Многоканальный трубопровод для транспортировки жидкости и/или газа под высоким давлением

 

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, в частности магистральных нефте- и газопроводов, трубопроводов химических, металлургических и целлюлозно-бумажных производств. Многоканальный трубопровод состоит из наружной трубы и по меньшей мере одной внутренней трубы, установленной внутри наружной трубы на опорах скольжения с зазором. Зазор между наружной и внутренней трубами образует внешний трубопроводный канал, а внутренняя труба - внутренний трубопроводный канал. Давление транспортируемого по внутреннему каналу продукта превышает давление продукта, транспортируемого по внешнему каналу. Между внутренним и наружным трубопроводами может быть расположен промежуточный трубопровод. Трубопроводы зафиксированы относительно друг друга пластинчатыми рессорами. Технический результат изобретения состоит в повышении надежности трубопровода. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, в частности магистральных нефте- и газопроводов, трубопроводов химических, металлургических и целлюлозно-бумажных производств, а также магистральных трубопроводов городского водоснабжения.

Известен многоканальный трубопровод для жидкости и/или газа, содержащий наружную трубу, в которой на опорах скольжения расположена с зазором магистральная напорная труба; полость между наружной и внутренней трубами заполнена теплоизоляционным материалом [1].

К недостаткам известной конструкции относится конструктивная, технологическая и монтажно-эксплуатационная сложность многоканального трубопровода, низкая производительность трубопровода из-за сравнительно низкого давления в магистральных трубопроводах, размещенных в каналах, образованных внутренними трубами, а также неэффективное использование конструкционных и теплоизоляционных возможностей многоканальной системы трубопровода.

Известен также многоканальный трубопровод для транспортировки жидкости и/или газа под высоким давлением, принятый в качестве прототипа, содержащий наружную трубу и по меньшей мере одну внутреннюю трубу, уложенную на внутреннюю поверхность наружной трубы, в зазоре между которыми образован внешний трубопроводный канал, а во внутренней трубе - внутренний трубопроводный канал, который теплоизолирован транспортируемой по внешнему трубопроводному каналу средой [2].

Недостатками известной конструкции многоканального трубопровода являются поперечные перемещения внутренней трубы при транспортировании по внешнему трубопроводному каналу жидкой среды под высоким давлением, а также поперечные изгибные колебания этой трубы, вызываемые пульсациями давления транспортируемой среды, что приводит к снижению долговечности трубопровода и гидродинамическим потерям, снижающим его КПД и надежность, инициирует кавитационные процессы, турбулизирует транспортируемую среду, увеличивая теплообмен между внутренней и наружной трубами многоканального трубопровода.

Изобретение направлено на улучшение конструкции, повышение пропускной способности, надежности и долговечности многоканального трубопровода, уменьшение тепловых потерь транспортируемых сред, уменьшение вероятности возникновения аварийных ситуаций и экологических загрязнений.

Указанные недостатки известной конструкции устраняются тем, что многоканальный трубопровод для транспортировки жидкости и/или газа под высоким давлением содержит наружную трубу и по меньшей мере одну внутреннюю трубу, уложенную на внутреннюю поверхность наружной трубы, в зазоре между которыми образован внешний трубопроводный канал, а во внутренней трубе - внутренний трубопроводный канал, который теплоизолирован транспортируемой по внешнему трубопроводному каналу средой. По внутреннему трубопроводному каналу транспортируется экологически более опасная агрессивная среда, чем среда, транспортируемая по внешнему трубопроводному каналу, причем давление транспортируемой по внутреннему трубопроводному каналу среды превышает давление среды, транспортируемой по внешнему трубопроводному каналу, предпочтительно на величину, равную давлению, установленному нормативами для соответствующих одноканальных трубопроводов надземного сооружения. На внешней поверхности внутреннего трубопроводного канала установлены кольцевые элементы, расположенные на некотором расстоянии друг от друга, причем внутренний трубопроводный канал в местах установки кольцевых элементов зафиксирован в наружной трубе с помощью фиксаторов его положения в многоканальной системе, выполненных в виде упругих пластинчатых рессор-траверс, установленных в межтрубном зазоре с натягом в точках контакта. Пластинчатые рессоры-траверсы выполняют роль фиксаторов положения внутренней трубы с компенсацией термических и упругих изменений размеров труб многоканального трубопровода. Количество внутренних трубопроводных каналов (магистралей) может быть несколько, выполненных в виде по меньшей мере двух параллельных трубопроводных каналов, прижатых друг к другу и к наружному трубопроводу с помощью пластинчатых траверс-рессор; или по схеме "труба в трубе", когда между наружным и внутренним трубопроводами дополнительно расположен по меньшей мере один промежуточный трубопровод. Внутренний трубопроводный канал многоканальной системы может быть выполнен из стеклопластиковых труб.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлено продольное диаметральное сечение двухканального трубопровода высокого давления: на фиг. 2 - поперечное сечение указанного на фиг. 1 трубопровода; на фиг. 3 - трехканальный трубопровод с фиксированным положением двух внутренних магистральных высоконапорных трубопроводов с помощью упругой пластинчатой рессоры; на фиг. 4 - трехканальный трубопровод высокого давления, выполненный по схеме "труба в трубе"; на фиг. 5 - двухканальный трубопровод с упругокомпенсационным фиксатором положения внутреннего трубопровода: на фиг.6 - двухканальный трубопровод с осесимметричным расположением транспортных магистральных трубопроводов.

Позиции на чертеже обозначают: наружная низконапорная труба - 1, внутренняя высоконапорная труба - 2, кольцевой элемент - 3, промежуточная средненапорная труба - 4, упругокомпенсационная фиксирующая и опорно-ориентирующая пластинчатая траверса-рессора, транспортируемый продукт под высоким давлением (напором) - 6, транспортируемый продукт под низким давлением (напором) - 7, транспортируемый продукт под промежуточным (средним) давлением (напором) - 8.

Многоканальный трубопровод для транспортирования жидкости и/или газа под высоким давлением (фиг. 1 и фиг.2) состоит из наружной низконапорной трубы 1 и размещенной внутри нее внутренней высоконапорной трубы 2. Трубы 1 и 2 разделены друг от друга кольцевыми элементами 3, из антифрикционного эластичного материала, например, полиэтилена, которые предотвращают прямой контакт наружней и внутренней труб между собой, облегчают монтаж внутреннего трубопровода и предотвращая повреждение рабочих поверхностей трубопроводных магистральных каналов, кроме того, они способствуют гашению вибраций трубопроводов, возникающих в период их эксплуатации. Внутри трубы 1 могут быть смонтированы два (или более) параллельных высоконапорных трубопровода 2 одинакового или неодинакового диаметра (фиг. 3). Многоканальный трубопровод для одновременной транспортировки жидких и/или газообразных продуктов различной природы, или качества, или степени переработки, т.е. более двух наименований могут иметь соответствующее количество промежуточных средненапорных трубопроводов 4 (фиг. 4).

Внутренние высоконапорные трубы 2 и промежуточные средненапорные трубы 4 свободно уложенные в низконапорном трубопроводе 1 (см. фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 4) должны быть сориентированы и зафиксированы внутри трубы 1 с помощью направляющих и ориентирующих пластинчатых упругокомпенсационных фиксаторов положения 5 (фиг. 3, фиг. 5 и фиг. 6), выполненных в виде тонких упругих пластинчатых траверс-рессор, устанавливаемых в межтрубный зазор с натягом, обеспечивающим фиксацию заданного положения высоконапорного или/и средненапорного трубопроводов внутри низконапорного канала и допускающего приращение или изменение диаметров трубопроводов в системе многоканального трубопровода при его эксплуатации.

Компенсационно-фиксирующие траверсы-рессоры используются одновременно в качестве ориентирующих элементов и опор скольжения при монтаже многоканального трубопровода, а кроме того, они выполняют функции гасителей вибраций, генерируемых пульсациями давления транспортируемых продуктов 6, 7 и 8.

Трубопроводные каналы (магистрали или нитки) могут быть выполнены из труб любого типа, изготовленных из любых используемых для этой цели материалов. Однако, высоконапорные трубопроводы 2 и средненапорные трубопроводы 4 предпочтительно изготавливать из стеклопластиковых или термопластовых (например, полиэтиленовых) труб, так как в условиях внешнего гидростатического противодавления они способны надежно функционировать при транспортировке самых агрессивных и высокотоксичных продуктов под высоким давлением (соизмеримым с давлением эксплуатации высокопрочных стальных трубопроводов) в течение всего расчетного периода безаварийной эксплуатации трубопровода. Известно из периодической печати, что сроки безаварийной эксплуатации таких труб в нефтегазопроводах по крайней мере на 20 лет превышают сроки безаварийного функционирования стальных трубопроводов.

Высоконапорные трубопроводные каналы 2 заполнены транспортируемым продуктом 6 (жидким или газообразным), таящим наибольшую экологическую или техногенную опасность.

Низконапорный трубопроводный канал 1 заполнен транспортируемым продуктом 7, предпочтительно газом или жидкостью, имеющей низкую вязкость и малую загрязненность. Желательно, чтобы продукты 7 были менее агрессивными экологически и менее опасными, чем продукты 6. Являясь низкомолекулярными газами или жидкостями, продукты 7 представляют собой хорошую теплоизоляцию и теплозащиту внутренних трубопроводов или, наоборот, наружного трубопровода при конвективном теплообмене в системе многоканального трубопровода.

Транспортируемый продукт 7 в низконапорном трубопроводе 1 находится под давлением, установленным нормативами для соответствующих типов трубопроводного транспорта. В России для подземных газопроводов обычно используют давление, равное 2,5...10,0 МПа, в США - 8,0...10,0 МПа, что позволяет обеспечивать достаточно высокую производительность трубопровода при сравнительно низких затратах на их сооружение и достаточно высокой надежности и долговечности их безаварийной эксплуатации.

Высоконапорные трубопроводные каналы 2, заполненные транспортируемым продуктом 6, находятся под внутренним давлением, характерным для глубоководных (подводных) трубопроводов, но не превышающим величину, равную сумме внешнего обжимающего давления низконапорного продукта 7 и нормативного давления, установленного стандартами для надземных трубопроводов аналогичной конструкции. Для стальных и стеклопластиковых стандартных труб рабочее давление в высоконапорном трубопроводном канале будет в два раза превышать рабочее давление низконапорного трубопроводного канала 1.

Рабочее давление в высоконапорном внутреннем трубопроводе может быть увеличено либо путем использования высокопрочных толстостенных труб, либо путем применения промежуточных средненапорных трубопроводных каналов. Причем, применение одного промежуточного трубопровода позволяет увеличить давление напора во внутренней трубе при прочих равных условиях в 4 раза, а применение двух промежуточных трубопроводов - в 8 раз.

Наличие с обеих сторон высоконапорных и средненапорных трубопроводов упругих транспортируемых сред позволяет им выполнять роль высокоэффективных амортизаторов гидравлических ударов и демпферов упругих колебаний и пульсаций, возникающих в процессе эксплуатации многоканального трубопровода, что значительно повышает надежность и сроки безаварийного функционирования многоканального трубопровода.

Для повышения экологической и техногенной безопасности жидкие нефтепродукты или токсичные вещества желательно транспортировать по внутреннему трубопроводу, так как в случае аварийной ситуации утечка продуктов, опасных для окружающей среды, будет локализована внутренними объемами наружного низконапорного канала, заблокирована в нем и без потерь откачена из него, не нанеся никакого ущерба экологии.

При транспортировке по внутреннему трубопроводу безвредной жидкости, его можно использовать одновременно для капсульного транспорта твердых абразивных, токсичных, особо опасных для перевозки веществ традиционными видами транспорта, в частности, отравляющих веществ, радиоактивных отходов и т.п.

При работе многоканального трубопровода по его транспортным каналам одновременно перемещается не менее двух одинаковых или разных продуктов. При этом оба из них могут быть жидкими или газообразными; один жидкий, а другой газообразный; совместно с жидким продуктом могут транспортироваться в капсулах твердые, пастообразные вещества, особо агрессивные жидкости и газы (кислоты, щелочи и т.п.), продукты питания и почта в труднодоступные районы страны и др. Многоканальная система трубопровода, выполненная по схеме "труба в трубе", позволяет наиболее эффективно использовать внутреннее пространство (проходное сечение) для транспорта жидких и газообразных продуктов и обеспечить более высокую производительность (пропускную способность) по сравнению с прототипом и аналогами; полностью предотвратить потери транспортируемых продуктов, а следовательно, снизить опасность отравления и загрязнения экологической среды. Использование межтрубного зазора не только для теплоизоляции, но и для транспортировки жидких или газообразных продуктов позволяет существенно повысить производительность многоканального трубопровода как за счет увеличения пропускного сечения системы, так и за счет увеличения давления, а следовательно, скорости транспортирования продуктов по внутренним каналам системы. Простая конструкция многоканального трубопровода, состоящая из конструктивно простых и технологичных элементов (стандартных труб и пластинчатых упругих фиксаторов) обеспечивают высокую технологичность, относительно низкую стоимость, простоту монтажа и надежность функционирования трубопровода. Высокие амортизационно-демпфирующие свойства многоканального трубопровода повышают его усталостную прочность, долговечность его безаварийной эксплуатации, снижает вероятность появления утечек транспортируемых веществ.

Многоканальность трубопровода существенно расширяет его технологические возможности и делает его удобным для одновременной и разнонаправленной транспортировки различных по природе, назначению и номенклатуре продуктов, а также для безопасной и надежной транспортировки продуктов и материалов капсульным транспортом, что делает его многоцелевой и универсальной транспортной артерией, а также надежным каналом связи и обеспечения для труднодоступных районов страны.

Источники информации: 1. РСТ (WO), заявка, 83/01824, F 16 L 59/06.

2. US, патент, 3777502 A, F 17 D 1/04.

Формула изобретения

1. Многоканальный трубопровод для транспортировки жидкости и/или газа под высоким давлением, содержащий наружную трубу и по меньшей мере одну внутреннюю трубу, уложенную на внутреннюю поверхность наружной трубы, в зазоре между которыми образован внешний трубопроводный канал, а во внутренней трубе - внутренний трубопроводный канал, который теплоизолирован транспортируемой по внешнему трубопроводному каналу средой, отличающийся тем, что на внешней поверхности внутреннего трубопроводного канала установлены кольцевые элементы, расположенные на некотором расстоянии друг от друга, причем внутренний трубопроводный канал в местах установки кольцевых элементов зафиксирован в наружной трубе с помощью фиксаторов его положения в многоканальной системе, выполненных в виде упругих пластинчатых рессор-траверс, установленных в межтрубном зазоре в натягом в точках контакта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности наружного трубопровода уложены по меньшей мере два параллельных внутренних трубопроводных канала, прижатых друг к другу и к наружному трубопроводу с помощью пластинчатых траверс-рессор.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что между внутренним и наружным трубопроводами расположен дополнительно по меньшей мере один промежуточный трубопровод.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что по меньшей мере внутренний трубопроводный канал выполнен из стеклопластиковых труб.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6