HU183563B - High-pressure hose suitable for carrying gases and gas-containing fluids - Google Patents

Description

A találmány tárgya gázok és gáztartalmú folyadékok szállítására alkalmas nagynyomású, több réteget tartalmazó, főként 50 mm-nél nagyobb átmérőjű tömlő.

Ismeretes, hogy a technika fejlődése egyre újabb igényeket támaszt a műszaki termékekkel szemben, így például a tengeri olajbányászat kialakulása magával hozta a kitermelt nyersolaj szállítására alkalmas flexibilis tömlők iránti igényt. (A tömlőben a föld mélyéről feljövő anyag, tehát a nyersolaj, a földgáz, víz és egyéb agresszív anyagok, mint H₂S áramlanak.) Ezeknek a tömlőknek rendkívül összetett tulajdonságokkal kell rendelkezniük, mert az említett anyagok belülről támadják, 100 atmoszférás vagy még nagyobb nyomáson és a kút termelési hőmérsékletén. Ugyanakkor a tömlő kívülről ki van téve a tengervíz hatásának, el kell viselnie a hullámzást és a tenger mélységének megfelelő vízoszlopnyomást. Ezenkívül további problémát jelent, hogy minden egyes kút egyedi eset (más és más külső és belső igénybevételeket teremtve) és így általánosítani, azaz szabványosítani nem lehet a tömlő kívánt tulajdonságait illetően.

Az olajbányászatnál, különösen az „off-shore” bányászatnál a merev csőrendszer mellett flexibilis vezetékeket is használnak. A gázmentes olaj szállítására már számos flexibilis csőmegoldás született. Ezen tömlők nagy nyomásbírásúak és különleges esetekben nagy axiális húzóerőnek, illetve radiális nyomóerőnek (külső nyomás) állnak ellen. A felsorolt igénybevételekkel szembeni ellenállást általában két fő típusú erősítőbetét-rendszerrel biztosítják. Az egyik betét rendszer páros számú betétekből áll, amelyekben szög alatt nagy menetemelkedésű spirálisan ellentétes irányban felvezetett acélhuzalok, profilhuzalok, vagy sodronyok helyezkednek el. A radiális erőkkel szembeni ellenállást (tengerfenékre fektetett tömlőknél) kis menetemelkedésű, spirálisan feltekert huzalokból, kapcsolódó vagy egymáshoz nem kapcsolódó acélprofílszalagokból vagy üveg-gyanta társított rendszerekből kialakított egy vagy több betét növeli. Az axiális húzóerővel szembeni ellenállást a fenti két betétrendszer együttdolgozása adja. Az egyes vázerősítő betétek elválasztására, illetve beágyazására a legtöbb esetben gumi vagy műanyag réteget alkalmaznak. A tömlő tömítőképességét műanyagból vagy gumiból készült lélek biztosítja, amely ellenáll a szállítandó közeg agresszív hatásának és amelynek hőállósága magasabb, mint a közeg hőmérséklete. Ezen kívül a tömlő külső gumi vagy műanyag borítóréteggel rendelkezik, amely az erősítőbetéteket védi a külső közeg korrodeáló hatásával (levegő, víz, tengervíz) szemben. Ilyen megoldásokat ismertet a 2 210 266 sz. és 1 417 960 sz. francia szabadalmi leírás, valamint a 169 115 és 172 426 sz. magyar szabadalmi leírás.

A fent ismertetett tömlők alkalmasak ugyan gázmentesített olaj szállítására, de — amint azt a gyakorlat bizonyította — nem váltak be gázt tartalmazó közeg szállítására. Ennek oka, hogy a műanyagból vagy műkaucsukból készített tömítést biztosító lélek rétegeken keresztül a szállítandó gáz átdiffundál és behatol a tömlő szerkezeti elemei közé és azokat szétfeszítve meghibásodást, hólyagosodást idéz elő. Ilyen jelenség a külső műanyag vagy műkaucsuk borítóréteg felpúpusodása, valamint a szállítandó közeg belső nyomásának megszűnése esetén a belső lélek felhólyagosodása.

.2

A bediffundáló gáz károsító hatásának megszüntetésére több megoldás született. így például a borítóréteg felpúposodásának megakadályozására ezt a réteget több helyen átszurkálják, hogy az alatta felgyülemlő gáz távozni tudjon. Ilyen megoldást ír le a 2 286 331 sz. francia szabadalmi leírás. Ennek a megoldásnak hátránya azonban, hogy a perforált lyukakon a külső közeg (nedvesség, tengervíz) be tud hatolni az acélból készült betétekig és korróziót okoz. Más megoldás szerint a gáz diffúziójának útját a tömlő falában elhelyezkedő egyes műanyag vagy gumirétegeken keresztül úgy kívánják biztosítani, hogy a lélektől kifelé helyezkedő egyes polimer rétegek gáz permeabilitását fokozatosan növelik. Ilyen megoldást javasol a 4 120 324 sz. Amerikai Egyesült Államok-beli szabadalmi leírás. A fenti megoldás hátránya egyrészt az, hogy a gyakorlatban a permeabilitási gradiens beállítása nagyon nehéz, mivel a szállított közegnek ellenálló alapanyagok választéka nagyon kicsi, másrészt az, hogy a szállított anyag általában magasabb hőmérsékletű, mint a környezet, azaz a tömlőben belülről kifelé csökkenő hőmérséklet gradiens áll be és közismert, hogy a gáz diffúzió sebessége a hőmérséklet növekedésével nagymértékben növekszik.

További megoldást tartalmaz az 569 909 sz. Svájci, 331 593 sz. osztrák és 1 409 096 sz. brit szabadalmi leírás, melyek szerint a gázdiffúziót a tömlő belső rétegeként elhelyezett hullámosfalú acélcső gátolja. A megoldás hátránya, hogy az előállítási eljárás technológiailag nehezen kivitelezhető, valamint, hogy a hullámos belső felület nagymértékben növeli a szállított közeg áramlási ellenállását.

A találmány szerinti megoldás célkitűzése olyan tömlő kidolgozása, mely az előzőekben részletezett hátrányokkal nem rendelkezik. A technika állásából ismert megoldások hátrányainak felismerése oda vezetett, hogy kielégítő megoldást csak akkor lehet kapni, ha az eddig ismert módszereken túl újabb megoldásokat találunk. Ez az új megoldás egy kettős biztosítási rendszer, ahol a gumiból, vagy gumi és műanyag kombinációjából, belső és külső nyomásnak és axiális húzóerőnek ellenálló erősítőbetétekkel készített tömlő falában egy vagy több gázelvezető réteget alakítunk ki, ahol a bediffundált gáz összegyűlhet és a kialakított szellőztető helyeken el tud távozni. így a gázvezető réteg vagy rétegek felett levő tömlőfalba számottevő gáz nem tud bediffundálni és a hólyagosodást az ismert megoldások esetében előidéző gáznyomás nem tud kialakulni. A tömlőben a gázvezető réteg lehet maga a gázvezetővé tett erősítő sodrony szerkezete, illetőleg külön behelyezett réteg vagy rétegek. Külön réteg(ek) beépítésére akkor kerül sor, ha a lélek és a sodrony erősítés között olyan vastag a tömlő test, hogy az elválás veszélye ezen a vastag falon belül még igen nagy. Ilyenkor kell a tömlőfalba a sodrony alatti rétegekbe még egy vagy több közbenső gázvezető réteget beépíteni. A sodrony úgy tehető gázvezetővé, hogy a vulkanizálási körülmények megválasztása révén a sodronyt körülvevő ágyazógumit nem engedjük behatolni a sodrony szerkezet belsejébe, azaz a sodronyt alkotó huzalok közötti térbe. Ezáltal a sodrony belsejében levő üreg képes összegyűjteni és, vezetni a gázt.

A tömlőszerkezetbe külön beépített gázvezetőréteg kialakítható textilkordból, vagy szövetbetétekből. A

183 563 textilréteg nem tömör, hanem laza szerkezetű, hézagos és így ezek a betétek gázgyűjtő és gázvezető réteget alkotnak. A hézagos (gázáteresztő) réteg biztosítása érdekében a textiliát célszerű gumizás nélkül, vagy csak felületileg gumizva beépíteni. Ennek a rétegnek a beépítése úgynevezett „cső a csőben” szerkezetet eredményez, ami azt jelenti, hogy a felépített, kész tömlő lényegében tapadással egymáshoz nem rögzített, két egymásra szorosan felépített tömlőből áll.

A gázvezető réteg acélkordból is készülhet, melynek belső hézagait a körülvevő ágyazógumi nem tölti ki és így az gázvezető lesz. Acélkord alkalmazása esetén nem alakul ki a „cső a csőben” szerkezet, mert az acélkord a környező gumiréteghez lényegében tapadással kötődik.

Ezekkel a gázvezető rétegekkel tehát megoldható, hogy a lömlőtestbe bediffundált gázok elősorban az említett réteg(ek)ben gyűljenek össze és a gázvezető réteg mentén áramolni tudjanak. Ezekből a rétegekből a gáz kivezetése a csatlakozóba beépített egy vagy több pipáló szelepen vagy a tömlőhossz mentén kialakított egy vagy több csatornában történik. Ilyen csatornákat például a tömlő egyes rétegein keresztülhaladó, ferdén behelyezett laza szerkezetű (gázvezetésre alkalmas) kordokkal vagy szövetekkel lehet kialakítani, amelyek a gázvezető réteget összekötik a tömlő külső felületével.

A gázelvezető rétegtől kifelé tehát a találmány szerinti megoldással a gázelvezetést meg lehet oldani, de még mindig fennáll a gázelvezető réteg alatti rész felhólyagosodásának veszélye. Ennek megoldására úgynevezett belső kitámasztó réteget alkalmazunk.

A tőmlőszerkezet belső kitámasztásához egy, a tömlő lélek belső átmérőjével azonos külső átmérőjű hajlékony csövet, előnyösen fém gégecsövet lehet használni. Ennek a gégecsőnek nem kell szigetelt profilúnak lennie, mert a tömlő tömítőképességét a felette lévő lélek réteg biztosítja, kémiailag azonban ellen kell állnia a szállítandó közegnek. A gégecső szilárdsága olyan, hogy a tömlőtest belsejében fellépő és befelé ható hólyagképző erőknek ellen tudjon állni. így a tömlőtest belső része a gégecső és az acélsodronyok közé — mint két hajlékony páncél közé — van szorítva, így ezeken a területeken sem léphet fel a tömlő tönkremenetelét okozó hólyagosodás. Ezenkívül a gégecsőnek szerepe van a tömlő tengelyirányú vagy külső nyomás által előidézett radiális irányú terhelhetőségében is. Mindkét igénybevétel az erősítő betétek átmérőjének csökkenését idézi elő, ami tönkreteszi a tömlőt. A belső alátámasztó hajlékony cső (gégecső) szilárdságánál fogva bizonyos határig ellen tud állni a fő erősítő betétek nyomásának és meg tudja gátolni azok átmérőjének csökkenését. Amennyiben az összeroppantó erők nagysága meghaladja a hajlékony acélcső szilárdságát, úgy a tömlő falában a fő erősítő betétek alá külön, a radiális erőknek ellenálló kis menetemelkedésű spirálbetétet kell elhelyezni. Ez készülhet acélhuzalból, vagy epoxigyantával átitatott üvegszálból.

A találmány szerinti megoldás gyakorlati alkalmazását a jobb érthetőség kedvéért a rajzok kapcsán mutatjuk be közelebbről.

Az 1. ábra szerinti kiviteli alak megkülönböztető jellemzője, hogy a tömlő falába diffundáló gázok elvezetésére maguk az 5 fő erősítő betétek szolgálnak.

Az 1. ábrán mutatott, belső nyomásnak ellenálló tömlő szerkezeti elemeinek feladata a következő:

A tömlő belsejében a fémből vagy műanyagból·készült hajlékony cső, az ábra esetében az 1 belső hajlé5 kony gégecső helyezkedik el. Kialakítása többféle lehet, lényeges azonban, hogy külső nyomással szemben megfelelő szilárdsággal rendelkezzen. Az ábrán profilszalagból tekercseléssel előállított 1 hajlékony csövet láthatunk. Az 1 belső hajlékony gégecső fela10 data annak megakadályozása, hogy a tömlő falába diffundált gázok a belső térben bekövetkező nyomáscsökkenésnél a tömlő falában hólyagot képezzenek. Ezenkívül szerepe van a tömlő tengelyirányú terhelhetőségében is. Ha a tömlőt tengelyirányban belső nyo15 más nélkül meghúzzák, az 5 erősítőbetétek átmérője csökken és a tömlő tönkremegy. Az 1 belső hajlékony gégecső az 5 fő erősítőbetétek átmérőcsökkenését egy bizonyos határig megakadályozza.

A 3 lélek feladata a gáz és folyadék záróképesség ²⁰ biztosítása. Alacsony gázáteresztőképességű, a szállított közeg kémiai hatásának ellenálló hajlékony plasztomerből vagy elasztomerből készül. Mivel a 3 lélek két kisnyúlású réteg (1 és 5) között helyezkedik el, lényeges, hogy térfogata duzzadás következtében ne változzon meg.

Nagyobb értékű, 10%-ot meghaladó duzzadás esetén ugyanis összeroppanthatja az 1 hajlékony gégecsövet.

A 2 szövetréteg megakadályozza, hogy a 3 lélek a ³⁰ gyártás során felmelegedésnél az 1 belső hajlékony gégecső hézagaiba befolyjon és így annak hajlékonyságát kedvezőtlenül befolyásolja.

A gumiból készült 4 ágyazó rétegek elválasztják egymástól az 5 erősítőbetéteket, annak érdekében, 35 hogy hajtogatás során azok ne koptassák egymást. Az 5 erősítőbetétek azért használhatók fel a gáz vezetésére, mert sodronyszerkezettel készülnek és ennek teljes keresztmetszete a 4 ágyazóréteg anyagával az alkalmazott vulkanizálási nyomáson tömören nem tölthető ki.

Az 5 fő erősítőbetétek rendszerint acélból készült sodronykötelek, amelyek a tömlő szilárdságát biztosítják belső nyomásból adódó terhelés ellen.

A 6 szövetváz és a 7 gumi fedlap feladata a tömlő 45 védelme, külső igénybevételek ellen.

A 2. ábra példaként 8 csatlakozóelemmel és 9 csavarmenet alakú kúpos hüvellyel ellátott tömlőt szemleltet, ahol az 5 fő erősítőbetétek és a 8 csatlakozóelem közötti kötést a 10 ragasztóréteg biztosítja.

Azonban a megoldás nem korlátozódik erre a csatlakozó típusra.

A 3 lélek a lehető legjobb gázzárképességű hajlékony anyagból készül, bizonyos mennyiségű gáz azonban minden anyagon áthatol. Az ily módon át55 diffundáló gáz az 5 fő erősítőbetétek hézagain át, például a 8 csatlakozókban kialakított, gázgyűjtő réteget tartalmazó 11 kamrába vezethető. A 11 kamra gázgyűjtő rétege pl. nyers szövetből vagy gumizatlan acélkordból alakítható ki. Ebből a térből a gáz a 12 visszacsapó szelepen keresztül tud távozni. A 12 visszacsapó szelep legegyszerűbb kialakítása a külső kerület mentén végigfutó „0” gyűrű alkalmazásával ériiető el.

A 3. ábrán egy másik kiviteli alakot mutatunk, mely belső nyomásnak és axiális húzóerőnek ellenálló

183 563 tömlőre vonatkozik. A húzóerővel szembeni ellenállást a 14 spirál alakban, kis menetemelkedéssel felvezetett betétek, a belső nyomással szembeni ellenállást pedig az 5 fő erősítőbetétek biztosítják. A folyadékés gázzárást biztosító 3 lélek fölé kerül beépítésre a 13 gázvezető réteg. Ez nem gumizott, nyers szövetből vagy kordszövetből készül, amelynek szerkezete nem tömör, hanem hézagos és így gázgyűjtő és gázvezető réteget alkot. Ezen a szerkezeten keresztül a gáz áramlik a gázkivezető nyílás illetve az ezen az ábrán nem szemléltetett csatlakozó felé. Ennek a 13 gázvezető rétegnek a beépítése úgynevezett „cső a csőben” szerkezetet eredményez, lényegében véve tapadással egymáshoz nem rögzített, az 1 belső hajlékony gégecsőből és 3 lélekből álló alsó és a többi elemet magában foglaló felső, hajlékony cső alakul ki. A 13 gázvezető réteg acélkordból is készülhet, aminek belső hézagait a körülvevő ágyazógumi nem tölti ki és így alkalmas gázvezetésre. Ekkor viszont nem alakul ki a „cső a csőben” szerkezet, mert az acélkord tapadással köthető a környező gumirétegekhez.

A 4. ábra a 3. ábrán látható, tömlőszerkezetet példaként 8 csatlakozóval és 14 üveggyantaspirállal együtt szemlélteti. Ez esetben a csatlakozóba áramló gázok kivezetése a 12 visszacsapó szelepen keresztül történik, ami a külső közegek, például tengervíz behatolását megakadályozza. A gáz kivezetése előtt a 15 átfúrt fémgyűrűben kialakított 11 kamrában gyűlik össze.

Az 5. és 6. ábrán a találmány szerinti tömlőszerkezetek olyan kiviteli alakjai láthatók, amelyek akkor kerülnek alkalmazásra, amikor nem, vagy nemcsak a csatlakozón keresztül történik a gázkivezetés. Ilyenkor az 5 főerősítőbetét, illetve a 13 belső gázvezetőréteg és a tömlő felülete között olyan csatornákat létesítünk, amelyek az ezekben felgyülemlett gázokat ki tudják vezetni. Ezek lehetnek nem gumizott, laza szerkezetű textil kordccrnák vagy szövetek, illetve acélkordok, amelyek a tömlő egyes rétegein keresztül ferdén helyezkednek el. A külső közeg, pl. tengervíz behatolásának megakadályozásának céljából az epilített kordokat, illetve szöveteket célszerűen víztaszító anyaggal kell impregnálni.

Az 5. ábrán példaként 16 ferdén beépített szövet vagy kord az 5 főerősitő betéteket köti össze a tömlő felületével és vezeti ki az 5 főerősítő betétekben felgyülemlett gázokat.

Az 5 sodronyokban felgyülemlett gázokat a sodrony réteg fölé és közé helyezett 17 keskeny laza szerkezetű réteg gyűjti össze, majd innen a gázok távoznak a 16 ferdén beépített csatornákon keresztül. Ez a keskeny 17 palástgyűrű hasonlóképpen például gumizatlan szövetből alakítható ki. Kivezető csatornaként alkalmazhatók még olyan ferdén vezetett lyukak vagy rések és visszacsapó szelepek, melyeket a külső nyomás összezár, de a belülről fellépő gáznyomás kinyit. Az előzőekben ismertetett gázkívezető megoldások együtt vagy külön-külön alkalmazhatók.

A 6. ábrán a célszerűen kordból kialakított 16 ferde csatornák a 13 belső gázvezető réteget kötik össze a tömlő felületével.

Claims (9)

¹⁰ 1. Gázok és gáztartalmú folyadékok szállítására alkalmas, többrétegű tömlőszerkezet, azzal jellemezve, hogy egyéb, önmagában ismert rétegei mellett hajlékony csőből, célszerűen fém gégecsőből készült belső alátámasztó eleme (1), adott esetben a léleknek (3), a ¹⁵ hajlékony fémcsőből készült alátámasztó elembe (1) történő behatolását megakadályozó textilrétege (

2) és a tömlő tengelyével párhuzamos, egy vagy több hézagos, a gázt gyűjtő és vezető rétege (5, 13), adott esetben az összegyűjtött gázokat a csatlakozóba (8) ²⁰ és/vagy a tömlő felületére kivezető, a betéteken keresztül ferdén vezetett hézagos rétege(i) vagy csatornája© (16) és a csatlakozóban (8) és/vagy a tömlő felületén a gázok kivezetését lehetővé tevő nyílása© van(nak).

²⁵ 2. Az 1. igénypont szerinti tömíőszerkezet, azzal jellemezve, hogy a hajlékony fémcsőből készült belső alátámasztó elem (1) és az erősítőbetétek (5) között olyan tömítést biztosító lélek (3) van, amelynek duzzadása a tömlőben szállított anyag behatása következ³⁰ tében negatív, vagy legfeljebb 10%.

3. Az 1. és 2. igénypont szerinti tömlő kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy gázkivezetőnyílása visszacsapószelep-szerű kialakítással bír.

4. Az 1. és 2. igénypont szerinti tömlő kiviteli alak³⁵ ja, azzal jellemezve, hogy a gázkivezető réteg (13) a lelket (3) körkörösen burkoló gumizatlan textil.

5. Az 1. és 2. igénypont szerinti tömlő kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a gázkivezető réteg (13) a lelket (3) körkörösen burkoló acélkord.

⁴⁰

6. Az 1. és 2. igénypont szerinti tömlő kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fő erősítőbetét (5) képezi a gázkivezető réteget.

7. Az 1—6. igénypontok bármelyike szerinti tömlő kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fóerősítóbeté45 tek (5) fölött vagy fölött és között gumizatlan textil körgyűrű (17) van elhelyezve.

8. Az előző igénypontok bármelyike szerinti tömlő kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fő erősítő betéteket (5) vagy a külön beépített, egy vagy több gáz50 vezető réteget (13) gázok átvezetését biztosító anyag, célszerűen ferdén beépített szövet (16) köti össze a fedlapon (7) keresztül a tömlő külső felületével.

9. Az 1—7. igénypontok bármelyike szerinti tömlő kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fő erősítő be55 téteket (5) vagy a külön beépített, egy vagy több gázvezető réteget (13) a gázok átvezetését biztosító textil kordszálakból álló csatornák (16) kötik össze a fedlapon (7) keresztül a tömlő külső felületével.