CN1237236A - 耐蚀耐火管道系统 - Google Patents

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Abstract

一种耐蚀耐火管道系统,适用于海上工业中的洒水灭火系统等、军用和民用的海上舰船、并且常用于公用建筑和工业建筑中的洒水灭火系统。这种管道系统的特征在于这种管道系统包括刚性可冷加工的管道段(10),管道段(10)具有一个或多个管状橡胶层(11、13、15)以及包围或环绕着一个或多个管状橡胶层(11、13、15)的加强层(12、14)。加强层由经卷绕、编织或用某种方法加工从而相互交叉的丝或带组成,其中每根丝或带与管道段的纵轴线构成一个卷绕角或盘旋角,它为所述加强的管式橡胶层(11、13、15)提供尽可能最大的强度。在所示的情况中,系统还包括用于按多路联接方式将一个管道段(10)与另一个管道段连接的分支接头(18)。

Description

耐蚀耐火管道系统
本发明涉及一种耐蚀耐火管道系统，它适用于海上工业中的洒水灭火系统等、军用和民用的海上舰船中以及公用建筑和工业建筑中的洒水灭火系统。
传统的钢管系统不适于用来运输象海水和工业废液及其它类似废液等腐蚀性液体。在海上工业中例如在非常需要海水管道来用于冷却和灭火用途(洒水灭火系统)的地方，用其它有希望更加适用的材料来取代传统的钢材料在很久以前就已试图进行。在这方面，已经进行了大量的工作，以转用更为昂贵的金属材料，如合金含量更高的钢材料，例如SMO钢，它是一种含有大约6％钼的防酸铬镍合金钢，以及更为高级的金属或合金，例如钛和不同的铬镍合金。
另外还试验过塑性材料，其中玻璃纤维加强环氧树脂管道已经试用于输送海水的管道。尽管这种塑料管道在耐蚀性方面明显优于钢管道，但由于其它原因，它们并不适于取代各种应用领域的钢管道，且主要限于海上舰船方面。例如，这种管道不能耐火，而相反为可燃易燃材料，因而能生成烟和有毒气体，因而即使在简单的应用场合也需要提供单独的防火隔离。另外塑料管道机械承受能力有限，例如承受外部冲击和撞击的能力以及承受如由于开关阀门引起的管道系统中水压突然巨变所带来的所谓水击作用的能力，这当然在许多地方也是一个显著的缺点。由于金属管道不能迅速膨胀，金属管道承受水击的能力也很差。
除了上述承受水击的能力外，这些更为昂贵的金属材料要比塑料管道更加适用于上述用途，然而，由于这种材料非常昂贵，这种材料的使用成本很高，因而仅限用于高级应用领域及特别需要的系统中。然而所有基于金属的管道系统仍然存在许多严重的问题。首先，没有一种试验过的材料能完全解决耐腐蚀问题，并且当置于比标准室温略高的温度中时可能会带来严重后果。其次，当对由此类材料制成的管道系统进行装配、安装和维护时，这些材料需要大量的焊接工作和/或其它类似的“热加工”，从安全方面来考虑，这也是人们希望能最大程度地避免的事情，特别是在海上舰船领域中尤为如此。除了由于此类工作中实际的热量所产生的问题之外，通常在石油和气体回收系统中还存在气体泄露的危险。因此在海上装配中需要用到明火等的工作过程中，常常需要停止生产。自然，这导致成本显著提高、严重的缺陷并且影响了生产。
在存在燃烧的情况下，根据燃烧的性质不同，伴随高温会存在高低不同的热通量密度。在涉及固体燃料燃烧的燃烧困难的情况下，即所谓的“纤维素燃烧”(“cellulosic fire”)的情况下，燃烧区域的温度连续升高并在60分钟后会达到约900℃，在120分钟后达到约1050℃，而在240分钟后将会达到约1150℃的最高温度。同时普遍的热通量密度是平均约60kW/m2，而最高热通量密度可达100kW/m2。在烃类池式燃烧等中，温度升高得更快而在20分钟后将会达到1150℃左右的最高温度。热通量密度要远高于纤维素燃烧的情况，平均约为200kW/m2，最高峰值约为225kW/m2。最差类型的燃烧是所谓的射流燃烧；当天然气和不同的冷凝物在高压下、如在海上或陆上的天然气贮存器中燃烧时会发生这种情况。海上平台及相应的陆上设备容易发生此类燃烧而不幸的是此类燃烧的发生会带来灾难性的后果并会造成许多人员伤亡。在射流燃烧的情况下，温度迅速地(在10-15秒内)升至1300-1400℃的值，在此温度下燃烧的热通量通常为360kW/m2并可高达约500kW/m2。
在这种背景下，海上和陆上石油和气体的回收利用对燃烧安全性和燃烧保护措施要求很高，因此海上平台常常带有先进的洒水灭火系统，它基于从海里抽取大量的水，所述系统在平台的各个部分中具有分支支路。
特别是在海上和造船工业中，很早就提出了对能用于如石油平台、军用舰船和油罐的耐蚀耐火管道系统的需求，在这些场合，对耐火性和耐蚀性要求特别严格，并且需要大大减少或优选地完全消除对焊接工作或其它热加工的需要。
本发明的目的是提供一种耐蚀耐火的管道系统，它能用于最高级的应用场合中并且能大大减少或者在某些情况下完全消除此前所用的材料所引起的前述问题，并通过利用所用管道材料的特殊性能、如更好的冷加工性能来在其安装和改造方面提供更多的重要优点。
为此目的，本发明的管道系统的特征在随后的权利要求中有所陈述。因此管道系统包括刚性可冷加工的管道节段或管道段，管道节段或管道段包括一个或多个管状橡胶层和加强层，加强层包围或环绕着一个或多个管状橡胶层，并由经卷绕、编织或者彼此按某种方式相互交叉的丝线或带组成，每根丝线或带与相应管道片段的纵轴线成一卷绕角或盘旋角，以便给予加强的管状橡胶层以尽可能最大的强度，并且当使用时也给予用于在多路连接中将一个连接管道段与另一个管道段连接的分支接头以尽可能最大的强度。此处刚性可冷加工的管道段是指所述段只能在管道段发生塑性变形时弯曲。在这里，值得指出的是根据定义，能在不发生任何塑性变形的情况下弯曲的管道被称作“软管”。
加强材料可以封装于一个或多个橡胶层中或者可以为位于橡胶层之间的一个或多个独立层。加强材料本身并不关键，因为在这里最重要的是达到尽可能最大的稳定性和强度并且达到较高的抗弯刚度或抗弯能力，这能使得管道发生塑性变形并与上面所述的“软管”区别开。通过制造加强的软管已经得知，当卷绕角、也可称作盘旋角，即每根加强丝线或加强带与软管(管道)的纵轴线所成的锐角处于给定的较窄的约54°角度范围内时，得到的强度、稳定性和抗弯刚度不适于软管，因为不能在不发生塑性变形的情况下使产品弯曲，且因而失去了如上所述的软管性能。因此在此类制造过程中必须避免这个角度范围。
加强材料的卷绕通过首先将一层丝线或带倾斜地彼此邻近地放置而进行，以便与纵轴线形成所述的角度，此后在所述第一层上面放上与第一层交叉但仍与纵轴线成同样角度的另一层。编织工作按类似的方式进行，除了互相交叉的丝线互相织在一起之外，在它们的汇合点并不将其固定住。在许多较简单的情况下，也可以使用一种丝网形式的预制的加强材料，丝网的相互交叉丝之间包括一个这样的角度，即：在丝网置于管状橡胶层外周时，丝线的方向与纵向形成所述的预定角度(～54°)。
出于给予管道系统中的管道材料以尽可能最优性能的目的，优选地，加强材料由金属或Kevlar型的碳纤维复合材料构成。特别优选的是后一种加强材料，因为它不仅能给管道材料提供所需的强度、稳定性和适当的抗弯刚度，还可给管道材料提供其它有用的性能，如低重量。材料可以方便地制得，外层的橡胶层选自具有与管道材料拟应用的具体应用场合相适应的性能的橡胶材料或各种橡胶类材料。除了作为此类橡胶材料的必需性能-不可燃之外，橡胶最好具有无毒或无烟性能，或者具有较低的导热性。在这方面一种非常合适的材料是标号为VIKINGNOFLAME 815或915的这类橡胶。
本发明管道系统中的管道材料已经表现出令人惊奇的良好耐火性，例如能够在热通量密度为500kW/m2和火焰温度为1400℃左右的射流燃烧下承受至少两个小时。然而这种材料可具有更高的耐火能力并且有能使得材料在非常高的热通量密度下、如射流燃烧的情况中实现自密封和自保护的性能，这与本申请人相近的标题为“能承受极高热通量密度的管道或软管”(“A Tube or Hose Capable of withstanding ExtremeHeat Flux Densities”)的专利申请SE-A-9703110-8中所述的管道和软管相似。在这种情况下，内橡胶层必须由一带孔的外套所包围。这个外套可包括所述加强层的内层，尽管它也可以由单独的一层构成，它无需具有本发明加强层的加强性能。外套上的孔应彼此相邻并具有能在管道中所传送的受压液体的作用下提供一种“喷嘴作用”的最小的横截面积。孔的横截面积根据管道中拟产生的液体压力决定。在其它方面参考我们相近的专利申请。
在本发明的管道系统中用于将一个管道段与另一个管道段连接的分支接头的特征在于它包括一个具有外凸缘的金属或塑料套管，一个第一半圆形卡规，该第一半圆形卡规包括一个套管安放孔和一个用于安放凸缘支座的外伸部分，还包括一个相应的第二半圆形卡规，该第二半圆形卡规与第一卡规一起拟通过适当的连接装置形成一个环绕管道的环形接头，并在装配状态下利用它来将套管密封地固定在管道中形成的孔内。所述接头的套管在其外表面上凸缘的下方最好带有一个密封套，优选地为旋在套管上的螺母的形式，利用它可以调整凸缘沿套管的位置。然而，所述接头的套管的外表面上也可不带有单独的密封装置。
本发明的管道系统所用的管道材料具有金属管道或复合材料管道的理想的良好性能，并且可以冷加工，因此可在不需加热和不需特殊弯曲工具的情况下弯曲。管道材料也可在不需焊接或其它任何需要利用热量的加工方法的情况下进行接合和连接。这种材料也能完全耐蚀，即使是针对腐蚀性液体和高于正常室温的温度，这是在此涉及的金属材料所不具有的性能。这种高耐蚀性是因为管道内侧由橡胶构成。所用的橡胶种类可以广泛地根据系统中待输送的液体的性质来选择。
如前所述，根据本发明在软管生产过程中用到了以前已知的现象，根据这一现象，当加强材料按给定的约54°的卷绕角(盘旋角)卷绕时，在加强的橡胶产品中得到最高的强度，尽管产品将会失去其在没有塑性变形的情况下能弯曲的软管特征性能。据我们所知，此前这种现象还未实际用于获得具有对于丝加强产品而言最高强度和稳定性的刚性易冷变形的塑性柔性“管道”，而非弹性柔性“软管”。本发明的管道段或管道节段具有的稳定性、强度和弯曲性能能使它们放置在传统的管道托架上并由其支承住而不会进行任何明显的弯曲，并且根据需要例如当转过圆角或转过其它管道或管路时可在冷却状态下弯曲成所需的几何形状，而甚至无需为此来利用工具，并且还可以保持它们的弯曲形状。
加强材料所提供的管道的稳定性不会受到任何负面影响，即使是当在管道上钻孔以便容纳分支接头时也不会。
本发明的管道系统与此前用于管道系统的其它传统的金属或其它材料相比有许多优点。特别重要的优点如下所列出：
·与金属管道相比重量大为降低。
·针对钢管道而言降低了三分之一。
·成本等显著降低。
·由于腐蚀或沉积问题的消除使操作安全性得以加强。
·防爆。
·能承受外部机械冲击和由于所谓的“水击”作用而产生的内部机械冲击。
·与金属管道相比安装工作更加低廉、简便。
·利用能将材料缠在滚筒上这一特点，使其更易运输。
·由于对冲击不敏感，使运输更安全。
·在安装和装配过程中不需焊接、加热等。
·不存在结霜或结冰破坏的危险，而且融化时不会产生材料问题。
·可方便地安装喷嘴。
·不需与热管道和冷管道隔离。
·至少30年的工作寿命。
现在将参照附图对本发明进行更详细的说明，其中图1是本发明的管道系统中管道材料的一个实施方案的透视图；而图2是管道的剖面图，示出了用于管道安装中的连接装置。
图1示出了一个实施方案的管道节段或管道段10的一部分，其中橡胶和加强材料都包括在独立的层中，管道段10因而包括由一种与管道中所运输液体相适应的材料制成的内橡胶层11。内橡胶层11由一个第一加强层12所包围，在图示情况中：即为编织而成的丝网，丝网上的丝沿两个丝方向上都有一个约54°的卷绕角。第一加强层12由一个中间橡胶层13所包围，中间橡胶层13的厚度通常要大于内橡胶层11的厚度。中间橡胶层13由一个第二加强层14所包围。尽管在所示实施方案的情况中，第二加强层与第一加强层12相同，但它也可与第一加强层不同而这仍然处于本发明的构思范围之内，而且该第二加强层可由不同于第一加强层12的材料构成。第二加强层14由一个最外橡胶层15所包围，最外橡胶层15与中间橡胶层13相类似、由与管道系统用户要求相适应的橡胶材料和橡胶类材料构成，例如对于射流燃烧而言具有很高的耐火能力和高温绝热量。
图2是包括一单独橡胶层11的管道段10的剖面图，两个加强层12、14加入橡胶层11中。管道10包括一个孔，用于安放属于连接装置18的套管17。除了套管17之外，装置18还包括一个上部半圆形卡规19，卡规19具有一个外伸部分20，外伸部分20上有一个通孔21，套管17贯穿其中。套管17利用与外伸部分20相配合的凸缘22来防止从卡规19上滑脱。在所示的情况中，凸缘22为螺母的形式，装置18还包括一个下部第二卡规23，它可利用连接器24与上卡规19连接在一起，连接器24可由螺母和螺栓或另外的卡合锁定装置构成。套管17的底部17A的外表面上有一个套25，当装置18通过卡规19和23及连接器24安装于管道10上时，套25密封地顶靠在孔16的壁26上。

Claims (9)

1．一种耐蚀耐火管道系统，它适用于海上工业中的洒水灭火系统等、军用和民用的海上舰船中的洒水灭火系统，并且常用作公用建筑和工业建筑中的洒水灭火系统，其特征在于，该管道系统包括刚性可冷加工的管道段(10)，管道段(10)具有一个或多个管状橡胶层(11、13、15)和包围或环绕着其中一个或多个所述管状橡胶层(11、13、15)的加强层(12、14)，其中所述加强层由经卷绕、编织或用某种方法加工以便相互交叉的丝线或带组成，并且其中每根丝线或带与管道段(10)的纵轴线构成一卷绕角或盘旋角，它赋予所述加强的管状橡胶层(11、13、15)以及当使用时以多路连接方式将一个管道段(10)与另一个管道段连接的分支接头(18)尽可能最大的强度。
2．权利要求1的耐蚀耐火管道系统，其特征在于加强材料(12,14)封装于一个或多个橡胶层(11、13、15)中。
3．权利要求1的耐蚀耐火管道系统，其特征在于加强材料(12,14)为位于所述橡胶层(11、13、15)之间的一个或多个独立的层。
4．权利要求1-3的耐蚀耐火管道系统，其特征在于加强材料由金属丝或碳纤维基的复合材料丝构成。
5．权利要求1-4的耐蚀耐火管道系统，其特征在于至少一个外橡胶层(13、15)由具有与管道材料的具体应用场合相适应的性能的橡胶材料或橡胶类材料构成。
6．权利要求1-5的耐蚀耐火管道系统，其特征在于具有环绕着内橡胶层(11)且与其接触的带孔外套，其中所述带孔外套可由所述加强层中的其中一个加强层(12)构成或者可为单独的一层，并且其中所述孔具有一个最小的横截面积以便为所述管道段(10)中的受压液体提供喷嘴作用，并使管道材料即使在极高通量密度下也具有自密封性能。
7．一种在权利要求1-6所述管道系统中用以将一个管道段(10)与另一个管道段连接的分支接头(18)，其特征在于所述分支接头包括：一个金属或塑料套管(17)，一个安装于所述套管(17)外侧的凸缘(12)，一个第一半圆形卡规(19)、该第一半圆形卡规(19)具有一个套管安放孔(21)和用于支承凸缘(22)的外伸部分(20)，还包括一个相对的第二半圆形卡规(23)，其中所述第一和第二卡规(19,23)通过适当的连接装置(24)一起构成一个环绕着管道段(10)的环形接头，以便当安装所述套管时将套管(17)密封地固定于管道段(10)中所设置的孔(16)中。
8．权利要求7的分支接头，其特征在于套管(17)在其外表面上凸缘(22)的下方包括一个密封套(25)。
9．权利要求7或8的分支接头，其特征在于凸缘(22)为旋拧于所述套管上的螺母形式，利用它使得凸缘在所述套管(17)上的位置可以进行调整并防止所述套管(17)转动。
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