенку шланга, выполненную из композиционного материала или металла, имеющую гибкость, обеспечиваемую, например, гофрированной конструкцией, или которая имеет спиральную конфигурацию типа пружины, или подобные конструкции стенки, которые придают шлангу повышенную гибкость по сравнению со сплошной стенкой из листового материала.

Используемое здесь понятие «морские» условия подразумевает положение шланга при использовании над водной поверхностью, в плавучем положении на водной поверхности, в погруженном положении под водной поверхностью или любую комбинацию из этих положений.

Используемое здесь понятие «композиционный материал» подразумевает материал, включающий два или более отдельных слоев, таких, например, как гибкий металлический слой, армированный тканью, резиной, металлической проволокой или комбинациями из них.

В одном варианте осуществления фланцы внутреннего шланга являются составной частью стенки внутреннего шланга и помещены между опорами осевого фиксирующего кольца обычно с U-образным поперечным сечением, при этом кольцо разъемным способом прикреплено к стенке наружного шланга. Таким образом, участки внутреннего шланга могут легко собираться независимо от участков наружного корпуса и затем могут соединяться с наружным шлангом посредством фиксирующего кольца. Фиксирующее кольцо может быть расположено в кольцеобразной выемке на внутренней стороне стенки наружного шланга. В альтернативном варианте фиксирующее кольцо может быть прикреплено к стенке наружного шланга посредством пары кольцевых пазов на каждой стороне данного кольца.

В другом варианте осуществления внутренний шланг может удлиняться и/или укорачиваться по длине относительно наружного шланга, по меньшей мере, на 0,5% от общей длины шланга вследствие разницы температур и/или избыточного давления во внутреннем шланге, при этом внутренний шланг не соединен с наружным шлангом непосредственно или рядом с внутренними соединительными элементами. Подвижный внутренний шланг предотвращает увеличение напряжений при перекачке сжиженного природного газа. При перекачке сжиженного природного газа соединительные элементы могут совмещаться в осевом направлении независимо для внутреннего и наружного шлангов, что облегчает сборку и/или замену участков шлангов при нормальных внешних условиях.

Для обеспечения возможности расширения и сжатия упрочненного внутреннего корпуса под действием температуры и давления внутренние соединительные элементы включают муфту на одном участке внутреннего шланга и трубчатую концевую часть на другом участке внутреннего шланга, размещаемую в муфте или вокруг муфты с возможностью скольжения. Скользящее соединение участков внутреннего шланга обеспечивает расширение и сжатие этих участков шланга по длине и одновременно обеспечивает их смещение относительно наружного шланга.

Гофрированная трубка из композиционного материала или металла может быть подсоединена с уплотнением к обоим участкам внутреннего шланга, при этом гофрированная трубка с уплотнением сцеплена с наружной периферической поверхностью внутреннего шланга на обеих сторонах концевой части муфты. Таким образом, обеспечивается эффективное уплотнение вокруг скользящего соединения участков внутреннего шланга.

В альтернативном варианте внутренний шланг может быть расположен по изогнутой траектории в наружном шланге для обеспечения вытягивания по длине относительно наружного шланга, например, на 0,5-3% от общей длины наружного шланга.

В другом варианте осуществления соединительные элементы внутреннего шланга прикреплены посредством крепежного элемента к соединительным элементам наружного шланга для соответствующего выравнивания внутреннего шланга и поддержания его в определенном положении относительно наружного шланга.

Внутренний шланг может быть выполнен из растягивающегося материала, который растягивается при создании избыточного давления сжиженного природного газа, который может иметь давление около 3-4 бар, которое может повышаться, например, до 10 бар. Это может привести к увеличению длины на 3-4%. В одном варианте осуществления во внутреннем шланге предварительно создается напряженное состояние перед осевым креплением внутренних соединительных элементов к крепежному элементу наружного шланга, при этом внутренний шланг, когда он не используется, оказывает осевое сжимающее усилие на наружный шланг.

Таким образом, осевые усилия, оказываемые внутренним шлангом на наружный шланг, когда криогенные жидкости перекачиваются по внутреннему шлангу, минимизируются, при этом наружный шланг подвергается воздействию сжимающих усилий, когда по внутреннему шлангу не перекачивается криогенная жидкость. Предпочтительно наружный шланг выполнен из относительно жесткого материала для предотвращения сжатия, когда жидкость не перекачивается.

Для обеспечения циркуляции в пространстве между внутренним и наружным шлангами изолирующей среды, например жидкостей, предохраняющих от замерзания, инертных газов, воздуха или для создания изолирующего вакуума для поддержания наружного шланга при безопасной температуре, которая предпочтительно должна быть не ниже -60°С, в крепежных элементах образуются осевые каналы, которые перекрывают пространство между внутренним и наружным шлангами.

Для выдерживания внешнего давления воды на глубинах до 200 м наружный шланг может быть снабжен упрочняющими кольцами.

Некоторые варианты осуществления гибкого шланга для перекачки криогенных жидкостей, в соответствии с настоящим изобретением, будут описаны подробно в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает схематичный вид системы перекачки сжиженного природного газа;

фиг.2а-2с изображают, соответственно, вид в продольном разрезе, вид в поперечном разрезе по линии АА и вид сверху конструкции шланга в шланге для перекачки криогенных жидкостей в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 изображает вариант осуществления, в котором соединительные фланцы внутреннего шланга зажаты между двумя половинами разделительного элемента;

фиг.4 изображает вариант осуществления, в котором соединительные фланцы внутреннего шланга опираются на выступ разделительного элемента;

фиг.5 изображает вид в продольном разрезе варианта осуществления, в котором соединительные фланцы внутреннего шланга соединены с соединительными фланцами наружного шланга;

фиг.6а и 6b изображают, соответственно, вид в продольном разрезе и вид сверху внутреннего шланга, который может перемещаться по длине относительно наружного шланга;

фиг.7а и 7b изображают, соответственно, вид в продольном разрезе и вид сверху варианта осуществления, в котором разделительный элемент установлен вокруг фланцев внутреннего шланга;

фиг.8а и 8b изображают, соответственно, вид в продольном разрезе и вид сверху варианта осуществления, в котором внутренний шланг включает соединительный элемент с возможностью скольжения;

фиг.9 изображает вид в продольном разрезе скользящего соединительного элемента внутреннего шланга, включающего уплотнительную гофрированную трубку;

фиг.10 изображает вид в продольном разрезе зажимающего соединительного элемента внутреннего шланга, включающего ряд торцевых уплотнений;

фиг.11 изображает схематичный вид в продольном разрезе внутреннего шланга, расположенного по изогнутой траектории в наружном шланге для обеспечения его растяжения;

фиг.12-14 изображают другие варианты осуществления разъемного соединения между участками внутреннего и наружного шлангов.

На фиг.1 показана морская добывающая установка 1, включающая, например, плавучую платформу 2 для хранения и регазификации, которая прикреплена к морскому дну 3 якорными канатами 4. По вертикальной трубе 5 углеводороды, такие как природный газ, поступают из подводной скважины 6 в платформу 2 для переработки. Платформа 2 включает ожижительную установку, которая охлаждает и ожижает природный газ, превращая его в сжиженный природный газ при температуре -161°С. Сжиженный природный газ перекачивается по шлангу для перекачки криогенных жидкостей 7, который в данном варианте осуществления является подводным, но который может быть также полностью или частично воздушным шлангом или может быть плавающим на поверхности воды, в коллектор средней части транспортного судна для перевозки сжиженного газа 8, где он выгружается в положении загрузки средней части судна. Шланг для перекачки криогенных жидкостей 7 является гибким, т.е. он может изгибаться с радиусом изгиба, например, 10 м или больше, предпочтительно около 3 м или больше. Если шланг 7 не используется, то он может быть намотан на горизонтальный или вертикальный барабан или храниться на платформе 2.

Шланг 7 выполнен из соединенных между собой участков и включает внутренний упрочненный шланг, по которому перекачивается сжиженный природный газ, и наружный шланг из армированного эластомерного или другого композиционного материала, защищающего наружный шланг от морской воды и обеспечивающего механическую прочность и защиту от других шлангов. Он обеспечивает также защитный барьер в случае повреждения внутреннего шланга и во время проверки и перемещения сегментов.

На фиг.2 участки внутреннего шланга 10 и наружного шланга 11 показаны с большей степенью детализации. Внутренний шланг 10 включает участки 12 и 13, соединенные посредством соединительных элементов 14, 15, включающих фланцы 16, 17, соединенные с помощью болтов 18. Наружный шланг 11 включает участки 20, 21, соединенные посредством соединительных элементов 22, 23, которые включают фланцы 24, 25, соединенные с помощью болтов 26. Участки внутреннего шланга и наружного шланга могут иметь длину, например, 10 м, однако они не должны быть одинаковой длины. Например, участки внутреннего шланга могут иметь длину 20 м, при этом участки наружного шланга имеют длину 10 м, или наоборот.

Пространство 27 между наружным шлангом 11 и внутренним шлангом 10 перекрывается разделительными элементами 28, 29, которые опираются на наружную поверхность внутреннего шланга 10 и/или на внутреннюю поверхность наружного шланга 11. Разделительный элемент 30 располагается вокруг фланцев 16, 17 внутреннего соединительного элемента и фиксирует положение внутренних фланцев 16, 17 относительно наружных фланцев 24, 25, тем самым прикрепляя шланг 11 к шлангу 10, обеспечивая при этом небольшое перемещение внутреннего шланга 10 по длине. Разделительный элемент 30 прикреплен к внутренней стенке наружного шланга 11 с помощью фиксаторов 65, 66, которыми могут быть кольца, приваренные к внутренней стенке наружного шланга. Разделительный элемент 30 содержит опорные поверхности 34, 35, расположенные на каждой стороне фланцев внутреннего шланга 16, 17 без жесткого соединения с внутренним шлангом 10. Канал 31 находится в разделительном элементе 30 для обеспечения циркуляции газов, таких как инертный газ или воздух, по длине шлангов 10, 11.

Внутренний диаметр d_o наружного шланга может находиться в пределах от 20 до 100 см, а толщина стенки w_i наружного шланга 11 может быть от 2 до 15 см. Внутренний диаметр d_i внутреннего шланга 10 находится в пределах от 10 до 60 см, а ширина h_i кольцевого пространства 27 находится в пределах от 2 до 20 см. Толщина стенки w_i внутреннего шланга может быть от 1 до 15 см.

Внутренним шлангом 10 может быть гибкий криогенный гофрированный металлический шланг, такой как описан в работе Konrad Friedrichs, Fritz Papmahl и Herbert Backhaus, Конференция по морской технике 3844, 5-8 мая 1980 г., или шланг из композиционного материала, армированного рулонной хромоникелевой сталью, описанный в патенте США 4,417,603 и в WO 01/96772.

Наружным шлангом 11 может быть шланг, используемый для перекачки сырой нефти, например шланг, изготавливаемый компанией Trelleborg AB, Треллеборг, Швеция, под торговой маркой Trelline, изготавливаемый компанией Dunlop Oil and Marine, Северо-Восточный Линкольншир, Великобритания, под торговой маркой Dunlop или изготавливаемый компанией Coflexip SA, Париж, Франция. Наружный шланг 11 за счет своей конструкции и использования армированного эластомерного материала значительно более жесткий по сравнению с внутренним криогенным шлангом 10. Наружный шланг защищает внутренний шланг от внешних сил и принимает на себя более 50%, предпочтительно более 95%, осевых сил, действующих на сборку внутреннего шланга 10 и наружного шланга 11 во время загрузки или выгрузки.

Кольцевое пространство 27 служит для изоляции эластомерного наружного шланга 11 от холодного внутреннего шланга 10 и может быть заполнено жидкостями, предохраняющими от замерзания, инертными газами, осушенным воздухом, гелем, мягким пенопластом или может быть вакуумировано. Использование инертного газа в закрытом пространстве 27 будет создавать вакуум, когда перекачка сжиженного природного газа по внутреннему шлангу вызывает ожижение инертного газа. В пространстве 27 может также циркулировать воздух для обеспечения поддержания наружного шланга при безопасной относительно высокой температуре, и пространство 27 может быть использовано для обнаружения утечек. Можно обеспечить избыточное давление воздуха выше давления перекачиваемого сжиженного природного газа для предотвращения утечки сжиженного природного газа в пространство 27 в случае повреждения внутреннего шланга.

Разделительные элементы 28, 29, которые поддерживают внутренний и наружный шланги 10, 11 более или менее коаксиальными, выполнены из изоляционного материала, например, изготавливаемого под торговой маркой «Tufol» из пластического или керамического материала, а может быть заменен пеной или гелем, или одной, или более плотно намотанными спиральными пластиковыми трубами, которые могут быть сжимаемыми, чтобы обеспечить относительное перемещение или смещение внутреннего шланга относительно наружного шланга вследствие разницы температур, обусловленной сжатием при перекачке сжиженного природного газа. Такая конструкция подробно описана в патенте США 3,809,128. Разделительные элементы 28, 29 могут быть зафиксированы в определенном положении с помощью фиксаторов, которыми могут быть, например, кольца, приваренные к стенке наружного шланга для фиксации положения разделительных элементов 28, 29 и, таким образом, положения фланцев внутреннего шланга.

Как показано на фиг.2b, разделительный элемент 30 образован из двух полуцилиндров, которые могут быть размещены вокруг наружного диаметра внутреннего шланга 10. Разделительный элемент 30 может быть выполнен из изолирующего материала, например, изготавливаемого компанией Tufnol Composites Ltd, Бирмингем, Великобритания, под торговой маркой «Tufnol».

На фиг.3 показана конструкция, в которой разделительный элемент 30 выполнен из двух половин 30а, 30b, которые разделены по вертикальной линии 67. Обе половины 30а, 30b сжимаются с возможностью уплотнения с помощью фиксаторов 65, 66, когда наружный шланг устанавливается с помощью фланцев 24, 25. Таким образом, образуется газонепроницаемое вентиляционное отверстие или канал 31, при этом осевое положение внутреннего шланга 10 фиксируется с помощью фланцев 16, 17, зажатых между половинами разделительного элемента 30а, 30b.

В варианте осуществления по фиг.4 разделительный элемент 30 составляет единый элемент в осевом направлении и соединен с фланцами 16, 17 на внутреннем шланге 10 посредством выступа 67 и упорного кольца 68.

В варианте осуществления по фиг.5 разделительный элемент 30 выполнен из изолирующего материала и жестко соединен с фланцами 24, 25 наружного шланга 11 таким образом, что осевое и радиальное положения внутреннего шланга 10, особенно у фланцев, определяются точно относительно наружного шланга. Преимущество заключается в том, что если требуется отсоединить фланцы участков наружного шланга для ремонта или технического обслуживания, то фланцы внутреннего шланга также находятся в пределах прямого доступа, так как они не могут быть сдвинуты или смещены в наружном шланге во время использования в динамичных морских условиях. В данном варианте осуществления наружный шланг 11 будет принимать на себя максимальную осевую нагрузку.

В варианте осуществления, показанном на фиг.6а и 6b, внутренний шланг 10 не прикреплен к наружному шлангу 11 в положении наружных фланцев 24, 25 и внутренних фланцев 16 и 17. Разделительные элементы 32, 33 имеют закругленную форму, например форму шаров, то есть приспособлены для обеспечения осевого перемещения внутреннего и наружного шлангов 10, 11 для предотвращения напряжений, вызванных сжатием и расширением, обусловленных воздействием температуры или давления.

В варианте осуществления по фиг.7а и 7b разделительный элемент 40 предназначен для радиального расположения внутреннего шланга 10 в наружном шланге 11, а также для соосного расположения сегментов наружного шланга 20, 21 относительно внутреннего шланга с помощью опорных поверхностей 40а, 40b на разделительном элементе 40, охватывающих фланцы 24, 25 внутреннего шланга. Соединительное кольцо 41 установлено между двумя коническими участками 42, 43 наружного шланга 11 и соединено с этими коническими участками с помощью осевых болтов 45, как показано на фиг.6b.

В варианте осуществления по фиг.8а и 8b участок 12 внутреннего шланга 10 включает муфту 45, в которой концевая часть участка 13 установлена с возможностью скольжения. Между двумя скользящими поверхностями установлены прокладки для обеспечения соединения без утечки. Внутренняя поверхность муфты 45 и наружная поверхность концевой части участка 13 покрыты скользким материалом, таким как полипропилен или тефлон. Кроме того, на внутренней поверхности шланга 11 могут быть установлены фиксаторы для ограничения участка скольжения.

В варианте осуществления по фиг.9 концевые части 47, 48 сегментов 12, 13 внутреннего шланга 10 установлены с помощью уплотняющей гофрированной трубки 49, 50, размещенной вокруг концевых частей 47, 48 и проходящей за концевыми отверстиями 51, 52 участков для соединения с возможностью уплотнения уплотнительного кольца 53.

В варианте осуществления по фиг.10 концевые части 47, 48 участков 12, 13 внутреннего шланга 10 расположены в зажимной втулке 55, которая сцепляется с возможностью уплотнения посредством ряда уплотнительных колец 56, 57 с граничной поверхностью внутреннего шланга 10. Фланец 59 зажимной муфты 55 окружен изолирующим материалом 60 и защитной оболочкой 61.

В варианте осуществления по фиг.11 показано, что внутренний шланг 10 имеет изогнутую траекторию в (прямолинейном) наружном шланге 11, при этом внутренний шланг 10 соединен с наружным шлангом 11 в положениях фланцев 16, 16', 17, 17' и 24, 24', 25, 25' посредством разделительных элементов 30, 30′. Это обеспечивает удлинение и сжатие внутреннего шланга относительно наружного шланга.

В стенке 62 наружного шланга 11 имеется канал 63, соединенный с насосом 64, например, для создания вакуума или для обеспечения циркуляции воздуха, инертных газов и подобных сред в пространстве 27.

Фиг.12 изображает вариант осуществления, в котором внутренние фланцы 16, 17 внутреннего шланга 10 зафиксированы между половинами 30а, 30b разделительного элемента 30, который в осевом направлении сцепляется верхней частью 70 с выступом 71 в наружном шланге 11 для передачи сжимающих усилий, которые обусловлены, например, предварительным натяжением внутреннего шланга 10 в наружном шланге 11. Опорные поверхности 80, 81 разделительного элемента 30 сцеплены с внутренними фланцами 16, 17. Между внутренними фланцами 16, 17 помещено двухстороннее уплотнение 78. Предпочтительно, если двухстороннее уплотнение 78 включает металлическое уплотнение высокого давления, которое вставлено в зазор между половинами разделительного элемента 30а, 30b, которые не касаются друг друга. Таким образом, зажимающие силы болтов в наружном шланге непосредственно передаются на фланцы внутреннего шланга 16, 17. Стальное/резиновое уплотнительное кольцо 82 на верхней части половин разделительного элемента 30а, 30b препятствует проникновению морской воды в зазор между половинами разделительного элемента.

В варианте осуществления по фиг.13 внутренний шланг 10 имеет соединительные фланцы, образованные теплоизолирующими кольцевыми элементами 72, 73, прикрепленными к стенке внутреннего шланга. Двойное поршневое уплотнение 79 расположено между соседними сегментами внутреннего шланга 10. Опорные поверхности 80, 81 сцепляются с выступом выемки в стенке наружного шланга.

В варианте осуществления по фиг.14 кольцевые элементы 72, 73 расположены радиально между стенками наружного шланга 11, с которыми они соединяются с помощью болтов 74.

В данном случае опорные поверхности 80, 81 являются частью стенки наружного шланга.

Изобретение относится к гибкому шлангу для перекачки криогенных жидкостей (7) для соединения двух криогенных установок, который при использовании в морских условиях вытягивается и имеет длину, по меньшей мере, 20 м, предпочтительно, по меньшей мере, 100 м. Данный шланг содержит внутренний шланг (10), по меньшей мере, двумя участками (12, 13), соединенные между собой посредством, по меньшей мере, двух внутренних соединительных элементов (16, 17; 30а, 30b; 72, 73), проходящих в поперечном направлении. Внутренний шланг является гибким и содержит гибкую упрочненную стенку, имеющую внутренний диаметр, по меньшей мере, 10 см. Наружный шланг (11), окружающий внутренний шланг, содержащий водонепроницаемый эластомерный или композиционный материал и включающий, по меньшей мере, два участка (20, 21), соединенных между собой посредством двух наружных соединительных элементов (24, 25). Наружный шланг имеет толщину стенки, по меньшей мере, 2 см, радиус изгиба, по меньшей мере, 2 м и внутренний диаметр, по меньшей мере, 20 см. Внутренний шланг удерживается на расстоянии от наружного шланга посредством ряда разделительных элементов (28, 29), перекрывающих расстояние h_i между наружной стенкой внутреннего шланга и внутренней стенкой наружного шланга, при этом данное расстояние находится в пределах, от 0,1 до 0,8 внутреннего диаметра d_io внутреннего шланга (10), и продольное положение пары внутренних соединительных элементов (16, 17; 30а, 30b; 72, 73) находится на уровне или близко к продольному положению пары наружных соединительных элементов (24, 25). Внутренние соединительные элементы (16, 17; 30а, 30b; 72, 73) перекрывают расстояние h_i между стенками внутреннего и наружного шлангов и включают фланцевый участок (16, 17, 72, 73) стенки внутреннего шланга, две поперечные опорные поверхности (34, 35) на стенке наружного шланга, при этом фланцевые участки (16, 17, 72, 73) разъемным способом присоединены между опорными поверхностями (34, 35) для предотвращения относительного осевого перемещения между сегментами внутреннего и наружного шлангов (12, 13; 20, 21) на уровне или вблизи продольного положения пары наружных и внутренних соединительных элементов, в котором фланцевые участки (72, 73) могут отсоединяться от стенки внутреннего шланга и/или опорные поверхности (34, 35) могут отсоединяться от стенки наружного шланга таким образом, что при удалении фланцевых участков (72, 73) и/или опорных поверхностей (34, 35) из зазора между внутренним шлангом (10) и наружным шлангом (11) все части стенки внутреннего шланга (10) находятся на расстоянии от стенки наружного шланга (11). 2 н. и 29 з.п.ф-лы, 19 ил.

1. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей для соединения двух криогенных установок, который при использовании в морских условиях вытягивается и имеет длину, по меньшей мере, 20 м, предпочтительно, по меньшей мере, 100 м, содержащий внутренний шланг (10) с, по меньшей мере, двумя участками (12, 13), соединенными между собой посредством, по меньшей мере, двух внутренних соединительных элементов (16, 17; 30; 30а; 30b; 70; 71; 72; 73), проходящих в поперечном направлении, при этом внутренний шланг является гибким и содержит гибкую упрочненную стенку, имеющую внутренний диаметр, по меньшей мере, 10 см, наружный шланг (11), окружающий внутренний шланг, содержащий водонепроницаемый эластомерный или композиционный материал и включающий, по меньшей мере, два участка (20, 21), соединенных между собой посредством двух наружных соединительных элементов (24, 25), при этом наружный шланг имеет толщину стенки, по меньшей мере, 2 см, радиус изгиба, по меньшей мере, 2 м и внутренний диаметр, по меньшей мере, 20 см, при этом внутренний шланг удерживается на расстоянии от наружного шланга посредством ряда разделительных элементов (28, 29), перекрывающих расстояние (h_i) между наружной стенкой внутреннего шланга и внутренней стенкой наружного шланга, при этом данное расстояние находится в пределах от 0,1 до 0,8 внутреннего диаметра d_i0 внутреннего шланга (10), в котором продольное положение пары внутренних соединительных элементов (16, 17; 30; 30а, 30b; 70; 71; 72, 73) находится на уровне или близко к продольному положению пары наружных соединительных элементов (24, 25), в котором внутренние соединительные элементы (16, 17; 30; 30а, 30b; 70; 71; 72, 73) перекрывают расстояние h_i между стенками внутреннего и наружного шлангов и включают фланцевый участок (16, 17, 72, 73) стенки внутреннего шланга, две поперечные опорные поверхности (34, 35, 80, 81) на стенке наружного шланга или закрепленные на наружной стенке, при этом фланцевые участки (16, 17, 72, 73) разъемным способом установлены между опорными поверхностями (34, 35, 80, 81) для предотвращения относительного осевого перемещения между участками внутреннего и наружного шлангов (12, 13; 20, 21) непосредственно или вблизи продольного положения пары наружных и внутренних соединительных элементов в двух осевых направлениях при расширении и при сжатии участков внутреннего шланга.

2. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, в котором фланцевые участки (72, 73) способны отсоединяться от стенки внутреннего шланга и/или опорные поверхности (34, 35, 80, 81) способны отсоединяться от стенки наружного шланга таким образом, что при удалении фланцевых участков (72, 73) и/или опорных поверхностей (34, 35,80,81) из зазора между внутренним шлангом (10) и наружным шлангом (11) все части внутреннего шланга (10) находятся на расстоянии от стенки наружного шланга (11).

3. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1 или 2, в котором фланцы внутреннего шланга являются составной частью стенки внутреннего шланга и размещены между опорами осевого фиксирующего кольца, по существу, U-образного поперечного сечения, при этом кольцо разъемным способом прикреплено к стенке наружного шланга.

4. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.3, в котором фиксирующее кольцо расположено в кольцевой выемке на внутренней поверхности стенки наружного шланга.

5. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.3, в котором фиксирующее кольцо прикреплено к стенке наружного шланга посредством пары кольцевых пазов на каждой стороне кольца.

6. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1 или 2, в котором фланцевые участки (72, 73) выступают между соединительными элементами стенки наружного шланга (24, 25) и разъемным способом прикреплены к участкам наружной стенки (20, 21).

7. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, в котором внутренний шланг способен удлиняться и/или укорачиваться по длине относительно наружного шланга, по меньшей мере, на 0,5% от общей длины шланга.

8. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.7, в котором внутренний шланг расположен по изогнутой траектории относительно наружного шланга.

9. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, который содержит металлическую гофрированную трубку (49), соединенную с возможностью уплотнения с обоими участками внутреннего шланга (12, 13) и соединенную с возможностью уплотнения с наружной периферической поверхностью внутреннего шланга на обеих сторонах концевой части (51, 52) участков (12, 13).

10. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, в котором наружный шланг приспособлен для принятия, по меньшей мере, 70% осевых сил, при использовании прикладываемых по длине шланга для перекачки криогенных жидкостей, предпочтительно, по меньшей мере, 90%.

11. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, в котором изолирующий материал расположен между наружной стенкой внутреннего шланга и внутренней стенкой наружного шланга для поддержания при использовании температуры наружного шланга выше -60°С, предпочтительно выше -50°С.

12. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, в котором соединительные элементы наружного шланга и/или внутреннего шланга содержат фланцы, соединенные между собой посредством ряда болтов.

13. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, в котором внутренний шланг подвергается воздействию осевой растягивающей силы перед соосным прикреплением внутренних соединительных элементов (16, 17; 30а, 30b; 72, 73) к наружному шлангу (11), при этом внутренний шланг (10), когда он не используется, оказывает осевое сжимающее усилие на наружный шланг (11).

14. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.13, в котором наружный шланг (11) является более жестким по сравнению с внутренним шлангом (10) для предотвращения выгибания путем сжатия внутреннего шланга после отпускания осевого растягивающего усилия.

15. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, в котором осевые каналы расположены во внутренних соединительных элементах (16, 17; 30а, 30b; 72, 73).

16. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, в котором инертный газ находится в пространстве между внутренним шлангом и наружным шлангом.

17. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, в котором гидронасос (64) соединен с пространством между внутренним шлангом и наружным шлангом через отверстие (63) в стенке наружного шланга (62), при этом текучая среда, такая как инертный газ или воздух, может закачиваться или удаляться из данного пространства между шлангами.

18. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, в котором наружный шланг включает внешние упрочняющие элементы для выдерживания внешнего давления от 2 до 20 бар.

19. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.1, в котором, по меньшей мере, один уплотняющий элемент (78) размещен в зазоре между фланцевым участком (16, 17, 72, 73) стенки внутреннего шланга.

20. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей для соединения двух криогенных установок, который при использовании в морских условиях вытягивается и имеет длину, по меньшей мере, 20 м, предпочтительно, по меньшей мере, 100 м, содержащий внутренний шланг (10) с, по меньшей мере, двумя участками (12, 13), соединенными между собой посредством, по меньшей мере, двух внутренних соединительных элементов (16, 17; 30а, 30b; 72, 73), проходящих в поперечном направлении, при этом внутренний шланг включает гибкую упрочненную стенку, имеющую внутренний диаметр, по меньшей мере, 10 см, наружный шланг (11), окружающий внутренний шланг, содержащий водонепроницаемый эластомерный или композиционный материал и включающий, по меньшей мере, два участка (20, 21), соединенные между собой посредством двух наружных соединительных элементов (24, 25), при этом наружный шланг имеет толщину стенки, по меньшей мере, 2 см, радиус изгиба, по меньшей мере, 2 м и внутренний диаметр, по меньшей мере, 20 см, причем внутренний шланг удерживается на расстоянии от наружного шланга посредством ряда разделительных элементов (28, 29), перекрывающих расстояние h_i между наружной стенкой внутреннего шланга и внутренней стенкой наружного шланга, при этом данное расстояние находится в пределах от 0,1 до 0,8 внутреннего диаметра d_i0 внутреннего шланга (10), в котором продольное положение пары внутренних соединительных элементов (16, 17; 30а, 30b; 72, 73) находится на уровне или близко к продольному положению пары соединительных элементов (24, 25) наружного шланга (11), и внутренние соединительные элементы включают муфту (45) на одном участке внутреннего шланга (12) и трубчатую концевую часть (46) на другом участке внутреннего шланга (13), размещенную внутри или вокруг муфты с возможностью скольжения.

21. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.20, в котором внутренний шланг способен удлиняться и/или укорачиваться по длине относительно наружного шланга, по меньшей мере, на 0,5% от общей длины шланга.

22. Гибкий шланг для перекалки криогенных жидкостей по п.21, в котором внутренний шланг расположен по изогнутой траектории относительно наружного шланга.

23. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.20, который содержит металлическую гофрированную трубку (49), соединенную с возможностью уплотнения с обоими участками внутреннего шланга (12, 13) и соединенную с возможностью уплотнения с наружной периферической поверхностью внутреннего шланга на обеих сторонах концевой части (51, 52) участков (12, 13).

24. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.20, в котором наружный шланг приспособлен для принятия, по меньшей мере, 70% осевых сил, при использовании прикладываемых по длине шланга для перекачки криогенных жидкостей, предпочтительно, по меньшей мере, 90%.

25. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.20, в котором изолирующий материал расположен между наружной стенкой внутреннего шланга и внутренней стенкой наружного шланга для поддержания при использовании температуры наружного шланга выше -60 °С, предпочтительно выше -50°С.

26. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.20, в котором соединительные элементы наружного шланга и/или внутреннего шланга содержат фланцы, соединенные между собой посредством ряда болтов.

27. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.20, в котором осевые каналы расположены во внутренних соединительных элементах (16, 17; 30а, 30b; 72, 73).

28. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.20, в котором инертный газ находится в пространстве между внутренним шлангом и наружным шлангом.

29. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.20, в котором гидронасос (64) соединен с пространством между внутренним шлангом и наружным шлангом через отверстие (63) в стенке наружного шланга (62), при этом текучая среда, такая как инертный газ или воздух, может закачиваться или удаляться из данного пространства между шлангами.

30. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.20, в котором наружный шланг включает внешние упрочняющие элементы для выдерживания внешнего давления от 2 до 20 бар.

31. Гибкий шланг для перекачки криогенных жидкостей по п.20, в котором, по меньшей мере, один уплотняющий элемент (78) размещен в зазоре между фланцевым участком (16, 17, 72, 73) стенки внутреннего шланга.