專利名稱：低溫管道系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于流體的流動的管道，并且更特別地涉及用于在低于環(huán)境溫度的溫度下的流體的流動的管道。
背景技術(shù)：
在用來傳送低溫流體的低溫管線的操作中，將熱量從環(huán)境空氣向低溫流體的流入減到最小是重要的。目前有兩種絕熱低溫管線的常規(guī)的方法。通常，當(dāng)絕熱體的外部表面溫度高于正常的天氣狀態(tài)下的露點時獲得可接受的熱性能，使得水和冰不在其表面上積聚。
諸如那些用于蒸汽管上的高溫絕熱體經(jīng)常適用于低溫運行。這在低溫運行中為具有相對短的壽命的低成本方法。這樣的絕熱體在低溫運行中由于兩種機(jī)制迅速地降級。低溫導(dǎo)致絕熱體內(nèi)的水的低分壓。來自大氣的水特別是沿接縫、接頭和裂隙擴(kuò)散到絕熱體內(nèi)。水在這些地點凍結(jié)、積聚并且由此特別是在凍結(jié)-解凍循環(huán)中機(jī)械地破壞絕熱體。另外，當(dāng)溫度從環(huán)境減小到低溫時，管每100英尺大約收縮3英寸。此收縮也機(jī)械地破裂絕熱體。
可接受的熱性能通常需要多于三英寸的此絕熱體。用于1英寸標(biāo)稱管的標(biāo)準(zhǔn)護(hù)套為8英寸外徑護(hù)套。這消耗空間。
市場上提供多種將接縫和接頭的透水性減到最小的嘗試，和適應(yīng)管的熱收縮的方法?？色@得在聚氯乙烯護(hù)套內(nèi)預(yù)發(fā)泡的閉孔聚氨酯。聚氯乙烯護(hù)套和聚氨酯的閉孔形式有助于防止水從徑向表面滲透。然而，沒有密封端部接頭的節(jié)省成本的方法，并且沒有解決熱收縮。冰球在接頭處常見并且使用壽命為大概5年?？梢垣@得不同長度的預(yù)制成的聚氨酯絕熱體，其每種具有用膠密封并且用于保護(hù)端部不被水滲透并且適應(yīng)區(qū)段內(nèi)的管的熱收縮的玻璃纖維端部帽。精心設(shè)計的端部帽不能在現(xiàn)場形成，意味著在現(xiàn)場改變困難。絕熱體接頭以兩個步驟在現(xiàn)場形成，每個步驟需要估計4個小時工作。適應(yīng)多個區(qū)段的累積的收縮的嵌合接頭的可獲得的設(shè)計通常在數(shù)個月的正常運行內(nèi)破裂，在這些位置導(dǎo)致冰球。使用壽命為大概15年。
真空護(hù)套的管道設(shè)計為供應(yīng)具有無限的使用壽命的高性能絕熱體。此方法使用通常稱作超級絕熱體的在真空內(nèi)的多層輻射屏蔽層。通常，管道制造為不同的長度，其在工廠內(nèi)預(yù)抽真空。每個端部終止于用于在現(xiàn)場組裝管道系統(tǒng)的卡口。操作中，護(hù)套保持接近環(huán)境溫度，同時內(nèi)部管當(dāng)包含產(chǎn)品時在低溫操作。波紋管放置在護(hù)套或管或全部兩者內(nèi)以允許管內(nèi)的收縮進(jìn)行。波紋管經(jīng)常放置在護(hù)套內(nèi)，因為在此情況中，波紋管暴露于真空壓力而不是過程壓力。此布置的主要缺點為，在操作溫度護(hù)套的長度減小，并且管支撐系統(tǒng)必須設(shè)計為適應(yīng)該運動。雖然波紋管暴露于環(huán)境和機(jī)械損害，如果失效，結(jié)果被限制為損失真空。
作為替代，可以將波紋管放置在內(nèi)部管內(nèi)。在此情況中，在操作溫度，護(hù)套的長度不減小。然而，波紋管遭受操作壓力并且因此必須更重并且增加的負(fù)載施加在將它們連接到內(nèi)部管的薄金屬焊縫上。在裝載的貨物為氧氣時，用此構(gòu)造已經(jīng)經(jīng)歷了重大的管道系統(tǒng)失效。
在這些系統(tǒng)中需要的真空導(dǎo)致長的抽空時間。采用數(shù)個步驟促進(jìn)抽真空過程。真空泵通常連接數(shù)天。抽真空連接件必須具有大尺寸開口以允許從絕熱體空間出來的分子經(jīng)過。這是因為在真空泵入口和絕熱體空間處的壓力差異接近零。由于能夠有效地傳送和搬運的長度，預(yù)制的區(qū)段的實際的長度受到限制。另外，抽空時間與長度成比例。在抽真空過程期間通常加熱真空空間以逐出滲透到絕熱體內(nèi)的和在金屬表面上吸收的氣體并且增加絕熱體空間內(nèi)的分子朝向抽真空連接件的擴(kuò)散速率。
一旦獲得真空，使用精心設(shè)計的步驟來保持真空。抽真空連接件經(jīng)常設(shè)計為用作壓力釋放設(shè)備以在其由于內(nèi)部線路失效而升壓的情況下保護(hù)護(hù)套。這減小連接件的數(shù)量并且因此減小可能的泄漏的數(shù)量。經(jīng)常使用氧化鈀化學(xué)地結(jié)合在長時期期間從金屬排氣的任何氫。反應(yīng)產(chǎn)生純鈀，其又更進(jìn)一步地用化學(xué)方法吸附更進(jìn)一步的氫。具有用化學(xué)方法吸附的氫的作為結(jié)果的鈀對氧高度反應(yīng)性，并且已經(jīng)在數(shù)個氧為被傳遞的物品的爆炸中涉及。在這些情況中，內(nèi)部管失效將氧釋放到絕熱體空間內(nèi)，氧隨后與鈀反應(yīng)。此高度發(fā)熱的反應(yīng)隨后點燃用于多層包纏的絕熱體內(nèi)的鋁箔，鋁箔在存在氧的情況下猛烈地燃燒。盡管仔細(xì)地包裝，鈀和氧反應(yīng)的熱量能夠在同時發(fā)生沖擊的情況下相當(dāng)大地增加。這樣的沖擊可以在內(nèi)部管失效的情況下可能發(fā)生的外部護(hù)套的湍流增壓期間發(fā)生。氫的排氣為長期過程。經(jīng)驗顯示真空經(jīng)常由于泄漏降級，特別是在氫放氣為因素很長時間之前在抽真空連接件處。
因此，本發(fā)明的目的為提供與那些傳統(tǒng)的管道系統(tǒng)相比具有改進(jìn)的絕熱體特性的低溫管道系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明實現(xiàn)本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以通過閱讀本披露物明白的上述和其它目的，本發(fā)明為用于改進(jìn)具有管體積和與該管體積相鄰的絕熱體體積的低溫管道系統(tǒng)的絕熱體特性的方法，包括，抽真空絕熱體體積以獲得中等真空，用高純度的可凝結(jié)的氣體填充絕熱體體積，抽真空絕熱體體積到中等真空，并且凝結(jié)可凝結(jié)的氣體以在絕熱體體積內(nèi)實現(xiàn)高真空。
這里使用的術(shù)語“高真空”意味著小于一微米汞柱。
這里使用的術(shù)語“中等真空”意味著多于一微米汞柱。
這里使用的術(shù)語“可凝結(jié)的氣體”意味著在載貨溫度可凝結(jié)的氣體。
這里使用的術(shù)語“載貨溫度”意味著小于-200華氏度。
這里使用的術(shù)語“高純度的可凝結(jié)的氣體”意味著氣體的純度為至少99.8％。


唯一的附圖為可以用于本發(fā)明的實踐的低溫管道系統(tǒng)的一個實施例的部分截面圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明?，F(xiàn)在參考示出了具有直的區(qū)段2和彎管組件3的低溫管道系統(tǒng)1的附圖。彎管組件3具有其間定位了柔性的軟管6的自由的腿4和固定的腿5。低溫管道系統(tǒng)具有通過內(nèi)部管8限定的管體積7，和通過外部護(hù)套10和內(nèi)部管8的外部表面限定的絕熱體體積9。絕熱體體積9與管體積7相鄰。優(yōu)選地，外部護(hù)套10沿直的區(qū)段2和彎管組件3的全部長度延伸。
在本發(fā)明的實踐中，諸如通過使用真空泵將絕熱體體積抽真空到通常在大約100微米汞柱的中等真空。其后，用高純度的可凝結(jié)的氣體填充作為結(jié)果的抽真空的絕熱體體積。用于本發(fā)明的實踐中的優(yōu)選的高純度的可凝結(jié)的氣體為二氧化碳，其具有至少99.9的摩爾百分比的二氧化碳濃度。其它可以用于本發(fā)明的實踐的高純度的可凝結(jié)的氣體包括一氧化氮、二氧化硫、氯氣、和類似物。
抽真空絕熱體體積并且隨后用可凝結(jié)的氣體填充絕熱體體積的步驟可以根據(jù)需要重復(fù)一次或多次。在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實踐中，抽真空絕熱體體積并且隨后用可凝結(jié)的氣體填充絕熱體體積的步驟執(zhí)行了三次，即，執(zhí)行一次并且隨后重復(fù)兩次。
其后，將絕熱體體積抽真空到中等真空并且隨后優(yōu)選地通過使得低溫液體流動通過管體積冷卻并且凝結(jié)高純度的可凝結(jié)的氣體。通過管體積的低溫液體的流動用來提供對現(xiàn)在液化或凝固的可凝結(jié)的氣體的連續(xù)地冷卻，從而保持其處于液體和/或固體狀態(tài)?？赡Y(jié)的氣體的液化或凝固在絕熱體體積內(nèi)形成高真空。此高真空用來以容易并且節(jié)省成本的方式改進(jìn)低溫管道系統(tǒng)的絕熱體特性。
本發(fā)明可以用于許多低溫流體的流動，其中包括氮、氧、氬、氫、氦、甲烷、乙烷、和類似物。
本發(fā)明的低溫管道系統(tǒng)在其優(yōu)選的實施例中的希望的特征包括i)絕熱體護(hù)套，其為不具有機(jī)械接頭的連續(xù)的導(dǎo)管，其沿內(nèi)部管的長度形成圍繞內(nèi)部管的單一的絕熱體空間或體積。在運行中護(hù)套不改變長度。
ii)內(nèi)部管，其為包含在絕熱體護(hù)套內(nèi)的不具有機(jī)械接頭的連續(xù)的導(dǎo)管。
iii)在管道系統(tǒng)的每個端部以完成絕熱體空間的界定的徑向密封裝置。這些徑向密封裝置還用作用于內(nèi)部管相對于護(hù)套的固定的端部或固定的點11。
iv)設(shè)計為適應(yīng)內(nèi)部管在操作溫度相對于護(hù)套的收縮的彎管組件。
a)每個管道系統(tǒng)具有至少一個彎管組件。
b)每個彎管組件具有固定的腿和自由的腿。固定的腿如此稱呼是因為它具有固定內(nèi)部管相對于外部護(hù)套的軸向的位置的軸向的支撐構(gòu)件。設(shè)計為在彎曲時變形的柔性的軟管定位在固定的腿的內(nèi)部管內(nèi)，在軸向的支撐構(gòu)件和彎管的分叉處之間。內(nèi)部管在彎管的自由的腿內(nèi)在護(hù)套內(nèi)自由地軸向地運動。
c)固定的區(qū)段內(nèi)的柔性的軟管適應(yīng)連接到自由的端部的內(nèi)部管的收縮。當(dāng)內(nèi)部管處于環(huán)境溫度時，軟管定位為靠近護(hù)套壁，以便在護(hù)套彎管的內(nèi)部分叉處和內(nèi)部管彎管的外部分叉處之間獲得最大可能的間隙。在操作溫度，連接到彎管的自由的腿的管收縮并且此間隙減小到可能的最小值。
雖然已經(jīng)參考某些優(yōu)選的實施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)存在本發(fā)明的其它實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于改進(jìn)具有管體積和與該管體積相鄰的絕熱體體積的低溫管道系統(tǒng)的絕熱體特性的方法，其包括，抽真空絕熱體體積以獲得中等真空，用高純度的可凝結(jié)的氣體填充絕熱體體積，抽真空絕熱體體積到中等真空，和凝結(jié)可凝結(jié)的氣體以在絕熱體體積內(nèi)實現(xiàn)高真空。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，管體積包括直的區(qū)段和彎管區(qū)段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，彎管區(qū)段通過自由的腿和固定的腿之間的柔性的軟管限定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，絕熱體體積圍繞管體積延伸直的區(qū)段和彎管區(qū)段的全部長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在最終抽真空到中等真空并且凝結(jié)可凝結(jié)的氣體以實現(xiàn)高真空之前，抽真空絕熱體體積以獲得中等真空，隨后是用高純度的可凝結(jié)的氣體填充絕熱體體積的步驟重復(fù)至少一次。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，可凝結(jié)的氣體為二氧化碳，其具有至少99.9的摩爾百分比的二氧化碳濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過從管體積內(nèi)流動的低溫液體提供致冷來凝結(jié)可凝結(jié)的氣體。
全文摘要
用于改進(jìn)低溫管道系統(tǒng)(1)的絕熱體特性的方法，其中，通過在一個或多個抽真空和填充循環(huán)中將通過與內(nèi)部管(8)同軸的護(hù)套(10)限定的絕熱體體積(9)抽真空到中等真空并且隨后用可凝結(jié)的氣體填充，并且隨后，在抽真空到中等真空之后凝結(jié)可凝結(jié)的氣體以在絕熱體體積內(nèi)實現(xiàn)高真空。
文檔編號F16L9/14GK101072969SQ200580031173
公開日2007年11月14日 申請日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月16日
發(fā)明者N·H·懷特 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司