NO844612L

NO844612L - Vakuumisolert roerledning

Info

Publication number: NO844612L
Application number: NO844612A
Authority: NO
Inventors: Jeffert John Nowobilski; Kenneth Calvin Kather
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1983-04-01
Filing date: 1984-11-20
Publication date: 1984-11-20
Also published as: FI844731A0; EP0123944A1; JPH033120B2; MX158379A; ES291537U; CA1210342A; BR8406495A; JPS60500968A; DE3468269D1; EP0123944B1; WO1984003929A1; FI844731L; ES291537Y; US4515397A

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt isolerte rørledninger og nærmere bestemt rørledninger isolert, i det minste delvis ved vakuum.

Isolerte rørledninger blir brukt i en bred variasjon av anvendelser for å transportere et fluid med en temperatur som avviker vesentlig fra omgivelsene slik at fluidet opprettholder i så stor grad som mulig de ønskede temperaturkarakteristikker under transport. Spesifikke eksempler på slike anvendelser er transport av væskedannede gasser og transport av smeltede faste stoffer.

En ofte brukt type av isolert rørledning er en hvor isolasjonen oppnås, i det minste delvis, ved vakuum.

Vanligvis innbefatter en slik rørledning konsentriske indre

og ytre rør hvor fluidet strømmer i det indre røret og rommet mellom rørene er evakuert for å tilveiebringe isolasjon fra omgivelsestilstanden. Kommersielle utførelser av slike dobbelt-veggede rørledninger anvender ofte strålingsbeskyttelse ved laminære flerlag mellom veggene.

For å sikre at rørledningen har den nødvendige aksielle fleksibilitet og også for å hjelpe i lettelse i oppbygning og hånd-tering av rørledningen, er koplinger anbragt med avstand ved omkring hver 9,14 m på fluidoverførende rørledning.

Slik koplinger er vitterlig opphav for termiske lekkasjer særlig for vakuumisolerte rørledninger hvor vakuumtap i forbindelsesområdet kan være alvorlige. Følgelig er det ofte nød-vendig å fabrikere slik koplinger med kostbare materialer og kompliserte fremgangsmåter for oppbygning, slik som i oppbygning av en bajonettkopling.

Følgelig er det et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret vakuumisolert rørledning.

Det er nok et formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe en forbedret vakuumisolert rørledning som utviser reduserte termiske lekkasjer over det"som oppvises av de til nå tilgjengelige vakuumisolerte rørledninger når vakuumet avtar.

Det er nok et formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe

en forbedret vakuumisolert rørledning med et endeområde som kan på lett måte forbindes til et likt endeområde for å danne en forbindelse med gode termiske motstandskarakteristikker.

Det er et ytterligere formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe en forbedret vakuumisolert rørledning som kan fabri-keres fra relativt ukostbare materialer.

Det er et annet formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe en forbedret vakuumisolert rørledning som krever relativt.

lite arbeide å fremstille i forhold til de til nå tilgjengelige rørledninger.

De ovenfor nevnte og andre formål som vil komme frem for fagmannen ved å lese denne beskrivelse nås ved: En rørledning med redusert termisk lekkasje ved et forbindelsesområde innbefattende:

(A) Et første rør med en ende av denne,

(B) Et andre rør med en diameter større enn det av det første

røret, posisjonert langs omkretsen rundt og aksielt langs det

første røret, og avslutter ved et punkt like ved nevnte første førende for å definere en aksiell avstand fra punktet til nevnte første rørende,

(C) Belger, festet til en aksiell ende av denne til nevnte første rør, med en diameter større enn den på nevnte første

rør, men mindre enn den på nevnte andre rør, posisjonert langs omkretsen rundt og aksielt langs nevnte første rør, langs i det minste en del av nevnte aksielle avstand, og

(D) En plate med en fast radiell dimensjon fra den ytterste

radielle utstrekning av nevnte belg til nevnte andre rør,

i hovedsak normalt til nevnte rør og som forbinder nevnte belg, ved den andre aksielle enden av denne, med nevnte andre rør.

Uttrykket "vakuum" som er brukt her anvendes for å definere

et volum med et trykk mindre enn atmosfæretrykket.

Utrykket "belg" brukt her anvendes for å bety en metallsyl-inder hvilken har en tynn sammenrullet vegg som tillater sylinderen å bli forlenget eller sammentrykket langs dens akse.

Tegningene viser:

Fig. 1 er et utsnittet riss, delvis gjennomskåret, av den vakuumisolerte rørledningen av denne oppfinnelsen forbundet til nok en slik rørledning,

fig. 2 er et riss i tverrsnitt av en utførelse av den vakuumisolerte rørledning av denne oppfinnelse,

fig. 3 er et riss i tverrsnitt av nok en utførelse av den

vakuumisolerte rørledning av denne oppfinnelsen,

fig. 4 er en grafisk fremstilling av de termiske ytelseskarak-teristikker av den vakuumisolerte rørledning av denne oppfinnelsen og også av en konvensjonelt anvendt og kommersielt tilgjengelig vakuumisolert rørledning.

Denne oppfinnelsen er en isolert rørledning hvor isolasjon oppnås, i det minste delvist ved et vakuumrom mellom det trans-porterte fluid og den omgivende tilstand. Ved omgivende tilstand, er det ment en hver tilstand utenfor det ytre konsentriske rør, og ikke nødvendigvis atmosfæriske tilstander. Den vakuumisolerte rørledning av denne oppfinnelsen fremviser svært forbedret termisk motstand over det som nås ved konvensjonelle, kommersielt tilgjengelige vakuumisolerte rørledninger, særlig når vakuumet avtar. Denne forbedrede termiske motstand oppnås ved innretninger som innbefatter en ny endeområdekonfigurasjon av rørledningen som reduserer varmeoverføring rundt endeområdet når endeområdet forbindes til et annet slikt endeområde for å danne en rørledningskopling eller forbindelse. Den nye endeområdekonfigurasjonen bygges lett opp og kan på lett måte forbindes til et annet slikt endeområde for på hurtig måte og behendig danne en forbindelse. Endeområdekonfigurasjonen tillater også at det anvendes lite kostbar isolasjon, slik som vanligvis anvendes kun for atmosfæriske isolasjonsformål, for å tette det evakuerte område av forbindelsen. Videre tillater endeområdekonfigurasjonen at man oppnås forbedret isolasjon ved mindre grad av undertrykk som fører til ytterligere kost-nadsbesparelser .

Den vakuumisolerte rørledning av denne oppfinnelsen vil bli beskrevet i nærmere detalj med henvisning til tegningene.

Idet det nå vises til fig. 2, er det vist indre eller første rør 10, gjennom hvilke fluid transporteres, og ytre eller andre rør 14, langs omkretsen rundt og aksielt langs røret 10, men avslutter ved et punkt 51 like ved den første rørenden 52 for på den måten å definere en aksiell avstand fra 51 til 52. Belger 27 er plassert langs omkretsen rundt og aksielt langs den aksielle avstand mellom punktet 51 og enden 52 og forbundet til første rør 10 ved deres aksielle ende nærmere rør-enden 52 slik som ved en buttsveis ved 28. En sirkulær plate 22 er plassert i det vesentlige normalt til rørene og har en fast radiell størrelse fra den ytterste radielle utstrekning av belgen 27 som ved 24 til det andre røret 14. Platen 22 er forbundet til røret 14, som ved 23, og belgen 27 som ved 24.

Rommet mellom det første rlret 10 og det andre røret 14 er evakuert. Fortrinnsvis er rommet fyllt med isolasjon 12 som kan være åpne celler eller fibret isolasjon slik som ville vanligvis kun anvendes ved atmosfærisk trykk og ville normalt ikke blir ansett egnet for bruk i vakuumtypeisolasjon. Vakuumrommet kan være ved et hvert egnet trykk fra atmosfærisk til en mikron kvikksølv eller mindre. Imidlertid, som det vil bli vist klar- ere senere, er fordelene med rørledningen av denne oppfinnelsen mer fordelaktig oppnådd når rommet er ved et trykk fra 1 mikron mercury til atmosfærisk trykk, og fortrinnsvis fra 10 til 100 000 mikron kvikksølv. Vakuumrommet kan også inne-holde adsorberende stoff 34, slik som molekylarsikt av aktivert karbon eller lignende, som kan tjene som den primære eller supplementære innretning for å nå vakuum og kan tjene som en innretning for å opprettholde vakuum ved å absorbere gass som introduseres til rommet ved lekkasje eller utgassing fra mater-ialet.

Platen 22 og belgen 27 samvirker for skarpt å redusere den termiske lekkasje fra rørledningen fra området i nærheten av enden som ville tjene som en halvdel av en rørledningskopling. Platen 22 og belgen 27 virker for effektivt å redusere det evakuerte volum i nærheten av koplingen slik at en forringelse i vakuumet ikke har på langt nær så alvorlig innvirkning på varmeoverføringsmotstanden som den som ville oppstå med konvensjonelle vakuumisolerte rørledninger. Platen 22 og belgen 27 virker også for å redusere varmelekkasjen i forbindelsesområdet ved deres konfigurasjon som nødvendiggjør varmeoverføring å oppstå i hovedsak kun langs banen fra punktet hvor belgen 27 er festet til det første røret 10 ved 28 til punktet hvor platen 22 er forbundet til andre rør 14 ved 23, langs overflaten av platen 22 og belgen 27. F.eks. når væskeformig gass blir trans-portert gjennom det første røret 10, er dette røret ved en kald tilstand og røret 14 er i hovedsak ved omgivelsestempe-raturen. Konduktiv varmeoverføring til den kryogene væske kan oppstå i hovedsak kun fra punktet 23 langs platen 22 og den sammenrullede overflaten av belgen 27 til punktet 28 og gjennom røret 10 til væsken. Denne konduktive varmeoverføring er betraktelig hemmet ved konfigurasjonen av denne oppfinnelsen mens konvektiv varmeoverføring langs røret lengde er hemmet ved vakuum og isolasjon. Belgen 27 fungerer også til å skape aksiell fleksibilitet til rørledningen som er nødvendig når temperatur-differansen fra innsiden av røret 10 til utsiden av røret 14

er vesentlig.

For å forøke isolasjonskvalitetene av rørledningen av denne oppfinnelsen, er forbindelsesområdet fortrinnsvis tettet med isolasjon. Idet det igjen vises til fig. 2, okkuperer isolasjonen 29, som kan være støpt fiberglass, det evakuerte rom mellom belgen 27 og røret 10 for således å forhindre radiell varmeoverføring. En matteomhylling 26, som kan være av fiberglass eller lignende, omgir belgen 27 for å forhindre konvektiv varmeoverføring til eller fra belgområdet og langs lengden av blegen. Forbindelsesområdet er omgitt av isolasjonsdeler 16 og 17 som ér fortrinnsvis fast uretanskum med lukkede celler. En isolasjonskrave 25, fortrinnsvis tilvirket av støpt, flek-sibelt skum med lukkede celler, er fortrinnsvis adhesivfor-bundet til platen 22 og plassert mellom platen 22 og isolasjonen 17 for å tilveiebringe aksiell fleksibilitet. Alternativt kunne matteomhyllingen 26 bli viklet i lag for å oppta hele rommet som opptas av isolasjonsdelen 16 og 17. Dette arrange-ment er fordelaktig når oksygen i væskeform er fluidet som transporteres for å unngå materielle forenlighetsproblemer. Hylsen 18, som fortrinnsvis er lagt av aluminium, omslutter forbindelsesområdet og er sikret til røret 14 ved fleksible vannugjennomtrengelig tetning 21 som er elastomer og holdes på plass ved kompresjonsband 19 og 20. Fig. 2 viser en fore-trukket utførelse hvor enden av røret 10 er forsynt med flens-er 30 som letter å forbinde enden med en annen slik ende for å danne en forbindelse. Alternativt kunne rørenden bli sveiset til en annen slik ende.

Fiberglass er den foretrukne isolasjon for isolasjon mellom rørene. Andre egnede typer av isolasjon innbefatter fenolsk skum og perlitt.

Det ytre rør 14 er fortrinnsvis bygd opp av aluminium som har adekvat styrke og ikke er kostbart. Andre egnede materialer for det ytre rør 14 innbefatter karbonstål eller andre metall-

legeringer eller et ikke metall slik som polyetylen.

Det indre rør 10 er fortrinnsvis bygd opp av rustfritt stål selv om et hvert annet rørmateriale forenlig med fluiet som skal transporteres gjennom røret 10 er anvendbart.

Belgen 27 er fortrinnsvis av metall og mest hensiktsmessig

i rustfritt stål.

Metallplaten 27 er fortrinnsvis av aluminium og er forbundet til komponenter av likt materiale ved en sveis og med komponenter av ulikt materiale ved egnede adhesiver.

Den aksielle lengden av belgen 27 er en utformingssak innenfor evnen til fagmannen. Desto større den aksielle lengden av. belgen 27 er desto større er den aksielle fleksibiliteten av rørledningen og desto større er den konduktive aksielle varme-overf øringsmostanden . Imidlertid, radiell konvektiv eller strålevarmeoverføring rundt belgområdet øker med belgens aksielle lengde. Radien av belgen kan være en hver egnet radie selv om det er fordelaktig at radien kun er tilstrekkelig større enn den av det indre rør for å tillate for isolasjonsdelen 29 mellom belgen og det indre røret. Fortrinnsvis er avstanden mellom det indre rør og belgen mindre enn 25% av avstanden mellom det indre og ytre røret, mest hensiktsmessig fra 5 til 20%. Amplituden på hver vinding av belgen er vanligvis spesifi-sert av belgprodusenten for hver standard rørstørrelse.

Belgens vindingsfrekvens vil avhenge av den ønskede grad for aksiell fleksibilitet. Desto større aksiell fleksibilitet som ønskes desto mer vindinger pr. lineære dimensjon vil være nødvendig.

Det er funnet at en belglengde på fra 2,5 til 30,5 cm, fortrinnsvis fra 3,8 til 15,2 cm vil minimalisere varmeoverfør-ingen gjennom rørledningsforbindelsen.

Fig. 3 viser nok en utførelse av den vakuumisolerte rørledning av denne oppfinnelse. Tallene korresponderer med de på fig. 2 for de elementene som er felles for begge. Denne utførelsen viser en plate 22 sveiset til røret 14 og adhesiv bundet til belgen 27. En tetning 21 er vist som en adhesivbelagt varme-følsom krympeplasttetning som eliminerer behovet for kompre-sjonsbånd. En fiberglassskive 31 med høy tetthet er forsynt for å hjelpe og sentrere det indre første rør 10 i det ytre andre rør 14. En ventil 35 er vist som kan brukes for å evaku-ere forbindelsesområdet eller for å fylle området opp til atmosfærisk trykk med en lavtledende gass slik som karbondioksyd eller argon. Fig. 1 viser den vakuumisolerte rørledning av denne oppfinnelsen forbundet med en annen slik rørledning ved deres respek. tive endeområde for å danne en rørforbindelse. Tallene i fig. 1 korrsponderer med de i fig. 2 for de felles elementer. Av-lastningsventiler 36 og 37 er forsynt for å frigjøre overtrykk i tilfelle av skade på indre rør 10 eller forbindelsen.

Fig. 4 er et diagram som viser isolasjonseffekten av den vakuumisolerte rørledning av denne oppfinnelsen, representert ved kurven A, og også den av en konvensjonell kommersielt tilgjengelig vakuumisolert rørledning med strålingsbeskyttelse i flere lag, representert ved kurven B. Dataene ble utregnet og basert på ytelsesestimater for en vakuumisolert rørledning lik med den i fig. 2 med et indre rør med diameter på 51 mm,

en lengde på 9,14 m og en forbindelse.

Som det kan ses, ved et svært høyt undertrykk på 10 mikron kvaikksølv eller mindre, oppfører begge vakuumisolerte rør-ledninger seg godt. Men etter hvert som undertrykket avtar, kompromitteres ytelsen av den kommersielt tilgjengelige rør-ledning skarpt, mens det av rørledningen av denne oppfinnelsen fortsetter ved et akseptabelt nivå helt opp til og innbefattende totalt tap av undertrykk. Således ved bruk av den vakuumisolerte rørledning av denne oppfinnelsen kan man oppnå bedre isolasjon ved mindre streng vakuumbetingelser enn det som til nå var nødvendig og oppnår således betraktelige kostandsbe-sparelser. Siden vakuumet ikke behøver å være å strent for sammenlignbare isolasjonsytelser, kan man opprettholde undertrykket ved mindre kostnader slik som ved å anvende adsorbenter snarere enn en kostbar getter pakke, slik som barium eller palladiumoksyd, i det evakuerte rom. Det er også brukt atmosfærisk type isolasjon av lav kostnad istedenfor stålebeskytt-else til høye kostnader. Isolasjonen av atmosfærisk type sen-trerer effektivt det indre røret og eliminerer behovet for av-standsstykker som er kostbare å bygge opp og er en kilde for høy varmelekkasje. Videre er kostbar tid for undertrykkspumping' betraktelig redusert. Ytterligere kan mange kostbare og tid-krevende opbygnings- og vedlikeholdsteknikker oig fremgangsmåter reduseres eller elimineres på grunn av mindre grad av undertrykk som kan tolereres ved den vakuumisolerte rørledning av denne oppfinnelsen.

Skjønt denne oppfinnelse er blitt beskrevet i detalj med henvisning til visse foretrukne utførelser, er det inneforstått at denne oppfinnelsen inbefatter andre utførelser som er innenfor kravenes ramme og ånd.

Claims

1. Rørledning med redusert termisk lekkasje ved et forbindelsesområde, karakterisert ved at det innbefatter: (A) et første rør med en ende av denne, (B) et andre rør med en diameter større enn det av nevnte første rør, plassert langs omkretsen rundt og aksielt langs nevnte første rør, som avslutter ved et punkt like ved nevnte første rørende for å definere en aksiell avstand fra nevnte punkt til nevnte første rørende, (C) belg, festet ved en aksiell ende av denne til nevnte første rør, med en diameter større enn det av nevnte første rør, men mindre enn det av nevnte andre rør, plassert langs omkretsen rundt og aksielt langs nevnte første rør langs, i det minste en del av, nevnte aksielle avstand, og (D) en plate med en fast radiell dimensjon fra den ytterste radielle utstrekning av nevnte belg til nevnte andre rør, i hovedsak normal til nevnte rør og som forbinder nevnte belg, ved den andre aksielle ende av denne, med nevnte andre rør.

2. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at volumet mellom det første og andre rør er tettet med isolasj on.

3. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at volumet mellom det første og det andre rør inne-holder adsorbenter i stand til å adsorbere gass i nevnte volum.

4. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at volumet mellom det første rør og belgen er tettet med isolasjon.

5. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at enden av det første rør er utstyrt med en flens.

6. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at det første rør og belgen er bygget opp av rustfritt stål, det andre røret og platen er bygd opp av aluminium, og platen er adhesivbundet til belgen og sveiset til det andre rør.

7. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at det første rør, belgen og platen er bygd opp av rustfritt stål, det andre rør er bygd opp av aluminium, og platen er adhesvibundet til det andre rør og sveiset til belgen.

8. Rørledningsforbindelse, karakterisert ved at den innbefatter rørledningen ifølge krav 1 som er innfestet til nok en slik rørledning ved deres respektive ender.

9. Rørledningsforbindelse ifølge krav 8, karakterisert ved at forbindelsesområdet er omsluttet av en hylse.

10. Rørledningsforbindelse ifølge krav 9, karakterisert ved at volumet innesluttet av hylsen er tettet med isolasjon.

11. Rørledningsforbindelse ifølge krav 9, karakterisert ved at hylsen er tettet til det andre rør ved en fleksibel vannugjennomtrengelig tetning.

12. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at volumet mellom det første og andre rør er ved et trykk mindre enn det atmosfæriske.

13. Rørledning ifølge krav 12, karakterisert ved at nevnte trykk er fra omkring 10 til 100 000 mikron kvikksølv.

14. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ve d at belgen har en diameter slik at avstanden mellom det første rør og belgen er mindre enn 25% av avstanden mellom det første og andre rør.

15. Rørledning ifølge krav 14, karakterisert ved at nevnte avstand er fra 5 til 20%.

16. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at belgen har en lengde på fra 2,5 til 30,5 cm.

17. Rørledning ifølge krav 16, karakterisert ved at nevnte lengde er fra 3,8 til 15,2 cm.

18. Rørledningsforbindelse ifølge krav 9, karakterisert ved at volumet som omsluttes av hylsen er evakuert.

19. Rørledningsforbindelse ifølge krav 9, karakterisert ved at volumet omsluttet av hylsen er fyllt med en gass med lav konduktivitet.

1. Rørledning med redusert termisk lekkasje ved et forbindelsesområde, karakterisert ved at det innbefatter: (A) et første rør med en ende av denne, j (B) et andre rør med en diameter større enn det av nevnte første rør. plassert langs omkretsen rundt og aksielt langs nevnte første rør, som avslutter ved et punkt like ved nevnte første rørende for å definere en aksiell avstand fra nevnte punkt til nevnte første rørende, (C) belg, festet ved en aksiell ende av denne til nevnte første rør, med en diameter større enn det av nevnte første rør, men mindre enn det av nevnte andre rør, plassert langs omkretsen rundt og aksielt langs nevnte første rør langs, i det minste en del av, nevnte aksielle avstand, og (D) en plate med en fast radiell dimensjon fra den ytterste radielle utstrekning av nevnte belg til nevnte andre rør, i hovedsak normal til nevnte rør og som forbinder nevnte belg, ved den andre aksielle ende av denne, med nevnte andre rør.

2. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert v e d at volumet mellom det første og andre rør er tettet med isolasjon.

5. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at enden av det første rør er utstyrt med en flens. 6.. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at det første rør og belgen er bygget opp av rustfritt stål, det andre røret og platen er bygd opp av aluminium, og platen er adhesivbundet til belgen og sveiset til det andre rør. 7. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at det første rør, belgen og platen er bygd opp av rustfritt stål, det andre rør er bygd opp av aluminium, og platen er adhesivbundet til det andre rør og sveiset til belgen. 8. Rørledningsforbindelse, karakterisert ved at den innbefatter rørledningen ifølge krav 1 som er innfestet til nok en slik rørledning ved deres respektive ender. 9. Rørledningsforbindelse ifølge krav 8, karakterisert ved at forbindelsesområdet er omsluttet av en hylse. 10. Rørledningsforbindelse ifølge krav 9, karakterisert ved at volumet innesluttet av hylsen er tettet med isolasjon. 11. Rørledningsforbindelse ifølge krav 9, karakterisert ved at hylsen er tettet til det andre rør ved en fleksibel vannugjennomtrengelig tetning. 12. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert v e d at volumet mellom det første og andre rør er ved et trykk mindre enn det atmosfæriske. 13. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at belgen har en diameter slik at avstanden mellom det første rør og belgen er mindre enn 25% av avstanden mellom det første og andre rør. 14. Rørledning ifølge krav 1, karakterisert ved at belgen har en lengde på fra 2,5 til 30,5 cm. 15. Rørledningsforbindelse ifølge krav 9, karakterisert ved at volumet som omsluttes av hylsen er evakuert. 16. Rørledningsforbindelse ifølge krav 9, karakterisert ved at volumet omsluttet av hylsen er fyllt med en gass med lav konduktivitet.