CN101072969A - 低温管道系统 - Google Patents

Abstract

用于改进低温管道系统(1)的绝热体特性的方法，其中，通过在一个或多个抽真空和填充循环中将通过与内部管(8)同轴的护套(10)限定的绝热体体积(9)抽真空到中等真空并且随后用可凝结的气体填充，并且随后，在抽真空到中等真空之后凝结可凝结的气体以在绝热体体积内实现高真空。

Description

低温管道系统

技术领域

本发明一般地涉及用于流体的流动的管道，并且更特别地涉及用于在低于环境温度的温度下的流体的流动的管道。

背景技术

在用来传送低温流体的低温管线的操作中，将热量从环境空气向低温流体的流入减到最小是重要的。目前有两种绝热低温管线的常规的方法。通常，当绝热体的外部表面温度高于正常的天气状态下的露点时获得可接受的热性能，使得水和冰不在其表面上积聚。

诸如那些用于蒸汽管上的高温绝热体经常适用于低温运行。这在低温运行中为具有相对短的寿命的低成本方法。这样的绝热体在低温运行中由于两种机制迅速地降级。低温导致绝热体内的水的低分压。来自大气的水特别是沿接缝、接头和裂隙扩散到绝热体内。水在这些地点冻结、积聚并且由此特别是在冻结-解冻循环中机械地破坏绝热体。另外，当温度从环境减小到低温时，管每100英尺大约收缩3英寸。此收缩也机械地破裂绝热体。

可接受的热性能通常需要多于三英寸的此绝热体。用于1英寸标称管的标准护套为8英寸外径护套。这消耗空间。

市场上提供多种将接缝和接头的透水性减到最小的尝试，和适应管的热收缩的方法。可获得在聚氯乙烯护套内预发泡的闭孔聚氨酯。聚氯乙烯护套和聚氨酯的闭孔形式有助于防止水从径向表面渗透。然而，没有密封端部接头的节省成本的方法，并且没有解决热收缩。冰球在接头处常见并且使用寿命为大概5年。可以获得不同长度的预制成的聚氨酯绝热体，其每种具有用胶密封并且用于保护端部不被水渗透并且适应区段内的管的热收缩的玻璃纤维端部帽。精心设计的端部帽不能在现场形成，意味着在现场改变困难。绝热体接头以两个步骤在现场形成，每个步骤需要估计4个小时工作。适应多个区段的累积的收缩的嵌合接头的可获得的设计通常在数个月的正常运行内破裂，在这些位置导致冰球。使用寿命为大概15年。

真空护套的管道设计为供应具有无限的使用寿命的高性能绝热体。此方法使用通常称作超级绝热体的在真空内的多层辐射屏蔽层。通常，管道制造为不同的长度，其在工厂内预抽真空。每个端部终止于用于在现场组装管道系统的卡口。操作中，护套保持接近环境温度，同时内部管当包含产品时在低温操作。波纹管放置在护套或管或全部两者内以允许管内的收缩进行。波纹管经常放置在护套内，因为在此情况中，波纹管暴露于真空压力而不是过程压力。此布置的主要缺点为，在操作温度护套的长度减小，并且管支撑系统必须设计为适应该运动。虽然波纹管暴露于环境和机械损害，如果失效，结果被限制为损失真空。

作为替代，可以将波纹管放置在内部管内。在此情况中，在操作温度，护套的长度不减小。然而，波纹管遭受操作压力并且因此必须更重并且增加的负载施加在将它们连接到内部管的薄金属焊缝上。在装载的货物为氧气时，用此构造已经经历了重大的管道系统失效。

在这些系统中需要的真空导致长的抽空时间。采用数个步骤促进抽真空过程。真空泵通常连接数天。抽真空连接件必须具有大尺寸开口以允许从绝热体空间出来的分子经过。这是因为在真空泵入口和绝热体空间处的压力差异接近零。由于能够有效地传送和搬运的长度，预制的区段的实际的长度受到限制。另外，抽空时间与长度成比例。在抽真空过程期间通常加热真空空间以逐出渗透到绝热体内的和在金属表面上吸收的气体并且增加绝热体空间内的分子朝向抽真空连接件的扩散速率。

一旦获得真空，使用精心设计的步骤来保持真空。抽真空连接件经常设计为用作压力释放设备以在其由于内部线路失效而升压的情况下保护护套。这减小连接件的数量并且因此减小可能的泄漏的数量。经常使用氧化钯化学地结合在长时期期间从金属排气的任何氢。反应产生纯钯，其又更进一步地用化学方法吸附更进一步的氢。具有用化学方法吸附的氢的作为结果的钯对氧高度反应性，并且已经在数个氧为被传递的物品的爆炸中涉及。在这些情况中，内部管失效将氧释放到绝热体空间内，氧随后与钯反应。此高度发热的反应随后点燃用于多层包缠的绝热体内的铝箔，铝箔在存在氧的情况下猛烈地燃烧。尽管仔细地包装，钯和氧反应的热量能够在同时发生冲击的情况下相当大地增加。这样的冲击可以在内部管失效的情况下可能发生的外部护套的湍流增压期间发生。氢的排气为长期过程。经验显示真空经常由于泄漏降级，特别是在氢放气为因素很长时间之前在抽真空连接件处。

因此，本发明的目的为提供与那些传统的管道系统相比具有改进的绝热体特性的低温管道系统。

发明内容

通过本发明实现本领域中的普通技术人员可以通过阅读本披露物明白的上述和其它目的，本发明为：

用于改进具有管体积和与该管体积相邻的绝热体体积的低温管道系统的绝热体特性的方法，包括，抽真空绝热体体积以获得中等真空，用高纯度的可凝结的气体填充绝热体体积，抽真空绝热体体积到中等真空，并且凝结可凝结的气体以在绝热体体积内实现高真空。

这里使用的术语“高真空”意味着小于一微米汞柱。

这里使用的术语“中等真空”意味着多于一微米汞柱。

这里使用的术语“可凝结的气体”意味着在载货温度可凝结的气体。

这里使用的术语“载货温度”意味着小于-200华氏度。

这里使用的术语“高纯度的可凝结的气体”意味着气体的纯度为至少99.8％。

附图说明

唯一的附图为可以用于本发明的实践的低温管道系统的一个实施例的部分截面图。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明。现在参考示出了具有直的区段2和弯管组件3的低温管道系统1的附图。弯管组件3具有其间定位了柔性的软管6的自由的腿4和固定的腿5。低温管道系统具有通过内部管8限定的管体积7，和通过外部护套10和内部管8的外部表面限定的绝热体体积9。绝热体体积9与管体积7相邻。优选地，外部护套10沿直的区段2和弯管组件3的全部长度延伸。

在本发明的实践中，诸如通过使用真空泵将绝热体体积抽真空到通常在大约100微米汞柱的中等真空。其后，用高纯度的可凝结的气体填充作为结果的抽真空的绝热体体积。用于本发明的实践中的优选的高纯度的可凝结的气体为二氧化碳，其具有至少99.9的摩尔百分比的二氧化碳浓度。其它可以用于本发明的实践的高纯度的可凝结的气体包括一氧化氮、二氧化硫、氯气、和类似物。

抽真空绝热体体积并且随后用可凝结的气体填充绝热体体积的步骤可以根据需要重复一次或多次。在本发明的特别优选的实践中，抽真空绝热体体积并且随后用可凝结的气体填充绝热体体积的步骤执行了三次，即，执行一次并且随后重复两次。

其后，将绝热体体积抽真空到中等真空并且随后优选地通过使得低温液体流动通过管体积冷却并且凝结高纯度的可凝结的气体。通过管体积的低温液体的流动用来提供对现在液化或凝固的可凝结的气体的连续地冷却，从而保持其处于液体和/或固体状态。可凝结的气体的液化或凝固在绝热体体积内形成高真空。此高真空用来以容易并且节省成本的方式改进低温管道系统的绝热体特性。

本发明可以用于许多低温流体的流动，其中包括氮、氧、氩、氢、氦、甲烷、乙烷、和类似物。

本发明的低温管道系统在其优选的实施例中的希望的特征包括

i)绝热体护套，其为不具有机械接头的连续的导管，其沿内部管的长度形成围绕内部管的单一的绝热体空间或体积。在运行中护套不改变长度。

ii)内部管，其为包含在绝热体护套内的不具有机械接头的连续的导管。

iii)在管道系统的每个端部以完成绝热体空间的界定的径向密封装置。这些径向密封装置还用作用于内部管相对于护套的固定的端部或固定的点11。

iv)设计为适应内部管在操作温度相对于护套的收缩的弯管组件。

a)每个管道系统具有至少一个弯管组件。

b)每个弯管组件具有固定的腿和自由的腿。固定的腿如此称呼是因为它具有固定内部管相对于外部护套的轴向的位置的轴向的支撑构件。设计为在弯曲时变形的柔性的软管定位在固定的腿的内部管内，在轴向的支撑构件和弯管的分叉处之间。内部管在弯管的自由的腿内在护套内自由地轴向地运动。

c)固定的区段内的柔性的软管适应连接到自由的端部的内部管的收缩。当内部管处于环境温度时，软管定位为靠近护套壁，以便在护套弯管的内部分叉处和内部管弯管的外部分叉处之间获得最大可能的间隙。在操作温度，连接到弯管的自由的腿的管收缩并且此间隙减小到可能的最小值。

虽然已经参考某些优选的实施例详细地描述了本发明，本领域中的普通技术人员应当理解，在权利要求书的精神和范围内存在本发明的其它实施例。

Claims (7)

1.一种用于改进具有管体积和与该管体积相邻的绝热体体积的低温管道系统的绝热体特性的方法，其包括，抽真空绝热体体积以获得中等真空，用高纯度的可凝结的气体填充绝热体体积，抽真空绝热体体积到中等真空，和凝结可凝结的气体以在绝热体体积内实现高真空。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，管体积包括直的区段和弯管区段。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，弯管区段通过自由的腿和固定的腿之间的柔性的软管限定。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，绝热体体积围绕管体积延伸直的区段和弯管区段的全部长度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在最终抽真空到中等真空并且凝结可凝结的气体以实现高真空之前，抽真空绝热体体积以获得中等真空，随后是用高纯度的可凝结的气体填充绝热体体积的步骤重复至少一次。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，可凝结的气体为二氧化碳，其具有至少99.9的摩尔百分比的二氧化碳浓度。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过从管体积内流动的低温液体提供致冷来凝结可凝结的气体。

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