CN103221731A - 绝热流体管道 - Google Patents
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Abstract
管道段（2）包括在它们之间限定了空间（8）的内和外管（4，6）。所述空间（8）被抽真空以使所述内管（4）绝热。所述内管（4）包括第一和第二部分（14，16），其中所述第一管（部分4）包括波纹管（26），以容纳在所述内管（4）和外管（6）之间的胀差。所述内管（4）由固定到所述内管（4）的支撑元件（34）支承在所述外管（6）内并且可以相对于所述外管管（6）滑动。所述支承元件也支承辐射屏蔽层（54）。
Description
技术领域
本发明涉及到一种用于在高于或低于环境温度的温度条件下输送流体的绝热流体管道。本发明尤其但非绝对地涉及用于输送如蒸汽的热流体的管道。
发明背景
许多工业公司保留有现场蒸汽厂，用于产生蒸汽并且然后分配蒸汽到在现场的一个或多个地点，在现场包含在蒸汽中的能量被抽取用于各种热过程。
为了优化用于传送现场附近的蒸汽的蒸汽分配系统的效率，通常采取步骤来从系统的热部件减少热损失。为此，通常，绝缘材料放置在包括蒸汽管道或承载蒸汽的管的热部件的外表面周围。正如已知的，绝缘材料通常包括矿棉、玻璃纤维或硅酸钙等。
在使用蒸汽厂的某些行业中，例如，制药行业和食品饮料行业，卫生是非常重要的。在制药行业中，蒸汽被广泛用于生产医药产品的过程中，并且必须遵守通常由法规规定的某种清洁度和纯度标准。
因此，在需要纯净蒸汽装置的“净室”环境中，使用传统的保温材料是不能接受的，因为这种材料具有污染清洁环境的风险。在本发明的背景下，“净室”是一种通常使用在制造或科研中的环境，其中采取特殊的测量以确保低级别的环境污染物，如灰尘、空气中的微生物、气溶胶颗粒和化学蒸汽。因此，净室具有受控的污染级别，其由在指定颗粒大小条件下每立方米的粒子的数量限定。净室标准由ISO14644-1规定，并且，例如，ISO级别1至4限定没有大于0.5μm的颗粒。就本发明而言，净室可视为是根据ISO级别1至4的环境，并且优选地根据级别1和2。
迄今为止，在这样清洁的环境中的常见做法是使通常由不锈钢制成的蒸汽管非绝热。这种缺乏绝热通常会产生每米管有大约330瓦特的热量损失，这如在通常由空调调节的清洁环境中一般由空调调节容量的相等额外量来平衡。
这种热损失和它必需的额外空调使用是不经济的。
例如从DE3338465、GB2358055和EP0104790中已知的，通过真空隔热用于热流体的管道。在这种已知的建议中，管道是包括内和外管的双壁管道，真空保持在壁之间的空间中。该已知管道例如使用来在石油工业中传送地下蒸汽以协助提取油，或用于从离岸位置输送海底石油。
例如通过双壁管道的内管和外管之间的真空实现的完全绝热管道会产生从在管子之间的胀差引起的困难。外管基本上与从内管中流动的任何热或冷流体的温度隔热，并因此保持在或接近环境温度。因此，它遇到较小的热膨胀和收缩。然而，内管可以在可观的温度范围上变化，例如从环境温度到流动流体的温度，其可能是150℃或以上。这样就产生了当在它们端部处保持在内和外管之间的密封连接时必须承受的大量热膨胀和收缩。由于单个管道段可以有例如4米的长度，因此可以理解，在内管和外管之间的差胀或差缩可能是巨大的。
可以期望内管在沿着管道段长度的一个或多个位置处被支承在外管中。用于此目的的支撑部件必须是能够承受在内管和外管之间的差胀，并且还必须使在管之间的任何热传递最小。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种管道段，包括用于输送流体的内管，外管，其包围所述内管以限定在所述内管和外管之间的空间，以及与所述空间连通用于给所述空间抽真空来提供所述内管的隔热的连接器，所述内管包括波纹管，并且所述内管的相对端部区域在所述外管的相应端部区域处固定到所述外管。
所述内管可包括端对端连结的第一和第二内管部分，在这种情况下，所述第一内管部分可以包括波纹管。所述第一内管部分可以比所述第二内管部分短，并且例如较短的内管部可以包括波纹管和不比较长内管部分的长度的20％长。
所述外管可以包括端对端连结在一起的第一和第二外管部分。所述第一内管部分可以在所述第一外管部分内延伸，所述第一外管部分设置有所述连接器。
包括波纹管的第一内管部分和第一外管部分可以包括模块化单元，选定长度的第二内管和外管部分可以连接到其上以提供所需长度的成品管道段。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造根据本发明第一方面的管道段的方法，所述管道段的内管包括端对端连结的第一和第二内管部分，所述第一内管部分包括波纹管，并且所述外管包括端对端连结的第一和第二外管部分，所述方法包括：
将所述第一内管部分与所述第一外管部分装配在一起；
将所述第一外管部分的一端固定到所述第一内管部分，其中所述第一内管部分延伸经过所述外管部分的另一端；
将所述第二内管部分固定到所述第一内管部分；
将所述第二外管部分固定到所述第一外管部分；
使所述波纹管延伸到膨胀状态；以及
将远离所述第一外管部分的所述第二外管部分的端部固定到所述第二内管部分。
所述内管可以由在成角间隔位置接触所述外管的支承元件支承在所述外管中，所述支承元件包括设置在所述空间中并且绕着所述内管延伸的承载部分，所述承载部分设置有与所述内管和外管的至少一个接合的径向延伸臂。
根据本发明的第三方面，提供了一种管道段，包括用于输送由蒸汽厂产生的蒸汽的内管，外管，其包围所述内管以限定在所述内管和外管之间的空间，以及与所述空间连通用于给所述空间抽真空来提供所述内管的隔热的连接器，所述内管由在成角间隔位置接触所述外管的支承元件支承在所述外管中，所述支承元件包括设置在所述空间中并且绕着所述内管延伸的承载部分，所述承载部分设置有与所述内管和外管的至少一个接合的径向延伸臂。
所述支承元件可以由薄片材料形成，它可以是金属。
所述承载部分可以垂直于所述内和外管的长度方向延伸。
所述臂可以设置有沿着所述内和外管的长度方向延伸的翼部，每个翼部分别靠着所述内管的外表面或所述外管的内表面平放。
所述臂可以包括与所述内管接合的径向向内延伸臂以及与所述外管接合的径向向外延伸臂。
所述内翼部可以固定到所述内管上，例如通过焊接。
所述外翼部可以处于与所述外管可滑动接触中，并且可以弹性地偏压到与所述外管接触。
所述载体可以仅部分地绕着所述内管延伸。
圆柱形辐射屏蔽层可以布置在所述内管和外管之间的空间中，并且可以由所述支承元件支承。
为此目的，所述支承元件可以具有与所述辐射屏蔽层接合的中间径向延伸臂。
所述中间径向延伸臂可以设置有沿着所述内和外管的长度方向延伸的中间翼部，每个中间翼部靠着所述辐射屏蔽层的表面平放。
所述辐射屏蔽层的各段可以绕着所述第一和第二内管部分设置，由相应的支承元件支承。
根据本发明的第四方面，提供了一种导管，包括第一和第二管道段，每个管道段包括用于输送流体的内管，外管，其包围所述内管以限定在所述内管和外管之间的空间，以及与所述空间连通用于给所述空间抽真空来提供所述内管的隔热的连接器，所述管段的内管在伸出超过所述外管的相应端部的所述内管的端部区域处端对端互相连接，从而所述管段的外管在所述内管之间的互相连接处间隔开，所述内管的伸出端部区域由包括铰接在一起的两个壳体部件、接合所述壳体部件以在包围结构中相对于彼此限制它们的固定部件的壳体包围。
可以在所述壳体和所述内管的端部区域之间限定腔部，并且所述腔部可以容纳隔热材料。
可以在所述壳体部件上设置凸缘，所述凸缘在包围结构中处于面对面地接触中。
所述固定部件可以接合所述凸缘。
所述壳体部件可以由整体铰链互相连接。
所述壳体部件可以关于所述铰链的轴互相成对称结构。
本发明还提供了一种用于包围根据本发明第四方面的管道的互相连接内管道段的伸长端部区域的壳体。
此外，本发明还提供了一种包括根据与本发明的第一，第三和第四方面中任一方面所述的管道或管道段的蒸汽管线。
附图说明
为了更好地理解本发明和示出如何可以实施它，现在将借由示例参考附图，其中：
图1为管道段的侧视图；
图2对应于图1，但示出省略一部分的管道段；
图3为在图1中所示的管道段的剖面侧视图；
图4为在图3中所示的端部模块的放大图；
图5为图3的中间段的放大图；
图6为图1至图3的管道段的支承元件的展开图；
图7为支承元件的端视图；
图8为支承元件的立体图；
图9为支承元件的侧视图；
图10示出了图1至图3的管道段的辐射屏蔽层；
图11示出了图1至图3的管道段的波纹管；
图12示出了三个设置有示出在局部装配状态中的隔热壳体的互相连接管道段；
图13示出了在壳体装配中的进一步阶段；以及
图14示出了在最终装配状态下的壳体。
具体实施方式
在图1至图3中示出的管道段2适合用作用于在工业厂房内，并且更具体地在洁净室环境中，输送蒸汽的管道的部件。
导管可以提供作为用于与其他的管道段、以及恰当配件和辅助组件装配在一起的单元，以使得能够构造满足特定用户要求的管道系统。
如在图1至图3中示出的管道段，可以以各种长度来提供，最多并且可能超过四米。
管道段2包括内管4和外管6。
在内管和外管4、6之间限定了空间8，并且这个空间可以通过连接器10用真空泵（未示出）来抽真空。
在其端部，外管6借由端帽12密封连接到内管4，端帽12以防漏方式固定到外管6以及固定到内管4，例如，通过焊接。
内管4包括在接头18处焊接在一起的第一和第二内管部14、16。
相似地，外管6包括在接头24处焊接在一起的第一和第二外管部20、22。
第一内管部分14结合波纹管26，其在每个端部处被焊接到第一内管部分14的端子部分28、30。
增强套筒32形状的抗蠕动装置例如通过焊接固定到端子部分30并且在波纹管26内延伸来用作增强和支承元件。
当在内部压力下波纹管26膨胀和收缩时，抗蠕动装置32因此保持波纹管26的对齐。
内管4由沿内管4的长度分布的支承元件34支承在外管6内。
每个支承元件更清楚地示出在图6至图9中，并且包括臂38、40、42从其延伸的承载部分36。
支承元件34由薄片材料形成，例如不锈钢，具有例如小于2mm的厚度，在具体的实例中，可以是1mm。
图6示出了在展开形式中的支承元件34，即如从不锈钢片材切割。
图7至图9示出了在如安装到导管段2的状态中的支承元件34。
从图6中可以理解，臂38、40、42成三个径向延伸组方式绕着承载部分36分布，即第一向外延伸组38，第二向外延伸组40，以及向内延伸组42。
第一向外延伸组38包括成对分组的六个臂，其中所述对绕着承载部分36以120°彼此间隔开。
每对的臂38绕着承载部分36的中心轴以16度互相倾斜。
臂40构成外管接合臂，并且绕着承载部分36以大约90°间距互相间隔开。
臂42构成了三个内管接合臂的组，其中两个是径向彼此相对，第三个定位在它们之间中途。
从图6中可以理解，承载部分36绕着稍微大于180°的弧延伸，以便留下可以容纳内管4的开口44。
对于在管道段2的装配期间的安装，臂38、40、42从在图6中所示的展开形状以大约90°弯曲，如在图8和图9所示。
因此，每对的第一向外延伸臂38沿着彼此的相反方向弯曲，以便形成处于沿着管道段2的长度方向的相对朝向中间翼部46、48，如在图2中所示。
第二向外延伸臂40都沿着一个方向弯曲，以形成外翼部50，并且径向向内延伸臂42都沿着与翼部50延伸的方向相应的相同方向弯曲，以形成内翼部52。
正如从图2和图3中可以理解的，安装每个支承元件34，以便内翼部52位于内管4的外表面上，并且外翼部50抵靠外管6的内表面平放。
内翼部52焊接到内管4，而与外翼部50可以在外管6的内表面上滑动。
外翼部50在它们自己的弹性下可以偏压向外管6的内表面以提供与外管6的稳定接触。
正如在图3中所示，中间翼部46、48用作包括薄反射材料的圆柱形管道的辐射屏蔽层的支承段54、72。
辐射屏蔽层的一段示出在图10中。
每个辐射屏蔽段54是由具有小于0.1mm厚度的退火铝板的管道55制成。
每个管道55具有在每个端部处的内部环形支承件56，并且可以在沿着它的长度的中间位置处具有一个或多个附加环形支承件56。
管道55借由合适的绑带或夹子60，其可以是绳索系带的形式，夹持到环形支承件上。
环形支承件56可以在中间翼部46、48上滑动以允许在内管4和辐射屏蔽段54之间的胀差。
正如在图3和图5所示，吸气剂62通过带子64安装在内管4上。
每个吸气剂62包括包含有例如钡的吸气剂材料的金属管道形状的外壳。
每个管道包括焊接封闭端部66和开口端部68，其限定了提供在外壳与在内管和外管4、6之间限定的空间70之间连通的端口。
在管道段2调试之前，端口68由盖密封件形式的合适盖（未示出）闭合，例如铟盖密封件。
以下面的方式装配在图1至图5中所示的管道段。
支承元件34的臂38、40、42从在图5中的配置弯曲到在图6至8所示的配置以形成翼部46、48、50、52。
通过将端帽12焊接到外管6的第一部分20，然后将端帽12焊接到内管4的第一部分14的端子部分28来装配包括内管4的第一部分14和外管6的第一部分20的模块。
然后安装辐射屏蔽层位于外管6的第一部分20内的段72。
从图2和图4可以理解，第一内管部14的端子部分30在与端帽12相反的端部处从外管6的第一部分20伸出。
在图4中示出了最终完全装配的模块。
内管4的第二部分16然后焊接到端子部分30上以形成接头18。
支承元件34然后在恰当位置处连续安装到内管4的第二部分16上，并且利用翼部52焊接在恰当位置中。
当安装了支承元件34时，辐射屏蔽段54也装配在翼部46、48上。
外管6的第二部分22然后装配在内管4上，使第二部分22在支承元件34的翼部50上滑动。
当就位时，外管6的第二部分22通过焊接固定到第一部分20以形成接头24。
接着，从外管6的第二部分22抽回内管4的第二部分16以延伸波纹管26。
外管6的第二部分22的端帽12然后焊接到内管4的第二部分16，并且将内管4的伸出区域切割成一定的长度。
可以理解，通过恰当地选择内和外管4、6的长度可以使用在图4中所示的相同的模块来产生不同长度的管道段2。
用于调试使用的管道段2的方法的示例包括使用真空泵（未示出），其连接到连接器10以从空间8抽出气体，而管道段2被加热到较高温度，例如，140摄氏度，以驱动管道段2的内部表面的释气。
外管6可通过任何合适装置来加热，例如加热器胶带，并且内管4
可以由在合适的压力下，例如2.5bar，通过它的蒸汽（或热空气）来加热。
释气步骤继续进行，直到在空间8中的压力处于预定值，例如10-6mbar。
重要的是在该释气步骤期间温度不会足够高到激活吸气剂62。
接着，吸气剂62被通过内管4的通过蒸汽（或热空气）激活，蒸汽具有足够高的温度以加热内管4和吸气剂62到足以熔化热敏感端帽的温度。
例如，如果端帽是铟，其具有约157摄氏度的熔点，在约14.5bar的压力下以及198摄氏度左右的温度下通过蒸汽通过内管4约30分钟会产生足够的加热，以除去铟和激活吸气剂62。
真空泵（未示出）继续抽取空间8，直到当从吸气剂62去除铟时压力下降回到10-6m bar。
此后，关闭连接器10来密封真空，断开真空泵，并且管道段1准备用于运行使用。
如在图1中所示、并且可能各种长度的管道段可以相互连接来提供例如在净室环境中的蒸汽管线。
管线辅助装置，如阀门、疏水阀等，可以连接到管道段。
图12至图14示出在管道段2之间的三路连接，该连接由T型连接器80建立。
T形连接器80的分支连结到每个内管4的管道段2，通过例如焊接。
可以理解，因为T形连接器80和内管4的伸出部分延伸到外管6外面，所以它们不通过在管道段2的空间8中的真空隔热，并且如果没有采取附加措施，在管道段2之间的连接处会产生大量的热损失。
为了避免这样的热损失，壳体82安装在该暴露段上，并一方面在壳体之间产生的腔部84和另一方面内管4的暴露部分和连接器80填充有隔热材料，如玻璃纤维隔热。
壳体82可以由任何合适的材料制成，如塑料或金属材料。
它包括绕着铰链88铰接在一起的两个壳体部件84、86，铰链88其实可以包括两个近距平行铰接线。
每个铰接线可以构成为整体铰链，即由在壳体的材料中的折痕、槽或其他线形成的铰接线，其优选不穿透完全通过该材料。
正如在图12中所示，壳体在开放配置中为具有安装到三个导管段2的一个壳体部件84。
为了完成壳体的安装，其他壳体部件86绕如在图13中所示的铰链88向上摆动到如在图14中所示的封闭配置。
隔热材料（未示出）可嵌入到在壳体82之间形成的空腔90中，在它完全关闭之前。
例如，隔热材料可以是在连接器80和内管4的伸出部上的材料线圈的形式。
壳体部件84、86以任何合适方式固定在封闭配置中。
例如，如图12至图14所示，壳体部件84、86在它们互相接触的边缘处可以具有凸缘92。
这些凸缘92可通过焊接或粘接、或者通过将凸缘92夹紧在一起的夹具固定到一起。
当壳体部件处于在封闭配置中时，密封件94提供在壳体部件84、86上以密封外管6。
在使用中，每个管道段2的空间8中的真空和壳体82的隔热效果、以及在它们中的任何隔热材料，基本上减少热从在内管4中的蒸汽或其他热流体传递向外部。
由于在管道段的装配期间波纹管膨胀，在环境温度下，当热流体在它内部流动时内管4的热膨胀将通过波纹管26的收缩被接纳。
抗蠕动装置32保持波纹管的对齐，当它膨胀和收缩时。
虽然在附图中示出的实施例示出了波纹管26以容纳在内和外管4、6之间的胀差，但是可以理解，可以采用其他可膨胀结构，如伸缩结构。
此外，可以理解，本文所述的管道段2也适合于输送冷的流体，如低温流体，其中合适的改变反映所输送的流体将处于低于室温的温度下的事实。
Claims (35)
1.一种管道段，包括用于输送流体的内管，外管，其包围所述内管以限定在所述内管和外管之间的空间，以及与所述空间连通用于给所述空间抽真空来提供所述内管的隔热的连接器，所述内管包括波纹管，并且所述内管的相对端部区域在所述外管的相应端部区域处固定到所述外管。
2.如权利要求1所述的一种管道段，其中所述内管包括端对端连结的第一和第二内管部分，所述第一内管部分包括波纹管。
3.如权利要求2所述的一种管道段，其中所述第一内管部分比所述第二内管部分短。
4.如权利要求3所述的一种管道段，其中较短内管部分包括所述波纹管并且不比较长内侧管部的长度的20％长。
5.如前述权利要求中任一项所述的一种管道段，其中所述外管包括端对端连结在一起的第一和第二外管部分。
6.如权利要求5所述的一种管道段，其中所述第一内管部分在所述第一外管部分内延伸，并且所述第一外管部设置有所述连接器。
7.一种制造如当从属于权利要求2时的权利要求5所述的管道段的方法，所述方法包括：
将所述第一内管部分与所述第一外管部分装配在一起；
将所述第一外管部分的一端固定到所述第一内管部分，其中所述第一内管部分延伸经过所述外管部分的另一端；
将所述第二内管部分固定到所述第一内管部分；
将所述第二外管部分固定到所述第一外管部分；
使所述波纹管延伸到膨胀状态；以及
将远离所述第一外管部分的所述第二外管部分的端部固定到所述第二内管部分。
8.如权利要求1至6中任一项所述的一种管道段，其中所述内管由在成角间隔位置接触所述外管的支承元件支承在所述外管中，所述支承元件包括设置在所述空间中并且绕着所述内管延伸的承载部分，所述承载部分设置有与所述内管和外管的至少一个接合的径向延伸臂。
9.一种管道段，包括用于输送由蒸汽厂产生的蒸汽的内管，外管，其包围所述内管以限定在所述内管和外管之间的空间，以及与所述空间连通用于给所述空间抽真空来提供所述内管的隔热的连接器，所述内管由在成角间隔位置接触所述外管的支承元件支承在所述外管中，所述支承元件包括设置在所述空间中并且绕着所述内管延伸的承载部分，所述承载部分设置有与所述内管和外管的至少一个接合的径向延伸臂。
10.如权利要求8或9所述的一种管道段，其中所述支承元件由薄片材料形成。
11.如权利要求10所述的一种管道段，在其中所述材料是金属。
12.如权利要求8至11任一项所述的一种管道段，其中所述承载部分垂直于所述内和外管的长度方向延伸。
13.如权利要求8至12任一项所述的一种管道段，其中所述臂设置有沿着所述内和外管的长度方向延伸的翼部，每个翼部分别靠着所述内管的外表面或所述外管的内表面平放。
14.如权利要求8至13任一项所述的一种管道段，其中所述臂包括与所述内管接合的径向向内延伸臂以及与所述外管接合的径向向外延伸臂。
15.如当从属于权利要求13时的权利要求14所述的一种管道段，
其中所述内翼部固定到所述内管上。
16.如权利要求15所述的一种管道段，其中所述内翼部通过焊接固定到所述内管上。
17.如权利要求15或16所述的一种管道段，其中所述外翼部处于与所述外管可滑动接触中。
18.如权利要求17所述的一种管道段，其中所述外管弹性地偏压到与所述外管接触。
19.如权利要求8至18任一项所述的一种管道段，其中所述载体仅部分地绕着所述内管延伸。
20.如权利要求8至19任一项所述的一种管道段，其中圆柱形辐射屏蔽层布置在所述内管和外管之间的空间中，并且由所述支承元件支承。
21.如权利要求20所述的一种管道段，其中所述支承元件具有与所述辐射屏蔽层接合的中间径向延伸臂。
22.如权利要求21所述的一种管道段，其中所述中间径向延伸臂设置有沿着所述内和外管的长度方向延伸的中间翼部，每个中间翼部靠着所述辐射屏蔽层的表面平放。
23.如当从属于权利要求4时的权利要求20至22任一项所述的一种管道段，其中所述支承元件设置在所述第二内管部分上并且支承所述辐射屏蔽层绕着所述第二内管部分延伸的一段。
24.如权利要求23所述的一种管道段，其中所述辐射屏蔽层的一段绕着所述第一内管部分延伸。
25.一种导管，包括第一和第二管道段，每个管道段包括用于输送流体的内管，外管，其包围所述内管以限定在所述内管和外管之间的空间，以及与所述空间连通用于给所述空间抽真空来提供所述内管的隔热的连接器，所述管段的内管在伸出超过所述外管的相应端部的所述内管的端部区域处端对端互相连接，从而所述管段的外管在所述内管之间的互相连接处间隔开，所述内管的伸出端部区域由包括铰接在一起的两个壳体部件、接合所述壳体部件以在包围结构中相对于彼此限制它们的固定部件的壳体包围。
26.如权利要求25所述的一种管道，其中在所述壳体和所述内管的端部区域之间限定腔部。
27.如权利要求26所述的一种管道，其中所述腔部容纳隔热材料
28.如权利要求25至27任一项所述的一种管道，其中在所述壳体部件上设置凸缘，所述凸缘在包围结构中处于面对面地接触中。
29.如权利要求28所述的一种管道，其中所述固定部件接合所述凸缘。
30.如权利要求25至29任一项所述的一种管道，其中所述壳体部件由整体铰链互相连接。
31.如权利要求25至30任一项所述的一种管道，其中所述壳体部件关于所述铰链的轴互相成对称结构。
32.一种用于包围根据权利要求25至31任一项所述的管道的互相连接内管道段的伸长端部区域的壳体。
33.一种包括根据与权利要求1至6或8至31任一项所述的管道或管道段的蒸汽管线。
34.一种基本上如本文参考附图描述的管道或管道段。
35.一种用于基本上如本文参考附图的图12至图14描述的管道的壳体。
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