ТРУБА СО СТАЛЬНЫМ КОЖУХОМ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ СВЕРХДЛИТЕЛЬНУЮ ТЕПЛОВУЮ ИЗОЛЯЦИЮ, И СПОСОБ ЕЕ МАШИННОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2020 года по МПК F16L59/65 F16L11/20 

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке Китая под номером 201910086536.2, поданной 29 января 2019 г., с названием «ТРУБА СО СТАЛЬНЫМ КОЖУХОМ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ СВЕРХДЛИТЕЛЬНУЮ ТЕПЛОВУЮ ИЗОЛЯЦИЮ, И СПОСОБ ЕЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ». Полное содержание указанной выше заявки на выдачу патента включено в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области технологий изоляции труб и, в частности, к трубе со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию, и способу ее механической обработки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время уголь для отопления используется для обеспечения отопления зимой в большинстве площадей, при этом неизбежной является потеря тепловой мощности во время передачи тепловой мощности и, следовательно, потребление угля для отопления резко увеличивается. При непрерывном снижении энергетических ресурсов, уменьшение потребления энергии стало одной из проблем, которая подлежит срочному решению.

Геотермальное тепло представляет собой тепловую энергию, содержащуюся в земле. Оно имеет два разных источника, один исходит из окружающего пространства земли, а другой исходит из недр земли. От поверхности земли до недр земли воздействие солнечного излучения постепенно снижается и вплоть до конкретной глубины это воздействие пропадает, температура не изменяется круглый год, то есть достигается так называемый «нормальный температурный слой». Двигаясь от нормального температурного слоя вниз можно увидеть, что воздействие тепла в недрах земли на температуру земли постепенно увеличивается, при этом тепловая энергия из недр земли называется «внутренним теплом». Возрастание температуры почвы при увеличении глубины ухода под землю на 100 м или 1 км называется геотермальным градиентом. Ввиду развития и использования ресурса геотермальной энергии, по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии, ресурс геотермальной энергии обладает более высоким потенциалом развития и привлекает все больше внимания по всему миру.

В настоящее время, геотермальный ресурс в основном применим к следующим нескольким аспектам:

Выработка геотермальной электроэнергии, которая представляет собой наиболее прямой способ использования геотермальной энергии. Принципы выработки геотермальной энергии и выработки тепловой энергии идентичны, и они заключаются в том, что паровая тепловая энергия в турбине преобразуется в механическую энергию, а затем механическая энергия приводит в действие генератор для выработки электричества. Разница заключается в том, что в отличие от выработки тепловой энергии, выработка геотермальной энергии не требует крупных котельных агрегатов и не требует потребления топлива, а энергия, используемая для выработки геотермальной энергии, представляет собой геотермальную энергию. Процесс выработки геотермальной энергии представляет собой процесс, при котором подземная тепловая энергия преобразуется сначала в механическую энергию, а затем механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. В настоящее время, нагревательная среда, которая может быть использована геотермальной электростанцией, в основном представляет собой природный пар и горячие подземные воды.

Геотермальное нагревание, которое представляет собой вариант использования тепла земного шара, который занимает второе место после выработки геотермальной энергии и при котором геотермальная энергия используется непосредственно для нагревания, подачи тепла и подачи горячей воды.

Применение геотермальной энергии в сельском хозяйстве: геотермальные воды подходящей температуры используются для орошения фермерских угодий, для обеспечения возможности раннего созревания зерновых культур и увеличения производства зерновых культур; геотермальные воды используются для рыбоводства, откорм рыбы может быть ускорен в воде 28°C и увеличивается скорость выхода рыбных продуктов; геотермальное тепло используется для построения теплиц, культивации рассады, выращивания овощей и выращивания цветов; геотермальное тепло используется для нагревания котла для получения биогаза, увеличения выхода биогаза и тому подобного.

Промышленное применение геотермальной энергии: геотермальные воды содержат много полезных редких элементов, радиоактивных элементов, редких газов и соединений, таких как бром, йод, бор, калий, гелий, тяжелая вода, соли калия и подобные, а также представляют собой неотъемлемый сырьевой материал для сферы национальной безопасности, атомной энергетики, химических технологий и сельского хозяйства.

Применение геотермальной энергии в медицинском лечении и сфере туризма: геотермальные воды обладают относительно высокой температурой, содержат особые химические компоненты, газовые компоненты, небольшое количество биологически активных ионов, радиоактивные вещества и тому подобное, образуют минеральный ил в некоторых геотермальных областях, а также оказывают очевидный эффект медицинского лечения и лечебное воздействие на тело человека.

Ресурс геотермальной энергии имеет широкую значимость использования. Для улучшенного использования геотермального ресурса, должны быть решены следующие дополнительные проблемы: низкое использование геотермального тепла, малое количество пригодных для использования геотермальных ресурсов и высокие затраты на использование.

Вследствие ограничения текущих технологий эксплуатации, могут быть использованы лишь мелкие геотермальные ресурсы. В процессе эксплуатации, эффект тепловой изоляции трубного изделия является слабым, что дополнительно уменьшает использование геотермального тепла и существенно влияет на эксплуатацию и использование геотермальной энергии.

Подобным образом, в ходе процесса эксплуатации подземной нефти, эффект тепловой изоляции трубы является слабым, что приводит к увеличению сложности эксплуатации нефти. Под нефтью также подразумевается неочищенная нефть, которая представляет собой черно-бурую горючую вязкую жидкость, взятую глубоко из-под земли. Температура застывания неочищенной нефти приблизительно составляет от –50°C до 35°C. В процессе эксплуатации эффект тепловой изоляции трубы слаб, что с легкостью приводит к отверждению неочищенной нефти в эксплуатационной трубе, и необходимо вовремя нагреть отвержденную неочищенную нефть для обеспечения равномерной эксплуатации, что существенно увеличивает затраты и период эксплуатации нефти. Таким образом, в процессе эксплуатации нефти также требуется труба с хорошим эффектом тепловой изоляции.

В патенте CN2643136Y (официальная дата публикации 22 сентября 2004 г.) была раскрыта труба с вакуумной изоляцией. Внешняя стальная труба обшита вокруг рабочей стальной трубы. Несколько подвижных опор прикреплены к рабочей стальной трубе. Два конца неподвижной опоры соединены с наружной стальной трубой и рабочей стальной трубой, соответственно. Пространство между рабочей стальной трубой и наружной стальной трубой заполнено хлопчатобумажной тканью для тепловой изоляции, и между наружной стальной трубой и рабочей стальной трубой создается вакуумное состояние. Вакуумная тепловая изоляция улучшает эффект тепловой изоляции трубного изделия. Однако для обсадной трубы относительно большой длины подвижная опора не может играть роль надежной опоры, а наружная стальная труба и рабочая стальная труба данного изделия соединены за счет неподвижной опоры. Когда изделие используется для подземных работна глубине в тысячи метров, это легко вызывает деформацию, что приводит к выходу неподвижной опоры из строя и существенному сокращению срока службы трубы.

В патенте CN208090184U (официальная дата публикации 13 ноября 2018 г.) была раскрыта изоляционная труба со стальным кожухом, содержащая рабочую стальную трубу, трубу из случайного сополимера полипропилена (PPR-трубу), обшитую вокруг рабочей стальной трубы, и защитную стальную трубу, обшитую вокруг PPR-трубы, причем между рабочей стальной трубой и PPR-трубой образована воздухонепроницаемая полость; между рабочей стальной трубой и PPR-трубой расположен опорный каркас, выполненный с возможностью поддержания коаксиальности рабочей стальной трубы и PPR-трубы; и на наружной стенке рабочей стальной трубы дополнительно расположен нагревательный элемент. PPR-труба также расположена в центре изоляционной трубы со стальным кожухом, а нагревательный элемент расположен на наружной стенке рабочей стальной трубы таким образом, чтобы обеспечить реализацию эффекта тепловой изоляции изоляционной трубы со стальным кожухом. Стальная труба не может быть применена к подземным работам с эксплуатацией источника тепла, а вовлечение PPR-трубы может улучшить эффект тепловой изоляции в конкретной степени. Однако в рабочей среде с относительно высокой геотермальной температурой PPR-труба нагревается и деформируется, а следовательно, эффект тепловой изоляции быстро снижается.

Таким образом, улучшение эффекта тепловой изоляции трубы в ходе подземных работ призвано решить многие проблемы потребления энергии при эксплуатации источника геотермальной энергии и эксплуатации нефти.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Исходя из отмеченной выше проблемы, задача настоящего изобретения заключается в представлении трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию. Труба со стальным кожухом может быть использована для эксплуатации и развития подземных геотермальных ресурсов и нефтяных ресурсов, а также она обладает хорошим эффектом тепловой изоляции и длительным сроком службы. Сверхдлинные трубы с различными техническими спецификациями могут быть изготовлены в соответствии с различными рабочими условиями. В трубе расположен вакуумный изоляционный слой, а степень вакуума может поддерживаться постоянной без воздействия со стороны подземного давления и температуры.

Другая задача настоящего изобретения заключается в представлении способа машинной обработки и применения трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию.

Труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, в настоящем изобретении содержит рабочую стальную трубу и наружную стальную трубу, причем наружная стальная труба обшита вокруг рабочей стальной трубы, между рабочей стальной трубой и наружной стальной трубой оставлена кольцевая полость, образованная зазором; между рабочей стальной трубой и наружной стальной трубой расположен опорный каркас; кольцевая полость представляет собой вакуумную полость, два конца наружной стальной трубы стянуты, стянутая часть наружной стальной трубы уплотнена с наружной стенкой рабочей стальной трубы посредством нескольких уплотнительных колец, а кольцевая полость дополнительно заполнена материалом с изменяемым фазовым состоянием; опорный каркас представляет собой спиральный кольцевой опорный каркас, при этом спиральный кольцевой опорный каркас обмотан вокруг наружной периферийной стороны рабочей стальной трубы и не находится в контакте с рабочей стальной трубой; и если опорный каркас представляет собой С-образный опорный каркас, несколько С-образных опорных каркасов обмотаны вокруг наружной периферийной стороны рабочей стальной трубы через интервалы.

Материал с изменяемым фазовым состоянием представляет собой органический материал с изменяемым фазовым состоянием и, предпочтительно, представляет собой парафин. Материал с изменяемым фазовым состоянием добавлен в кольцевую полость. Он эффективным образом может сохранять тепло и высвобождать тепло, когда температура окружающей среды низкая, тем самым увеличивая эффект изоляции трубы.

Спиральный кольцевой опорный каркас не находится в контакте с рабочей стальной трубой и плотно поддерживает внутреннюю стенку наружной стальной трубы таким образом, чтобы поддерживать сквозной вырез кольцевой полости в трубе, способствуя обработке в условиях вакуума.

Спиральный кольцевой опорный каркас или С-образный опорный каркас изготовлен из эластичного материала. Большинство традиционных опорных каркасов представляют собой неподвижные опоры, изготовленные из материала стали, однако до настоящего времени в качестве опорной конструкции не был использован какой-либо эластичный материал для полной поддержки наружной стальной трубы. Для улучшения механических характеристик трубы со стальным кожухом, изготовленной согласно настоящему изобретению, в ходе подземных работ, в качестве опорного материала выбран, предпочтительно, эластичный материал для амортизации повреждений, вызываемых внешним механическим усилием, действующим на рабочую стальную трубу. Эластичный материал, используемый в настоящем изобретении, предпочтительно, представляет собой резину.

С-образные опорные каркасы обмотаны вокруг рабочей стальной трубы через интервалы, что легко поддается установке. В дополнение, между смежными С-образными опорными каркасами, рабочей стальной трубой и наружной стальной трубой образована кольцевая полость. За счет использования С-образных опор с различными ориентациями и размерами отверстий, кольцевая полость может поддерживаться сквозной, что удобно для обработки кольцевой полости в условиях вакуума.

Кроме того, обеспечиваются устойчивость и эффект тепловой изоляции трубы со стальным кожухом, в частности, во время подземных работ на глубине более 1000 метров, давление, температура и подобные параметры рабочей среды не вызывают деформацию конца трубы. В настоящем изобретении на конце трубы со стальным кожухом также выполняется герметизация пайкой.

Для дополнительного улучшения эффекта тепловой изоляции, толщина кольцевой полости составляет от 2 мм до 7 мм. Для кольцевой полости, избыточно большая толщина приводит к увеличению производственных затрат, тогда как избыточно малая толщина не может эффективным образом обеспечивать эффект изоляции кольцевой полости. Когда толщина кольцевой полости составляет от 2 мм до 7 мм, достигается оптимальный эффект изоляции.

Антикоррозионный слой приготавливается путем покрытия антикоррозионной жидкостью. Антикоррозионная жидкость состоит из следующих компонентов в весовых частях: кремниевое масло 50-60, цинковый порошок 20-30, лимонная кислота 1-3, эпоксидная смола 5-8, оксид алюминия 1-5, диатомит 1-5 и полиакриламид 5-10. Предпочтительно, антикоррозионная жидкость состоит из следующих компонентов в весовых частях: кремниевое масло 55, цинковый порошок 25, лимонная кислота 2, эпоксидная смола 6, оксид алюминия 3, диатомит 3 и полиакриламид 8. Указанные выше компоненты антикоррозионной жидкости равномерно смешивают, согласно пропорции, и затем наносят в виде покрытия на наружную стенку наружной стальной трубы, а антикоррозионный слой с толщиной от 0,1 мм до 0,3 мм может быть сформирован посредством послойного покрытия.

Предпочтительно, длина трубы со стальным кожухом составляет от 1000 м до 8000 м.

Предпочтительно, рабочая стальная труба и наружная стальная труба изготовлены из любого из нержавеющей стали, углеродистой стали, или их комбинации.

Предпочтительно, толщина кольцевой полости составляет от 2 мм до 7 мм.

Основные компоненты нержавеющей стали включают следующие в процентном отношении по весу: C 0,019%–0,020%, Si 0,49%–0,50%, Mn 1,25%–1,26%, P 0,022%, S 0,00005%, Ni 5,16%–5,17%, Cr 22,46%–22,52%, N 0,163%–0,180%, Cu 0,003%–0,006%, Mo 3,07%–3,09%, а также Fe и неизбежные примеси в качестве остатка. Прочность нержавеющей стали на растяжение больше или равна 655 МПа, предел текучести больше или равен 620 МПа, внутреннее давление, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести, может достигать 89,3 МПа, а сминающее давление может достигать 74,1 МПа.

Основные компоненты углеродистой стали включают следующие в процентном отношении по весу: C 0,11%, Si 0,22%–0,24%, Mn 1,44%–1,5%, P 0,008%–0,012%, S 0,001%, Cr 0,58%–0,59%, Ni 0,14%, Cu 0,24%, Mo 0,15%–0,16%, а также Fe и неизбежные примеси в качестве остатка. Прочность углеродистой стали на растяжение больше или равна 795 МПа, предел текучести больше или равен 760 МПа, внутреннее давление, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести, может достигать 103,4 МПа, а сминающее давление может достигать 86,2 МПа.

В настоящем изобретении также представлен способ машинной обработки трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию, который, в частности, включает следующие этапы:

(1) очистка поверхности стальной пластины, используемой рабочей стальной трубой, причем очистку, в частности, выполняют в резервуаре для ультразвуковой очистки несколько раз путем использования поверхностно-активного вещества (предпочтительно, используют додецилбензолсульфонат натрия) и чистой воды; воздушная сушка очищенной стальной пластины, гофрирование стальной пластины и выполнение лазерной сварки для формирования трубы, причем высота выступа сварного шва должна строго контролироваться в ходе лазерной сварки и она не может превышать 0,25 мм; поскольку сваренная лазером стальная пластина не имеет внутреннего грата, полировка не требуется; а также следует отметить, что для сверхдлинной стальной трубы требуется непрерывная работа для сварки; выполнение тепловой обработки на сваренной стальной трубе, причем предпочтительный процесс тепловой обработки включает первичное нагревание при температуре от 700°C до 1070°C на протяжении от 10 мин до 40 мин; затем охлаждение в восстановительной атмосфере, отпуск при температуре от 550°C до 720°C для устранения внутреннего напряжения стальной трубы; и регулирование упругости и твердости стальной трубы, причем восстановительная атмосфера представляет собой газообразный водород; и придание размера и неразрушающее испытание обработанной теплом рабочей стальной трубы;

(2) обматывание наружной периферийной стороны прошедшей испытание рабочей стальной трубы спиральным кольцевым опорным каркасом или обматывание наружной периферийной стороны рабочей стальной трубы С-образными опорными каркасами через интервалы, причем спиральный кольцевой опорный каркас не находится в контакте с рабочей стальной трубой;

(3) очистка поверхности стальной пластины, используемой в наружной стальной трубе; выполнение гофрирования при оборачивании рабочей стальной трубы, наружная поверхность которой обмотана опорным каркасом, причем опорный каркас находится в плотном контакте с наружной стальной трубой; затем выполнение лазерной плотной сварки для формирования кожуха трубы; выполнение тепловой обработки кожуха трубы; и придание размеров и неразрушающее испытание изготовленной наружной стальной трубы, причем толщина кольцевой полости, образованной между наружной стальной трубой и рабочей стальной трубой, составляет от 2 мм до 7 мм;

(4) размещение материала для сохранения энергии с изменяемым фазовым состоянием в кольцевой полости кожуха трубы; затем размещение нескольких резиновых колец на стянутом конце наружной стальной трубы для герметизации, а также выполнение обработки в условиях вакуума на кольцевой полости для того чтобы сделать кольцевую полость вакуумной полостью; и, наконец, выполнение герметизации пайкой на конце наружной стальной трубы; и

(5) выполнение тепловой обработки трубы со стальным кожухом, изготовленной на этапе (4), для устранения напряжения, которое может быть выработано вследствие теплового расширения непосредственно в ходе подземных работ, причем процесс тепловой обработки включает нагревание трубы со стальным кожухом при температуре от 50°C до 280°C на протяжении от 30 мин до 60 мин; воздушная сушка до комнатной температуры; и покрытие наружной части наружной стальной трубы антикоррозионной жидкостью, то есть получение изоляционной трубы со стальным кожухом, согласно настоящему изобретению.

Предпочтительно, на этапе (5) настоящего изобретения перед тепловой обработкой трубы со стальным кожухом, изготовленной на этапе (4), труба со стальным кожухом сперва должна быть прокатана до S-образной формы для предотвращения снижения механических характеристик трубы, когда труба установлена для использования.

Труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, в настоящем изобретении может быть применена для эксплуатации источника подземной нефти и подземного тепла, а также может быть использована под землей на глубине от 1000 м до 8000 м.

По сравнению с уровнем техники, настоящее изобретение обладает следующими полезными эффектами: Труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, в настоящем изобретении обладает эффектом относительно хорошей тепловой изоляции и сопротивления коррозии. Поскольку ее кольцевая полость находится в вакуумном состоянии, а внутреннее пространство трубы заполнено материалом для сохранения энергии с изменяемым фазовым состоянием, эффект тепловой изоляции рабочей стальной трубы может быть полностью обеспечен. Когда труба используется для эксплуатации подземной энергии, температура в рабочей стальной трубе может эффективным образом поддерживаться неизменной при снижении температуры снаружи. С целью предотвращения воздействия давления, температуры и подобного при подземных работах, спиральный кольцевой опорный каркас или С-образный опорный каркас, используемый в настоящем изобретении, поддерживает наружную стальную трубу для того чтобы сохранять сквозной вырез кольцевой полости. Труба со стальным кожухом, согласно настоящему изобретению, обладает длительным сроком службы, а также существенно снижает затраты на эксплуатацию подземного источника нефти и тепла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для более ясного описания технических решений в вариантах реализации настоящего изобретения или в уровне техники, ниже вкратце приведены сопроводительные чертежи, необходимые для описания вариантов реализации. Очевидно, что на сопроводительных чертежах в нижеследующем описании представлены лишь некоторые варианты реализации настоящего изобретения, и специалист в данной области техники по-прежнему сможет построить другие чертежи, опираясь на эти сопроводительные чертежи, без творческих усилий.

Фиг. 1 представляет собой схематическую структурную диаграмму бокового профиля трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную изоляцию, в соответствии с Вариантом реализации 1 настоящего изобретения; и

Фиг. 2 представляет собой схематическую структурную диаграмму бокового профиля трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную изоляцию, в соответствии с Вариантом реализации 2 настоящего изобретения.

Ссылочные обозначения: 1. рабочая стальная труба; 2. наружная стальная труба; 3. кольцевая полость; 4. резиновое кольцо; 5. спиральный кольцевой опорный каркас; 6. С-образный опорный каркас.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение будет далее описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи и конкретные варианты реализации.

Труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, согласно настоящему изобретению, показана на фиг. 1 и содержит рабочую стальную трубу 1 и наружную стальную трубу 2,причем наружная стальная труба 2 обшита вокруг рабочей стальной трубы 1, между рабочей стальной трубой 1 и наружной стальной трубой 2 оставлена кольцевая полость 3, образованная зазором; между рабочей стальной трубой 1 и наружной стальной трубой 2 расположен опорный каркас; кольцевая полость 3 представляет собой вакуумную полость, два конца наружной стальной трубы 2 стянуты, стянутая часть наружной стальной трубы 2 уплотнена с наружной стенкой рабочей стальной трубы 1 посредством нескольких уплотнительных колец 4, а кольцевая полость 3 дополнительно заполнена материалом с изменяемым фазовым состоянием; опорный каркас представляет собой спиральный кольцевой опорный каркас 5, при этом спиральный кольцевой опорный каркас 5 обмотан вокруг наружной периферийной стороны рабочей стальной трубы 1 и не находится в контакте с рабочей стальной трубой 1.

В некоторых вариантах реализации труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, согласно настоящему изобретению, показана на фиг. 2 и содержит рабочую стальную трубу 1 и наружную стальную трубу 2, причем наружная стальная труба 2 обшита вокруг рабочей стальной трубы 1, между рабочей стальной трубой 1 и наружной стальной трубой 2 оставлена кольцевая полость 3, образованная зазором; между рабочей стальной трубой 1 и наружной стальной трубой 2 расположен опорный каркас; два конца наружной стальной трубы 2 стянуты, стянутая часть наружной стальной трубы 2 уплотнена с наружной стенкой рабочей стальной трубы 1 посредством нескольких уплотнительных колец 4, а кольцевая полость 3 дополнительно заполнена материалом с изменяемым фазовым состоянием; и опорный каркас представляет собой С-образный опорный каркас 6, и несколько С-образных опорных каркасов 6 обмотаны вокруг наружной периферийной стороны рабочей стальной трубы 1 через интервалы.

В некоторых вариантах реализации толщина кольцевой полости трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию, согласно настоящему изобретению, составляет от 2 мм до 7 мм.

В некоторых вариантах реализации спиральный кольцевой опорный каркас или С-образный опорный каркас трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию, согласно настоящему изобретению, изготовлен из эластичного материала и, предпочтительно, изготовлен из резины.

В некоторых вариантах реализации материал с изменяемым фазовым состоянием трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию, согласно настоящему изобретению, представляет собой органический материал с изменяемым фазовым состоянием и, предпочтительно, представляет собой парафин.

Рабочая стальная труба и наружная стальная труба в трубе со стальным кожухом, согласно настоящему изобретению, изготовлены из любого из нержавеющей стали, углеродистой стали, или их комбинации.

Ссылаясь на конкретные примеры, далее описан способ изготовления изоляционной трубы со стальным кожухом, согласно настоящему изобретению, путем использования различных комбинаций материалов стали.

Вариант реализации

Углеродистая сталь выбрана в качестве материала для изготовления рабочей стальной трубы, а основные компоненты углеродистой стали включают следующие в процентном отношении по весу: C 0,11%, Si 0,24%, Mn 1,5%, P 0,012%, S 0,001%, Cr 0,58%, Ni 0,14%, Cu 0,24%, Mo 0,16%, а также Fe и неизбежные примеси в качестве остатка. Нержавеющая сталь выбрана в качестве материала для изготовления наружной стальной трубы, а основные компоненты нержавеющей стали включают следующие в процентном отношении по весу: C 0,020%, Si 0,50%, Mn 1,26%, P 0,022%, S 0,00005%,Ni 5,17%, Cr 22,52%, N 0,163%, Cu 0,006%, Mo 3,07%–3,09%, а также Fe и неизбежные примеси в качестве остатка. 5000-метровую изоляционную трубу со стальным кожухом изготавливают путем использования указанных выше материалов стали (двух материалов стали, оба из которых имеют длину 5000 метров), при этом способ изготовления трубы включает следующие этапы

(1) Очистка поверхности стальной пластины, используемой рабочей стальной трубой, причем очистку, в частности, выполняют в резервуаре для ультразвуковой очистки несколько раз путем использования поверхностно-активного вещества (предпочтительно, используют додецилбензолсульфонат натрия) и чистой воды; воздушная сушка очищенной стальной пластины, затем гофрирование стальной пластины и выполнение лазерной сварки для формирования трубы, причем внутренний диаметр трубы составляет 31,8 мм, высота выступа сварного шва должна строго контролироваться в ходе лазерной сварки и она не может превышать 0,25 мм (высота, предпочтительно, составляет 0,20 мм); а также следует отметить, что сварка представляет собой однократную непрерывную сварку; выполнение тепловой обработки на сваренной стальной трубе, причем предпочтительный процесс тепловой обработки включает первичное нагревание при температуре 900°C на протяжении 30 мин; затем охлаждение в восстановительной атмосфере (предпочтительно, используется газообразный водород), отпуск при температуре 650°C для устранения внутреннего напряжения стальной трубы; и регулирование упругости и твердости стальной трубы; и придание размера и неразрушающее испытание обработанной теплом рабочей стальной трубы.

(2) Обматывание наружной периферийной стороны прошедшей испытание рабочей стальной трубы спиральным кольцевым опорным каркасом, причем спиральный кольцевой опорный каркас не находится в контакте с рабочей стальной трубой, а опорный каркас изготовлен из эластичной резины.

(3) Очистка поверхности стальной пластины, используемой в наружной стальной трубе; выполнение гофрирования при оборачивании рабочей стальной трубы, наружная поверхность которой обмотана опорным каркасом, причем опорный каркас плотно поддерживает внутреннюю стенку наружной стальной трубы; затем выполнение лазерной плотной сварки для формирования кожуха трубы, причем толщина кольцевой полости между наружной стальной трубой и рабочей стальной трубой составляет 2 мм; выполнение тепловой обработки, описанной на этапе (1), кожуха трубы, полученного посредством сварки, для улучшения механических характеристик наружной стальной трубы; и придание размеров и неразрушающее испытание изготовленной наружной стальной трубы.

(4) Размещение материала для сохранения энергии с изменяемым фазовым состоянием в кольцевой полости кожуха трубы; затем размещение нескольких резиновых колец на стянутом конце наружной стальной трубы для герметизации, а также выполнение обработки в условиях вакуума на кольцевой полости для того чтобы сделать кольцевую полость вакуумной полостью; и, наконец, выполнение герметизации пайкой на конце наружной стальной трубы.

(5) Прокатка трубы со стальным кожухом, изготовленной на этапе (4), до S-образной формы, и затем выполнение тепловой обработки на трубе со стальным кожухом для устранения напряжения, которое может быть выработано вследствие теплового расширения непосредственно в ходе подземных работ, причем процесс тепловой обработки включает нагревание трубы со стальным кожухом при температуре 200°C на протяжении 30 мин; воздушная сушка до комнатной температуры; и покрытие антикоррозионной жидкостью из Варианта реализации 1. В данном случае в настоящем изобретении изготавливают 5000-метровую изоляционную трубу со стальным кожухом.

Для иллюстрации принципов и способов реализации настоящего изобретения используется несколько примеров. Описание варианта реализации используется для помощи при иллюстрации способа и его основополагающих принципов, в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, специалист в данной области техники может произвести различные модификации в рамках конкретных вариантов реализации и объема заявки, в соответствии с раскрытием настоящего изобретения. В заключение, содержание настоящего описания не следует трактовать в качестве ограничения изобретения.

Группа изобретений относится к области технологий изоляции труб, в частности к трубе со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию, и способу ее машинной обработки. Труба обладает относительно хорошими характеристиками тепловой изоляции и устойчивости к коррозии. За счет того что кольцевая полость трубы находится в состоянии вакуума, труба внутри снабжена опорным каркасом и заполнена материалом с изменчивым фазовым состоянием. Когда труба используется для эксплуатации подземной энергии, температура в рабочей стальной трубе может эффективным образом поддерживаться неизменной при снижении температуры снаружи. Труба со стальным кожухом согласно настоящему изобретению обладает длительным сроком службы, а также может существенно снизить затраты на эксплуатацию подземного источника нефти и тепла и снизить потери тепла при эксплуатации. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, содержащая рабочую стальную трубу и наружную стальную трубу, причем наружная стальная труба обшита вокруг рабочей стальной трубы, между рабочей стальной трубой и наружной стальной трубой оставлена кольцевая полость, образованная зазором, между рабочей стальной трубой и наружной стальной трубой расположен опорный каркас, кольцевая полость представляет собой вакуумную полость, два конца наружной стальной трубы стянуты, стянутая часть наружной стальной трубы уплотнена с наружной стенкой рабочей стальной трубы посредством нескольких уплотнительных колец, а кольцевая полость дополнительно заполнена материалом с изменяемым фазовым состоянием, опорный каркас представляет собой спиральный кольцевой опорный каркас, при этом спиральный кольцевой опорный каркас обмотан вокруг наружной периферийной стороны рабочей стальной трубы и не находится в контакте с рабочей стальной трубой, и, если опорный каркас представляет собой С-образный опорный каркас, несколько С-образных опорных каркасов обмотаны вокруг наружной периферийной стороны рабочей стальной трубы через интервалы.

2. Труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, по п. 1, отличающаяся тем, что спиральный кольцевой опорный каркас или С-образный опорный каркас изготовлен из эластичного материала.

3. Труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, по п. 2, отличающаяся тем, что слой антикоррозионной жидкости покрывает наружную часть наружной стальной трубы.

4. Труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, по п. 1, отличающаяся тем, что материал с изменяемым фазовым состоянием представляет собой парафин.

5. Труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, по п. 1, отличающаяся тем, что толщина кольцевой полости составляет от 2 до 7 мм.

6. Труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, по п. 1, отличающаяся тем, что длина трубы со стальным кожухом составляет от 1000 до 8000 м.

7. Труба со стальным кожухом, обеспечивающая сверхдлительную тепловую изоляцию, по п. 1, отличающаяся тем, что рабочая стальная труба и наружная стальная труба изготовлены из любого из нержавеющей стали, углеродистой стали или их комбинации.

8. Способ машинной обработки трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную изоляцию, по любому из пп. 1-7, дополнительно включающий следующие этапы:

(1) очистка поверхности стальной пластины, используемой в рабочей стальной трубе, выполнение гофрирования и лазерной сварки, выполнение тепловой обработки после получения трубы посредством сварки и придание размера и неразрушающее испытание изготовленной рабочей стальной трубы;

(2) обматывание наружной периферийной стороны прошедшей испытание рабочей стальной трубы спиральным кольцевым опорным каркасом или обматывание наружной периферийной стороны рабочей стальной трубы С-образными опорными каркасами через интервалы, причем спиральный кольцевой опорный каркас не находится в контакте с рабочей стальной трубой;

(3) очистка поверхности стальной пластины, используемой в наружной стальной трубе, выполнение гофрирования при оборачивании рабочей стальной трубы, наружная поверхность которой снабжена опорным каркасом, причем опорный каркас плотно поддерживает внутреннюю стенку наружной стальной трубы, затем выполнение лазерной плотной сварки для формирования кожуха трубы, выполнение тепловой обработки кожуха трубы и придание размеров и неразрушающее испытание изготовленной наружной стальной трубы, причем толщина кольцевой полости между наружной стальной трубой и рабочей стальной трубой составляет от 2 до 7 мм;

(4) размещение материала для сохранения энергии с изменяемым фазовым состоянием в кольцевой полости кожуха трубы, затем размещение нескольких резиновых колец на стянутом конце наружной стальной трубы для герметизации, а также выполнение обработки в условиях вакуума на кольцевой полости, для того чтобы сделать кольцевую полость вакуумной полостью, и, наконец, выполнение герметизации пайкой на конце наружной стальной трубы; и

(5) выполнение тепловой обработки при температуре от 50 до 280°C на протяжении от 30 до 60 мин на трубе со стальным кожухом, изготовленной на этапе (4), охлаждение и покрытие наружной части трубы со стальным кожухом антикоррозионной жидкостью, то есть получение изоляционной трубы со стальным кожухом согласно настоящему изобретению.

9. Способ машинной обработки трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию, по п. 8, причем процесс тепловой обработки на этапах (1) и (2) включает нагревание, при температуре от 700°C до 1070°C на протяжении от 10 мин до 40 мин, наружной стальной трубы и рабочей стальной трубы, сформированных посредством сварки, и затем охлаждение в восстановительной атмосфере, отпуск при температуре от 550°C до 720°C для устранения внутреннего напряжения стальной трубы и регулирование упругости и твердости стальной трубы.

10. Способ машинной обработки трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию, по п. 8, причем высота выступа сварного шва во время лазерной сварки стальных пластин для формирования труб на этапах (1) и (3) меньше или равна 0,25 мм.

11. Способ машинной обработки трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию, по п. 8, причем на этапе (5) перед тепловой обработкой трубы со стальным кожухом, изготовленной на этапе (4), труба со стальным кожухом должна быть сперва прокатана до S-образной формы.

12. Способ машинной обработки трубы со стальным кожухом, обеспечивающей сверхдлительную тепловую изоляцию, по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что стальная труба может быть применена для эксплуатации источника подземной нефти и подземного тепла, а также может быть использована под землей на глубине от 1000 до 8000 м.