CN1299043C - 用于绝热管形体的系统 - Google Patents

Abstract

一种管形体的绝热系统，它包括至少两个真空板(4，4’)，每个真空板基本上由真空外壳形成，而真空外壳形成有阻挡薄片，在外壳内具有无机的或者聚合的、不连续的或者多孔的填充材料。每个所述真空板(4，4’)自己卷成这样的程度：平行于旋转轴线的两个相对边缘(5，5’)相互并排地布置。所述卷起的真空板(4，4’)布置成共轴线，其中真空板(4)的所述边缘(5)相对于另一个真空板(4’)的边缘(5’)交错。

Description

用于绝热管形体的系统

技术领域

本发明涉及一种用于绝热管形体例如用来输送冷流体或者热流体的管子的系统。

背景技术

人们知道许多种绝热系统。尤其公知的是，为了形成任何形状主体的保温套，因此可以提供具有双外壁的这种主体，而在双外壁之间的间隙中可以放置导热性较小的材料如矿棉、玻璃棉或者聚氨基甲酸酯。

但是，这些材料的绝热性能不是很高，并且，在一些情况下，需要使用较大的厚度来保持该主体的内部温度不变。例如，在用来输送原油的海下管子的情况下，这些管子通常由两个共轴线的不锈钢管子形成，其中油在内管中流动，而外管起着保护作用。为了能够长距离地输送油，同时避免使它的粘性增大，因此一定得把油的抽送温度保持在大约60度到90度，因此在两个管子之间的间隙中一定得插入大量的绝热材料。这就需要使用尺寸大小较大的外管，因此管子的整体体积和重量明显增大了，因为外管所需要的钢的量作为它直径的函数而大大地增大了。此外，生产这种管子的费用相应地增大了。

另一方面，共轴线的管子之间的间隙可以被排空，从而利用真空的较小导热性来实现管子的绝热。但是，在这种情况下，管子的形成变得很复杂，并且需要在相同的间隙内放置可以吸收气体的吸气材料，该吸气材料在这个时间期间可以从形成这两个管子的钢中除去气体。

其它公知的真空绝热板由外壳形成，在该外壳内具有处于真空下的填充材料。该外壳用来防止(或者最高程度地减少)大气进入到板中，从而把真空度大小保持成与该设备所需要的绝热程度相适应。在这点上，外壳由所谓的“阻挡”薄片形成，这种阻挡薄片的特征在于能够最高程度地减少气体的渗透性，这种阻挡薄片可以由一个零件形成，但是在多数情况下由多层的不同元件形成。在多层的情况下，这些元件层中的一层产生“阻挡”效果，而其它层在通常情况下具有机械地支撑和保护阻挡层的功能。相反，填充材料主要具有这样的功能：当在板内形成真空时，使外壳的这些相对表面保持隔开，并且一定得具有多孔或者不均匀的内部结构，因此这些孔或者空间可以被排空从而实现绝热功能。该材料可以是无机的如硅石粉末、玻璃纤维、气凝胶、硅藻土等；或者可以是聚合体的如聚氨基甲酸酯或者聚苯乙烯刚性泡沫(这两者都呈板和粉末的形状)。

由于它们的导热性极小，因此非常薄的真空板足以实现油导管的有效绝热。因此，可以减少这些导管的间隙的内部尺寸大小，因此克服了上述的问题。

例如，PCTNo.WO01/38779描述了一种真空绝热板，该绝热板呈管形并且适合放置在用来输送油的海下导管的周围上。

但是，这些板的第一个不方便之处在于它们的外壳易碎，该外壳容易断裂并且因此使得气体进入到板中。这种气体的进入显然会危害板的绝热性能，并且在海下管线的情况下，它能产生无法挽回的损害，因为不能有效地更换损坏的板子。

真空板的另一个缺点是，它们对管形体不能提供足够的绝热。事实上，它们通常具有平面形状并且一定得弯曲成使两个相对的边缘并排地布置，以使它们适合于油导管的内部间隙的管形形状。

但是，以这种方式进行弯曲的真空板不能完全地使管子的内管进行绝热，尤其与被留出的这些边缘相对应的区域的绝热性变得较差。在那个区域中，尤其可以使内管冷却，因此也可以使在内管内进行流动的油变冷，因此在管子内增大和产生了局部堵塞。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种管形体的绝热系统，该绝热系统没有这些缺点。所述的目的通过一种绝缘系统来实现，该绝热系统的主要特征具体描述在第一个权利要求中，其它特征具体描述在其后的权利要求中。

本发明的绝热系统容易构造并且包括至少两个薄的真空板，这些真空板相互叠置和设置从而使管形体完全绝热，其中绝热系统的至少一个真空板具有聚合材料作为填充材料，而至少另一个板使用惰性材料的粉末作为填充材料，该粉末的平均颗粒尺寸最好小于100×10^-9米，并且最好为大约2×10^-9米到20×10^-9米之间。由于具有不同特性的两种填充材料进行结合，因此根据本发明实施例的绝热系统特别适合于给这样的管形体例进行绝热：该管形体的温度与周围环境的温度极不相同，例如一种管道，其中油在该管道中以咬底温度进行流动，该管道陷入到海深度的水中。

与具有聚合填充材料的那些板相比，具有所述惰性粉末的这些板实际上能更好地承受高温，因此可以保护具有聚合填充材料的那些板，如果具有聚合填充材料的那些板长时间地露出到高温中，那么它们的绝热特性以不可预测的方式进行改变，具有明显的老化现象。

此外，以惰性粉末为基础的这些板的绝热特性在断裂的情况下改变较小。事实上，具有惰性粉末的这些板的导热性在空气进入时只是稍稍改变，因此在内部压力达到几十毫巴时导热性保持小于大约8毫瓦/米·开尔文(mW/m·K)，并且在内部压力达到1bar的情况下导热性达到大约20毫瓦/米·开尔文的最大值。相反，在以聚合泡沫为基础的板中，当内部压力大约为1bar时导热性从大约10毫瓦/米·开尔文很快地升高，在大气压力下达到大约35毫瓦/米·开尔文。为此，对于第一板而言，需要使用具有铝箔的外壳，对于第二板而言，可以使用具有更大阻力的多层塑料外壳。

附图说明

参照附图，在阅读实施例的下面详细描述时，本发明的绝热系统的其它优点和特征对于本领域普通技术人员来讲是显而易见的，在这些附图中：

图1示出了双壁导管的横剖视图，在双壁导管之间的间隙中插入本发明所述实施例的绝热系统；及

图2示出了图1中的导管的纵向剖视图。

具体实施方式

参照图1，它示出了一种管子，其中本发明的绝热系统安装在该管子中，该管子由内管1和外管2以公知方式形成，其中外管2与内管1共轴线并且具有这样的直径，以致在所述管子之间存在间隙3。要绝热的流体例如油在管子1内进行流动。管子1和2可以由任何合适的材料形成，例如在用来输送油的海下管子的情况下它由不锈钢形成。

在间隙3内设置着两个真空板4和4′，每个真空板被卷起，从而并排地布置它的两个相对边缘5和5′，这两个相对边缘平行于旋转轴线。相对于旋转轴线是垂直的其它两个边缘因此形成了卷起的板4和4′的端边缘6和6′。在这种方法中，真空板4和4′采用管形装置并且配以间隙的管状形态。在这种情况下，所述相对边缘5和5′相互可以借助任何公知方法来进行密封，例如借助热封装的方法来进行密封。

两个这样卷起来的板4和4′以这样的方式相互地插入，以致板4的边缘5相对于板4′的边缘5′被错开，并且最好布置在这样的位置上：该位置相对于所述边缘5′沿着直径相对。

根据本发明的优选实施例，卷起的板4的端边缘6相对于卷起的板4′的端边缘6′被错开，如图2所示。

这种错开布置可以得到基本上是均匀的绝热，因为由于存在其它的板而防止在外部环境与要绝热的主体之间产生热道，而该热道通过板边缘的绝热较差的区域发生。此外，如果在构造管子期间或者在形成管子之后两个板中一个板断裂了，那么借助另一个板的存在来确保热量保持性能。

绝热系统还可以包括两个以上的板，例如可以具有三个或者四个板。所述的这些板可以全部是相同的或者可以是不相同的，尤其地，它们可以包括传统外壳，例如该传统外壳具有许多层并且由无机填充材料或者聚合填充材料、不连续或者多孔的填充材料形成。

根据本发明的优选实施例，真空板(evacuated panel)有两种：至少一种板包括聚合填充材料，例如聚氨酯填充材料，而至少另一种板使用隋性粉末作为填充材料，该惰性粉末的平均颗粒尺寸小于100×10^-9米并且最好为大约2×10^-9米到20×10^-9米之间。所述粉末最好是硅石。具有理想尺寸特性的硅石可以通过下面方法来得到：从硅酸盐的碱性溶液中析出；例如英国Microtherm国际有限公司Englishcompany Microtherm International Ltd生产并且出售名称为Mircrotherm G、Microtherm Super G或者Waterproof MicrothermSuper G的这种硅石。另一方面，可以使用氧化硅，该氧化硅是一种借助下面方法来得到的硅石形式：根据下面反应，在特殊的室内使SiCl₄与氧进行燃烧：

在这个反应中所得到的硅石呈颗粒形状，这种颗粒的尺寸为几个10^-9米到几十个10^-9米之间，这些颗粒可以结合起来以形成具有较大尺寸大小的颗粒。例如美国公司CABOT Corp(这个公司生产的氧化硅被称为Nanogel®)或者德国公司Wacker GmbH生产并且出售的氧化硅。

硅石可以与矿物纤维相混合，例如与玻璃纤维相混合，因此它容易被固化，从而制成了块体，这些块体的厚度刚好为几个毫米，这些块体可以被包封、排空，并且随后可以相对容易地卷起来。

由于这种惰性材料通常能够很好地承受高温，因此具有它们的板布置成与具有最高温度的、周围环境和要绝热的主体中的一个相接触。因此在用来输送油的导管的情况下，这些板最好布置成直接与内管1相接触，从而防止具有聚合填充材料的板由于长时间地暴露于在内管1内进行流动的高温原油中而可能受到损坏。在图1的情况下，板4最好包括惰性填充材料，而板4′是以聚合填充材料为基础的。

即使本发明涉及用来输送油的管道的绝热，但是本发明的绝热系统可以用来给具有管形形状的任何其它主体进行绝热，例如给锅炉或者用来输送低温流体如液态氮或者氧的管子进行绝热。

Claims (7)

1.一种用于管形体的绝热系统，它包括至少两个真空板(4，4′)，每个真空板基本上由真空外壳形成，而真空外壳由阻挡薄片制成，在外壳内具有无机或者聚合的、不连续的或者多孔的填充材料，并且每个所述真空板(4，4′)自己卷成这样的程度：平行于旋转轴线的两个相对边缘(5，5′)被放在一边，而垂直于旋转轴线的另两个边缘形成了卷起的真空板的端边缘(6，6′)，所述卷起的真空板(4，4′)布置成共轴线，其中真空板(4)的边缘(5)相对于另一个真空板(4′)的边缘(5′)交错，其特征在于，至少一个所述真空板包括聚合填充材料，而至少另一个真空板使用惰性材料的粉末作为填充材料，其中该粉末的平均颗粒尺寸小于100×10^-9米。

2.如权利要求1所述的绝热系统，其特征在于，所述聚合填充材料是聚氨基甲酸酯。

3.如权利要求1所述的绝热系统，其特征在于，所述惰性材料的粉末的平均颗粒尺寸为2×10^-9到20×10^-9米之间。

4.如权利要求3所述的绝热系统，其特征在于，惰性材料的粉末与矿物纤维相混合。

5.如权利要求4所述的绝热系统，其特征在于，所述矿物纤维是玻璃纤维。

6.如权利要求4所述的绝热系统，其特征在于，惰性材料是硅石。

7.如权利要求6所述的绝热系统，其特征在于，硅石是氧化硅。

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