CN103470918B - 一种用于低温流体输送的无补偿器真空管 - Google Patents

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本发明涉及一种用于低温流体输送的真空低温绝热管，具体讲，涉及一种低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管。本发明的真空低温绝热管包括输送低温介质的内管2、套于内管外部的外管3，其中内管2外部包裹有绝热材料且内管和外管之间形成真空，内管2外部和外管3内壁之间沿外管轴线均匀设置有管路支撑4，内管或内管的中心段在两个管路支撑之间为弧形结构，且相邻管路支撑之间的内管弧形方向相反。本发明通过对内管和外管的巧妙设计，使得本发明的无补偿器真空管在运输低温液体时，热量损失小，安全、稳定、高效。

Description

一种用于低温流体输送的无补偿器真空管
技术领域
本发明涉及一种用于低温流体输送的真空管，具体讲，涉及一种低温流体输送的无补偿器真空管。
背景技术
真空低温绝热管主要用于输送低温液体，如液氧、液氮、液氢、液化天然气等。其主要有内管和外管构成，现有技术中，内管一般为平滑的直管，内外管之间通过设置支撑装置互相支撑连接，支撑装置一般为一块环形的板，套在内管外侧，顶在外管内壁上；在绝热管两端设置隔热套，隔热套设在内外管之间，其作用是使内管和外管之间形成真空腔，减少外界与内管的低温液体进行热传递；内管上设置波纹管或者U型膨胀节，用以实现管路的热胀冷缩。当内管的管径小于30mm时，同通径的波纹补偿器刚度相对比较大，采用波纹补偿器方式，其不能产生补偿的作用，反而造成内管的破坏。
专利申请201010137519.6，“真空绝热管道”，公开了一种真空绝热管道，包括输送热传输介质的内管、套设于内管外部的外管，并且外管两端与内管密封，并且在内管与外管之间形成真空密封腔体，以防止内管传输介质与外部环境之间的热交换，并且形成真空密封腔体的外管至少包括一段波纹管，如此内管因传输介质影响而沿纵长轴线变形时，外管上的波纹管可也可相应变形，从而避免外管两端的密封结构受力损坏而降低绝热效果。
实用新型专利201020026208.8，“一种设有绝热装置的真空低温绝热管”，公开了一种设有绝热装置的真空低温绝热管，其结构主要包括有外管、内管、隔热套及齿形管，内管设于外管内，隔热套设在两端并套住内管，外管和内管之间由支承装置连接；齿形管连接作为内管的左内管和右内管，齿形管外侧设有护套；在整个内管和护套外侧还设有绝热装置，所述绝热装置为绝热层，绝热层由若干层相互间隔设置的反射层和隔热层组成，其中反射层由铝箔制成，隔热层由玻璃纤维制成。
现有技术中的真空绝热管，一般采用的波纹补偿管的热损失较大，并且焊缝较多，管路的可靠性较差，为此，申请人提出一种新的真空绝热管。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管。
为了实现本发明的目的，采用的技术方案为：一种用于低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管，包括输送低温介质的内管2、套于内管外部的外管3，其中内管2外部包裹有绝热材料且内管和外管之间形成真空，内管2外部和外管3内壁之间沿外管轴线均匀设置有管路支撑4，内管或内管的中心段在两个管路支撑之间为弧形结构。
本发明的第一优选技术方案为：相邻管路支撑之间的内管弧形方向相反。
本发明的第二优选技术方案为：内管外包裹有保温层7，所述管路支撑两侧设置有挡环5。
本发明的第三优选技术方案为：内管的长度为：l≈L+LαΔt+Lα2Δt2，其中，l为内管长度，单位为米；L为外管长度，单位为米；Δt为从室温到介质温度的温差，单位为℃；α为内管的膨胀系数，单位为1/℃。
本发明的第四优选技术方案为：弧形内管的圆心角为3～10°，优选4～8°。
本发明的第五优选技术方案为：内管的内径为10～40mm，优选10～30mm；外管的内径为60～160mm，优选80～160mm。
本发明的第六优选技术方案为：内管壁厚为1～3mm，优选1～2mm；所述的外管壁厚为3～5mm，优选4～5mm。
本发明的第七优选技术方案为：两个管路支撑之间的距离为200cm～600cm，优选300cm～500cm。
本发明的第八优选技术方案为：所述的外管两端与内管之间设置有导热段1，将真空容腔密封，并将内管固定。
本发明的第九优选技术方案为：所述的内管和外管的材料为奥氏体不锈钢，管路支撑4的材料选自聚四氟乙烯、玻璃钢，挡环5的材料选自不锈钢。
下面对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。
本发明涉及一种用于低温流体输送的无补偿器真空管，由于真空管的绝热性能良好，因为内管和外管之间由于热胀冷缩产生的距离差，成为设计制备真空管的需要解决的问题。现有技术中一般采用将内管连接一个波纹补偿器，从而补偿由于受冷而缩短的距离。连接波纹补偿器的缺陷为，需要在管路上焊接等方式连接，从而使得真空管的构造复杂，性能不稳定。同时，由于内管直径小于30mm时，同直径的波纹补偿器的刚度较大，不能产生相应的补偿作用，反而会对内管造成破坏。而本发明通过巧妙的设计，将内管设计成波浪形，内管以外管中心为轴，依次形成垂直向上或垂直向下的弧形，当内管由于受冷缩短时，弧的弦高缩短，当受冷至低温介质温度(为-250～-180℃)时，缩短至接近于直线的长度。
液氢输送管的温度补偿常常采用波纹补偿器或者U型膨胀节来完成，而受管道真空腔内体积限制，真空多层绝热管道通常采用波纹补偿器补偿冷收缩量。当内管管径小于30mm时，同通径的波纹补偿器刚度相对比较大，采用波纹补偿器补偿方式，其不能产生补偿的作用，反而造成内管的破坏，在工程上也曾出现过该种案例。所以在工程实践中，当通径小于30mm时，尽量不采用波纹补偿器补偿方式。本设计中内管的规格为Φ12×1，内管柔性比较大，根据这个特点，本管路设计中将改变了内管为直管的做法，而是将内管做成波浪形内管，如附图1所示，波浪形内管的长度为直管长度和液氢冷收缩补偿之和，波浪的高度根据夹层高度而定，当内外管套和后，内管两端固定，通过液氢时，内管受到冷收缩的作用，波浪形逐渐变为直管，既保证了内管不至于被破坏，又由于内管焊缝的减少，增加了整根管路的可靠性；同时由于没有波纹补偿器(波纹补偿器和直管的面积比约为4:1)，降低了热损失量。
本发明中内管的长度要求相对严格，既要保证足够的收缩量，避免在低温下的破坏，又要保证在正常输送过程中，内管和外管不能接触。
内管长度计算公式如下：
l≈L+LαΔt+Lα2Δt2
l－内管长度(m)；L－外管长度(m)；
Δt－从室温到介质温度的温差；
α－内管的膨胀系数(1/℃)；
外管内径计算：本设计中内管采用波浪形结构，管路的外管内径根据公式：dmin≈2(h+h′+10)来确定，其中：h为内管波高；h′为保温层厚度。
本发明通过对内管和外管的巧妙设计，使得本发明的无补偿器真空管在运输低温液体时，热量损失小，安全、稳定、高效。
附图说明
图1为本发明真空绝热管的示意图，其中：1为导热段、2为常温状态下内管、3为外管、4为支撑、10为液氢温度状态下内管；
图2为实施例1的真空管绝热管，其中：5为挡环、6为真空抽空嘴、7为保温层。
本发明的具体实施方式仅限于进一步说明本发明的内容，并不对本发明构成限制。
具体实施方式
本发明涉及一种用于低温流体输送的无补偿器真空管，包括输送低温介质的内管2、套于内管外部的外管3，其中内管2包裹有绝热材料且内管和外管之间形成真空容腔，内管2和外管3内壁之间沿外管轴线均匀设置有管路支撑4，内管以外管的轴心线为基准，位于两个管路支撑4之间的内管或内管的中心部分为弧形，相邻管路支撑之间的内管弧形方向相反。管路支撑的作用为将内管固定于外管之中，并以外管的轴心线为基准；内管外包裹有保温层7，所述管路支撑两侧设置有挡环5，管路支撑之间挡环的数目为1～5个，并优选1～2个；挡环的作用是；弧形内管的圆心角为4～8°；内管的内径为10～40mm，优选10～30mm；内管壁厚为1～3mm，优选1～2mm；外管的内径为60～160mm，优选80～160mm；外管厚度为3～5mm，优选4～5mm；两个管路支撑之间的距离为200cm～600cm，优选300cm～500cm；挡环5的高度为1～5mm，优选2～4mm。所述的外管两端与内管之间设置有导热段1，将真空容腔密封，并将内管固定。所述的内管和外管的材料为奥氏体不锈钢，管路支撑4的材料选自聚四氟乙烯、玻璃钢，挡环5的材料选自不锈钢。
所述的内管的长度为：l≈L+LαΔt+Lα2Δt2，其中，l为内管长度，单位为米；L为外管长度，单位为米；Δt为从室温到介质温度的温差，单位为℃；α为内管的膨胀系数，单位为1/℃。
实施例1
一种用于低温流体输送的无补偿器真空管，包括内管2、外管3，内管2外的保温层7，内管和外管之间形成真空容腔，内管2和外管3内壁之间沿外管轴线均匀设置有管路支撑4，管路支撑两侧设置有挡环5；外管壁上安装有真空抽空嘴；内管以外管的轴心线为基准，位于两个管路支撑4之间的内管或内管的中心部分为弧形，相邻管路支撑之间的内管弧形方向相反；弧形内管的圆心角为7°；内管的内径为27mm，壁厚为2.5mm，长度为4022mm；外管的内径为86mm，壁厚为3mm，长度为3268；两个管路支撑之间的距离为400cm；挡环5的高度为2～4mm。
所述的外管两端与内管之间设置有导热段1，将真空容腔密封，并将内管固定。
所述的内管和外管的材料为奥氏体不锈钢，管路支撑4、挡环5的材料选自聚四氟乙烯、玻璃钢。

Claims (9)

1.一种用于低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管，包括输送低温介质的内管(2)、套于内管外部的外管(3)，其中内管(2)外部包裹有绝热材料且内管和外管之间形成真空，其特征在于，内管(2)外部和外管(3)内壁之间沿外管轴线均匀设置有管路支撑(4)，内管以外管中心为轴，内管或内管的中心段在两个管路支撑之间为弧形结构，所述弧形内管的圆心角为3～10°；
所述内管的内径为10～30mm；外管的内径为80～160mm；
所述内管的壁厚为1～3mm；所述外管的壁厚为3～5mm；
所述两个管路支撑之间的距离为200cm～600cm。
2.根据权利要求1所述的用于低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管，其特征在于，相邻管路支撑之间的内管弧形方向相反。
3.根据权利要求1所述的用于低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管，其特征在于，所述内管外包裹有保温层(7)，所述管路支撑两侧设置有挡环(5)。
4.根据权利要求1所述的用于低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管，其特征在于，所述内管的长度为：l≈L+LαΔt+Lα2Δt2，其中，l为内管长度，单位为米；L为外管长度，单位为米；Δt为从室温到介质温度的温差，单位为℃；α为内管的膨胀系数，单位为1/℃。
5.根据权利要求1所述的用于低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管，其特征在于，所述弧形内管的圆心角为4～8°。
6.根据权利要求1所述的用于低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管，其特征在于，所述内管壁厚为1～2mm；所述的外管壁厚4～5mm。
7.根据权利要求1所述的用于低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管，其特征在于，所述两个管路支撑之间的距离为300cm～500cm。
8.根据权利要求1所述的用于低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管，其特征在于，所述外管两端与内管之间设置有导热段(1)，将真空容腔密封，并将内管固定。
9.根据权利要求1所述的用于低温流体输送的无补偿器真空低温绝热管，其特征在于，所述的内管和外管的材料为奥氏体不锈钢，管路支撑(4)的材料选自聚四氟乙烯、玻璃钢，挡环(5)的材料选自不锈钢。
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