Устройство обнаружения утечки и покрытие, включающее в себя такое устройство обнаружения и предназначенное для покрытия элемента транспортировки или хранения текучей среды

Изобретение относится к средствам контроля герметичности и может быть использовано для обнаружения утечки теплопередающей текучей среды, которая хранится или транспортируется в трубопроводе (10). Сущность: трубопровод (10) имеет электропроводящую внешнюю стенку (11) и покрыт слоем (13) изоляционного волокнистого материала. Слой (13) изоляционного волокнистого материала, в свою очередь, покрыт слоем (16) проводящего волокнистого материала толщиной 5 мм и более. Причем проводящий волокнистый материал состоит из углеродного или графитового войлока. Технический результат: повышение оперативности и достоверности при обнаружении утечек. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к устройству, предназначенному для обнаружения утечки, и к покрытию, предназначенному для элемента транспортировки или хранения текучей среды, где указанное покрытие включает в себя такое устройство обнаружения.

Изобретение также относится к элементу, предназначенному для транспортировки или хранения текучей среды и оснащенному таким покрытием, к способу покрытия элемента транспортировки или хранения текучей среды и к способу проверки, что такое устройство обнаружения утечки работает правильно.

Изобретение конкретно применяется к покрытию трубопроводов для транспортировки жидкого натрия и к контейнерам для хранения натрия и образующим часть контура охлаждения ядерного реактора.

Ниже в настоящей заявке, и если не указано явно или неявно нечто иное, термин "трубопровод" используется для обозначения в равной степени трубопровода для транспортировки текучей среды или контейнера для хранения текучей среды, а также - вспомогательного средства, такого как клапан, приспособленного для такого трубопровода или контейнера.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Конкретно для трубопроводов транспортировки натрия является важным иметь возможность осуществлять мониторинг появления утечки как автоматически, так и удаленно.

С этой целью в патентах FR-A-2155534 и FR-A-2455707 предлагаются устройства для обнаружения утечки натрия через стенку трубопровода путем обнаружения электрического контакта между стенкой трубопровода и электропроводящим элементом, отстоящим от стенки на расстояние изоляционного элемента.

Устройство, описанное в патенте FR-A-2455707, содержит жесткую и изолирующую оболочку, выполненную из материала, содержащего волокна, внедренные в связующий элемент. Оболочка имеет канавки, вмещающие металлизированные ленты или проволоку и удерживающие ленты или проволоку на расстоянии от стенки трубопровода.

Недостаток этого устройства происходит вследствие трудности изготовления оболочки, или полу-оболочки, которая имеет хорошую пригонку к внешней поверхности трубопровода, для которого она предназначена, в частности, если упомянутая внешняя поверхность имеет сложную форму.

Устройство, описанное в патенте FR-A-2155534, содержит изоляционный лист, выполненный из огнеупорных волокон, пригодных для намотки вокруг металлического трубопровода, и металлическую сетку или решетку, обмотанную вокруг изоляционного листа, и в плотном контакте с изоляционным листом.

Недостаток этого устройства происходит вследствие трудности формирования сетки или решетки, чтобы она плотно прилегала к изоляционному листу без внедрения некоторой порции сетки или решетки в изоляционный лист и непреднамеренного установления тем самым контакта между сеткой или решеткой и стенкой трубопровода, которая обычно выполняется из металла.

Кроме того, сетки, решетки, ленты или проволока, выполненные из металла, подвергаются риску окисления. При таких обстоятельствах формирование пленки окиси на поверхности такого металлического проводящего элемента может препятствовать или замедлять обнаружение короткого замыкания между упомянутым элементом и стенкой трубопровода и может, следовательно, препятствовать или замедлять обнаружение утечки.

Кроме того, такие проводящие металлические элементы могут быть деформированы тепловым расширением в течение изменений температуры трубопровода, и это также может вести к неправильному срабатыванию системы обнаружения утечки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить устройство для обнаружения утечки текучей среды, движущейся в трубопроводе или хранимой в контейнере, устройство для покрытия трубопровода или контейнера и встраивания устройства обнаружения, элемент для транспортировки или хранения текучей среды и оснащенный таким покрытием, способ покрытия элемента для транспортировки или хранения текучей среды и способ проверки правильной работы такого устройства обнаружения утечки, являющиеся усовершенствованными и/или устраняющими, по меньшей мере частично, несовершенства или недостатки способов и устройств предшествующего уровня техники.

Задачей изобретения является предложение устройства для обнаружения утечки жидкого натрия под давлением при температуре, которая может находиться в диапазоне, начиная от приблизительно 100°C (градус Цельсия) до приблизительно 600°C, устройства для покрытия трубопровода и включающего в себя устройство обнаружения, элемента для транспортировки или хранения упомянутой текучей среды и оснащенного таким покрытием, способа покрытия элемента, предназначенного для транспортировки или хранения упомянутой текучей среды, а также способа проверки правильной работы такого устройства обнаружения утечки.

В одном аспекте изобретения обеспечивается устройство для обнаружения утечки текучей среды, хранимой или транспортируемой в способном проводить ток в трубопроводе, где устройство приспособлено охватывать или заключать в оболочку трубопровод. Устройство для обнаружения содержит слой изоляционного волокнистого материала и слой проводящего волокнистого (или нитевидного) материала, который проходит поверх/вплотную к слою изоляционного волокнистого материала, причем проводящий волокнистый материал состоит по существу из углеродного или графитового войлока.

Конкретно, вследствие своего сцепления, проводящий материал используется, чтобы избегать несвоевременных коротких замыканий между упомянутым материалом и электропроводящим трубопроводом, содействуя при этом созданию короткого замыкания намеренно, как описано ниже, с целью проверки правильной работы устройства обнаружения утечки. В варианте осуществления изоляционным материалом является вата из минерального волокна, в частности вата из плетеных или скрученных волокон, состоящих по существу из окиси кремния и магния или окиси кальция.

Проводящий волокнистый материал может содержать один или несколько слоев гибкого войлока, по существу состоящего из агломерированных углеродных или графитовых волокон.

Путем мониторинга импеданса, измеренного между слоем проводящего волокнистого материала и стенкой трубопровода, является возможным обнаружить наличие проводящей текучей среды, которая прошла через слой изоляционного волокнистого материала, в случае утечки текучей среды через стенку трубопровода.

Такой проводящий волокнистый материал является относительно нечувствительным к окислению, и на его способность проводить электричество мало влияет его потенциальное окисление.

Кроме того, гибкость этого материала дает ему возможность приспосабливаться к деформациям оборудования/элементов, которые он охватывает, в частности деформациям, происходящим вследствие теплового расширения оборудования.

Гибкость этого проводящего материала упрощает установку на трубопроводе, который уже был покрыт изоляционным материалом, и делает возможным избежание контакта, случайно образуемого между проводящим волокнистым материалом и стенкой трубопровода, тогда как проводящий материал приводится в тесный контакт со слоем изоляционного материала и прижимается к нему.

Кроме того, проводящий волокнистый материал способствует обеспечению трубопроводу теплоизоляции, посредством этого помогая ограничению потерь тепла от текучей среды, движущейся или хранимой в трубопроводе, и помогая защите операторов от риска загорания.

Устройство обнаружения может содержать первые обвязки, конкретно - нитевидные обвязки или обвязки в виде шнуров, которые используются для крепления слоя изоляционного материала к трубопроводу, например, будучи стягиваемыми вокруг него.

Устройство обнаружения может включать в себя вторые обвязки, в виде особых нитевидных обвязок или обвязок в виде шнуров, которые используются для крепления слоя проводящего волокнистого материала к трубопроводу, покрытому изоляционным материалом, например, будучи стягиваемыми вокруг него.

Первые и вторые обвязки могут представлять собой по существу волокна электрически изоляционного материала, который может быть идентичным или подобным материалу, образующему слой изоляционного покрытия.

Такие обвязки дают возможность покрывать внешнюю стенку трубопровода сложной формы просто путем отрезки обвязки подходящей длины и обмотки рассматриваемого слоя обвязкой, имеющей форму петли или кольца, и затем замыкания петли, завязывая узлом вместе два свободных конца обвязки, или использования надлежащего устройства для связывания концов вместе, такого как зажим для троса.

Устройство обнаружения обычно включает в себя первый соединительный элемент, или контакт, который приспособлен для содействия созданию электрического соединения между электропроводящим слоем и электрическим или электронным устройством обнаружения, таким как измеритель импеданса.

Соединительный элемент может содержать контактный элемент в виде штыря или прутка, который может вставляться или заглубляться, по меньшей мере частично, в проводящий волокнистый слой. В таких обстоятельствах, в частности, контактный элемент может быть выполнен по меньшей мере частично из графита или углерода, и он может представлять форму и размеры, которые подогнаны к толщине агломерированной нитевидной структуры проводящего слоя.

Альтернативно, соединительный элемент может содержать контактный элемент в виде зажима с губками, приспособленными для зажима поперек части проводящего волокнистого слоя.

В дополнение к прибору для обнаружения короткого замыкания или измерения импеданса устройство обнаружения обычно также включает в себя второй соединительный элемент, или контакт, который находится в контакте со стенкой трубопровода.

Согласно другому аспекту изобретения обеспечивается устройство для покрытия трубопровода, при этом устройство содержит:

- электроизоляционный первый слой, по существу состоящий из волокон и проходящий вплотную к внешней поверхности трубопровода;

- электропроводящий второй слой, по существу состоящий из агломерированных углеродных или графитовых волокон и проходящий вплотную к внешней поверхности первого слоя; и

- теплоизоляционный третий слой, по существу состоящий из волокон, которые проходят вплотную к внешней поверхности второго слоя.

Устройство покрытия может также включать в себя жесткую стенку, выполненную для охвата или заключения в оболочку теплоизоляционного третьего слоя.

Жесткая стенка может содержать две части, или полу-оболочки, и соединительное средство для сборки двух частей вместе.

В жесткой стенке может быть пробито по меньшей мере одно отверстие, подходящее для прохода инструмента для проверки правильной работы устройства обнаружения утечки через упомянутую стенку и слои покрытия трубопровода.

Согласно другому аспекту изобретения обеспечивается трубопровод для транспортировки или контейнер для хранения теплопередающей текучей среды, образующий часть реактора, трубопровод или контейнер которого оснащается таким устройством для обнаружения утечки теплопередающей текучей среды, или закрывается таким охватывающим устройством (обшивкой).

Согласно другому аспекту изобретения обеспечивается способ проверки правильной работы устройства обнаружения утечки, пригнанного к трубопроводу и включающему в себя слой изоляционного волокнистого материала, покрытый слоем проводящего волокнистого материала, в котором устанавливается короткое замыкание между стенкой трубопровода и слоем проводящего волокнистого материала.

В предпочтительном варианте способа электропроводящий инструмент вставляют с этой целью через слой проводящего материала и через слой изоляционного материала и инструмент вводят в контакт с (проводящей) стенкой трубопровода, удерживая при этом упомянутый инструмент в контакте со слоем проводящего материала, через который инструмент проходит для того, чтобы установить короткое замыкание и проверить правильность работы системы обнаружения утечки путем применения измерения импеданса, чтобы измерить импеданс между стенкой трубопровода и слоем проводящего материала.

Электропроводящий инструмент может быть выполнен из металла и, в частности, он может иметь форму штыря или иглы.

Другие аспекты, характеристики и преимущества изобретения следуют из последующего описания, которое ссылается на сопроводительные фигуры, показывающие предпочтительные варианты осуществления изобретения без какого-либо ограничительного характера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - схематичный вид продольного сечения трубопровода, покрытого слоем изоляционного волокнистого материала.

Фиг.2 - схематичный вид продольного сечения трубопровода, покрытого на фиг.1 изоляционным слоем и покрытого слоем проводящего волокнистого материала.

Фиг.3 - схематичный вид продольного сечения трубопровода, оснащенного устройством для обнаружения по фиг.2, а также покрытого слоем изоляционного материала, заключенного в оболочку с жесткой стенкой.

Фиг.4 - схематичный вид продольного сечения, показывающий, каким образом обнаруживается утечка через стенку трубопровода, показанного на фиг.3.

Фиг.5 - схематичный вид продольного сечения, показывающий систему обнаружения утечки по фиг.4, проверяемую на правильную работу.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Если явно или неявно не указано иное, компонентам или элементам, которые являются структурно или функционально идентичными или подобными, даются идентичные ссылочные позиции на различных фигурах.

Со ссылкой на фиг. 1-5 трубопровод 10 для транспортировки жидкого натрия под давлением имеет цилиндрическую стенку 11, проходящую вдоль продольной оси 12. Стенка 11 может быть выполнена из нержавеющей стали.

Со ссылкой на фиг.1, в частности, слой изоляционного волокнистого материала 13 был намотан или уложен некоторым другим образом вокруг стенки 11 и удерживается в контакте с внешней поверхностью этой стенки посредством шнуров 14, охватывающих слой материала 13 и завязанных узлом («заузленных») (ссылочные позиции 15), чтобы образовывать замкнутые петли, охватывающие слой 13.

В качестве примера, материалом 13 может быть стенка из минерального волокна, продаваемая под наименованием "Superwool 607 Blanket" поставщиком Thermal Ceramics (США).

Этот слой минеральной ваты может представлять толщину от приблизительно 2 миллиметров и приблизительно до 5, 10 или 15 миллиметров, например.

Обычно является желательным, чтобы толщина этого слоя материала 13 была менее 20 миллиметров, чтобы ограничить время, затрачиваемое текучей средой, выходящей из трубопровода, чтобы пропитать и/или пройти через этот слой материала и дойти до слоя проводящего материала, и, таким образом, ограничить время, которое проходит до того, как становится возможным обнаружение утечки.

Могут использоваться другие изоляционные волокнистые материалы для создания слоя 13 и, в частности, ваты, содержащие волокна из окиси кремния и магния или окиси кальция.

Со ссылкой на фиг.2, в частности, слой проводящего материала 16 намотан или иным образом уложен вокруг слоя изоляционного волокнистого материала 13 и удерживается в контакте с внешней поверхностью слоя материала 13 посредством шнуров 17, охватывающих слой материала 16 и завязанных узлами (ссылочные позиции 18), чтобы образовать замкнутые петли.

Проводящим материалом 16 может быть, например, графитовый войлок, продаваемый под наименованием "Sigratherm® GFA" поставщиком SGL Carbon GmbH (Германия). Такой графитовый войлок может быть получен графитизацией углеродного войлока.

Толщина этого слоя войлока может быть порядка приблизительно 5 миллиметров и может находиться в диапазоне приблизительно от 5 миллиметров, по меньшей мере до приблизительно 10 миллиметров, например до приблизительно 20 миллиметров, приблизительно 30 миллиметров или приблизительно 50 миллиметров.

Обычно является желательным, чтобы толщина этого слоя материала 16 была большей или равной 5 миллиметрам, чтобы повысить теплоизоляцию, которую он обеспечивает, для содействия его электрическому соединению с устройством измерения импеданса и содействия проверке, что устройство обнаружения работает правильно, как описано ниже.

Могут использоваться другие проводящие волокнистые материалы для создания слоя 16, конкретно - войлоки из углеродного волокна.

Обвязки 14 и 17 могут, например, по существу быть составлены нитями из окиси кремния.

Толщина и гибкость каждого из двух слоев волокнистых материалов 13 и 16, а также гибкость обвязок, удерживающих эти материалы на месте, дают возможность плотного покрытия трубопроводов или контейнеров широкого разнообразия форм, посредством этого гарантируя, что возможно закрыть все зоны контура охлаждения, который содержит текучую среду, утечку которой необходимо обнаруживать быстро и надежно.

Со ссылкой на фиг.3, в частности, слой 19 теплоизоляционного материала был уложен вокруг слоя проводящего волокнистого материала 16 и удерживается в контакте с внешней поверхностью слоя материала 16 посредством трубчатой стенки 20, проходящей вокруг продольной оси 12 и охватывающей слой материала 19.

В качестве примера, теплоизоляционный материал 19 могут составлять по существу стеклянная или минеральная вата. Толщина слоя материала 19 обычно больше толщины слоев материала 13 и 16. В качестве примера, эта толщина может быть порядка приблизительно 20-50 (или 100) миллиметров.

Жесткая стенка или оболочка 20 используется, в частности, для обеспечения механической защиты слоям волокнистого материала 13, 16 и 19, которые она охватывает.

В стенке 20 пробивается отверстие 21 для прохода инструмента (ссылочная позиция 22 на фиг.4 и 5) для проверки правильной работы устройства обнаружения утечки через упомянутую стенку и слои 13, 16 и 19 покрытия трубопровода 10.

Со ссылкой на фиг.4, в частности, мониторинг импеданса, измеренный между слоем проводящего волокнистого материала 16 и стенкой 11 трубопровода 10, используется для обнаружения наличия проводящей текучей среды, прошедшей сквозь и пропитавшей слой изоляционного волокнистого материала 13, в случае утечки текучей среды через стенку 11 трубопровода.

С этой целью устройство обнаружения утечки содержит:

- прибор 23 для обнаружения короткого замыкания путем измерения импеданса;

- элемент 24 для электрического соединения электрического проводящего слоя 16 с прибором 23;

- элемент 25 для электрического соединения стенки 11 трубопровода с прибором 23; и

- два куска токопроводящей проволоки 26, соответственно соединяющих контактные/соединительные элементы 24 и 25 с измерительными зажимами прибора 23.

В целом, прибор 23 содержит: i) схему измерения импеданса, приспособленную для подачи сигнала измерения; ii) схему компаратора, соединенную со схемой измерения импеданса, для приема сигнала измерения и приспособленную для сравнения принятого сигнала с конкретным сигналом или данными и подачи сигнала сравнения; и iii) схему аварийной сигнализации, соединенную со схемой компаратора для приема сигнала сравнения от нее и приспособленную вызывать действие аварийного сигнала в виде функции принятого сигнала сравнения.

Контактный элемент 24, показанный на фиг.4 и 5, имеет форму штыря или прутка из графита или угля, и он вставляется в толщу проводящего нитевидного слоя 16.

Второй контактный элемент 25, который находится в электрическом контакте со стенкой трубопровода, может быть металлической деталью, приваренной к трубопроводу.

Чтобы проверить, что устройство обнаружения утечки, смонтированное к трубопроводу 10, работает правильно, устанавливается короткое замыкание между стенкой 11 трубопровода и слоем 16 проводящего волокнистого материала.

Со ссылкой на фиг.4 и 5, металлическая игла 22 вставляется (по стрелке 27 на фиг.5) для этой цели через отверстие 21, предусмотренное в стенке 20, и через уложенные друг на друга слои из теплоизоляционного материала 19, проводящего материала 16 и изоляционного материала 13, чтобы ввести продольный (нижний) конец проводящей иглы 22 в контакт со стенкой 11 трубопровода.

Поскольку длина иглы больше суммарной толщины слоев изоляционного и проводящего материала 13 и 16, игла остается удерживаемой в электрическом контакте со слоем проводящего материала 16, через который она проходит.

Игла 22, таким образом, устанавливает короткое замыкание между стенкой 11 и слоем материала 16, тем самым делая возможным путем использования прибора 23 измерять импеданс, проверять, правильно ли работает система обнаружения утечки: прибор 23 измерения импеданса должен указывать наличие короткого замыкания до тех пор, пока игла 22 удерживается в контакте со стенкой 11 и со слоем материала 16.

Следует подчеркнуть, что эта операция проверки правильной работы может выполняться в любой момент, который полагается надлежащим, на всем протяжении срока службы установки, и что эта операция не ведет к какому-либо повреждению покрытия трубопровода, в частности, вследствие нитевидной структуры слоев, образующих покрытие.

1. Устройство для обнаружения утечки теплопередающей текучей среды, которая хранится или транспортируется в трубопроводе (10), имеющем электропроводящую внешнюю стенку (11) и покрытом слоем изоляционного волокнистого материала (13), приспособленного охватывать трубопровод, при этом устройство содержит слой проводящего волокнистого материала (16), который проходит вплотную к слою изоляционного волокнистого материала (13), причем проводящий волокнистый материал по существу состоит из углеродного или графитового войлока, и толщина слоя проводящего волокнистого материала (16) больше или равна приблизительно 5 миллиметрам.

2. Устройство по п.1, в котором изоляционный волокнистый материал (13) содержит кварцевые волокна.

3. Устройство по п.1 или 2, включающее в себя контактный элемент (24), имеющий форму и размеры, приспособленные для его вставки или заглубления, по меньшей мере частично, в проводящий волокнистый материал (16) для того, чтобы электрически соединять слой проводящего волокнистого материала (16) с прибором (23) обнаружения.

4. Устройство по п.3, в котором контактный элемент (24) выполнен, по меньшей мере частично, из графита или углерода.

5. Устройство по п.1 или 2, включающее в себя контактный элемент в виде зажима, имеющего губки, способные осуществлять зажим на части проводящего волокнистого материала (16).

6. Устройство по п.1, в котором толщина слоя проводящего волокнистого материала (16) составляет 10, 20, 30 или 50 миллиметров.

7. Устройство по п.1, в котором толщина слоя изоляционного волокнистого материала (13) составляет менее 20 миллиметров.

8. Устройство для покрытия трубопровода, которое включает в себя устройство для обнаружения утечки теплопередающей текучей среды по любому из пп.1-7 и слой теплоизоляционного материала (19), по существу состоящего из волокон, который проходит вплотную к слою проводящего волокнистого материала (16).

9. Устройство по п.8, в котором толщина слоя теплоизоляционного материала (19) больше или равна приблизительно 10 миллиметрам.

10. Устройство по п.8 или 9, дополнительно включающее в себя жесткую стенку (20), приспособленную для охвата или заключения в оболочку слоя теплоизоляционного материала.

11. Устройство по п.10, в котором в жесткой стенке пробито по меньшей мере одно отверстие (21), подходящее для прохода инструмента (22) для проверки правильной работы устройства обнаружения утечки через упомянутую стенку и слои покрытия трубопровода.

12. Трубопровод (10) для транспортировки или хранения теплопередающей текучей среды, причем трубопровод оснащен устройством для обнаружения утечки теплопередающей текучей среды по любому из пп.1-7 и имеет первые обвязки (14), служащие для крепления слоя изоляционного волокнистого материала (13) к стенке (11) трубопровода.

13. Трубопровод по п.12, имеющий вторые обвязки (17), служащие для крепления слоя проводящего волокнистого материала (16) к трубопроводу, покрытому изоляционным волокнистым материалом (13).

14. Трубопровод по п.12 или 13, в котором первые и/или вторые обвязки представляют собой волокнистые обвязки или обвязки в виде шнуров и по существу состоят из волокон электроизоляционного материала.

15. Способ покрытия трубопровода (10), предназначенного для транспортировки или хранения теплопередающей текучей среды, в устройстве для обнаружения утечки текучей среды по любому из пп.1-7, при этом в соответствии со способом слой изоляционного волокнистого материала (13) крепят к стенке (11) трубопровода обвязыванием первых обвязок (14) вокруг упомянутого слоя.

16. Способ по п.15, в котором слой проводящего волокнистого материала (16) крепят к трубопроводу, покрытому изоляционным волокнистым материалом (13), дополнительным обвязыванием вторых обвязок (17) вокруг слоя проводящего волокнистого материала (16).

17. Способ проверки правильной работы устройства для обнаружения утечки теплопередающей текучей среды по любому из пп.1-7, установленного на трубопроводе, при этом в соответствии со способом устанавливают короткое замыкание между стенкой (11) трубопровода и слоем проводящего волокнистого материала (16).

18. Способ по п.17, в котором электропроводящий инструмент (22) вставляют через слой проводящего волокнистого материала (16) и через слой изоляционного волокнистого материала (13), и инструмент (22) вводят в контакт с проводящей стенкой (11) трубопровода, при этом удерживая упомянутый инструмент в контакте со слоем проводящего волокнистого материала (16), через который проходит инструмент (22), чтобы установить короткое замыкание и проверить, что система обнаружения утечки работает правильно путем измерения импеданса между стенкой трубопровода и слоем проводящего волокнистого материала.

19. Способ по п.18, в котором электропроводящий инструмент (22) выполнен из металла в форме штыря или иглы.

20. Способ по любому из пп.17-19, в котором указанный трубопровод представляет собой трубопровод, предназначенный для транспортировки натрия под давлением, или образует контейнер, предназначенный для хранения натрия под давлением.