Теплоізольована труба

Реферат: Теплоізольована труба містить внутрішню гофровану сталеву трубу, зовнішню трубу, теплоізолюючий шар зі спіненого полімеру. Внутрішня гофрована сталева труба характеризується часом до появи першої тріщини при впливі киплячого розчину хлориду магнію. UA 78709 U (12) UA 78709 U UA 78709 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до труб, призначених для транспортування рідин і газів, зокрема для теплових мереж комунальних і промислових підприємств. Відома металева труба для транспортування середовища (ЕР 2392418 А1, кл. МПК B21D19/00; F16L23/04; F16L9/02, опубл. 07.12.2011), що включає видовжену транспортуючу секцію з кінцями, адаптованими для з'єднання з іншою металевою трубою. Така труба проста у виготовленні, недорога і може витримувати великі навантаження. Однак ця труба не має гнучкості, що суттєво ускладнює монтаж трубопроводів. Схильність до корозії обмежує термін служби цієї труби. Транспортування по цій трубі нагрітого середовища супроводжується великими втратами тепла. Відома багатошарова труба для систем гарячого водопостачання і теплопостачання (Корисна модель RU 59190, F16L11/10, опубл. 10.12.2006), яка містить внутрішню оболонку зі зшитого поліетилену, посилену армуючою системою, та захисну оболонку, що містить шар теплоізоляції зі спіненого полімеру, покритий зовнішньою оболонкою. Труба має гнучкість, характеризується низькими тепловтратами і не піддається дії корозії, однак не може використовуватися для транспортування рідин, нагрітих до температури вище 95 °C. Недоліком даної труби є те, що вона може використовуватися при обмеженій температурі і тиску средовища, яке транспортується. Також відома теплоізольована труба, яка містить внутрішню трубу, що проводить середовище, виконану у вигляді гофрованої сталевої труби, зовнішню трубу, розташовану концентрично із зазором відносно внутрішньої труби, а також теплоізолюючий шар зі спіненого полімеру, що заповнює кільцевий зазор між внутрішньою трубою та зовнішньою трубою (RU 98114086 F16L59/00, опубл. 10.05.2000). Така труба є найближчим аналогом пропонованої корисної моделі. Відома труба має гнучкість, що забезпечує зручний монтаж трубопроводів, характеризується малими втратами тепла при транспортуванні рідин, нагрітих до 135 °C і вище. Однак, маючи задовільну стійкість до загальних видів корозії, труба піддається інтенсивному корозійному розтріскуванню під напруженням при транспортуванні води з підвищеним вмістом розчиненого кисню. Корозійне розтріскування під напруженням у відомій трубі обумовлено підвищеним рівнем механічних напружень у металі, що виникають в результаті гофрування труби. Довгострокове безаварійне використання таких труб можливе винятково в закритих системах теплопостачання, в яких по замкнутому колу циркулює спеціально підготовлена деаерована, зм'якшена та знесолена вода з вмістом розчиненого кисню, що не перевищує 20 мкг/дм. У відкритих системах теплопостачання, в яких може транспортуватися вода, що містить до 300-400 мкг/дм розчиненого кисню та інших корозійно-активних домішок, наприклад вуглекислого газу, карбонатів кальцію та магнію, хлоридів і сульфатів, труба інтенсивно кородує, і термін її служби суттєво скорочується. Задача корисної моделі є підвищення корозійної стійкості гнучкої теплоізольованої труби в процесі експлуатації у відкритих системах теплопостачання. Поставлена задача вирішується тим, що в теплоізольованій трубі, що містить внутрішню гофровану сталеву трубу, зовнішню трубу, розташовану із зазором відносно внутрішньої труби, а також теплоізолюючий шар зі спіненого полімеру, що заповнює кільцевий зазор між внутрішньою трубою та зовнішньою трубою, внутрішня гофрована сталева труба характеризується тим, що час до появи першої тріщини при впливі киплячого 42 % розчину хлориду магнію при рН 6 становить не менше 1000 годин при товщині стінки 0,4-1,1 мм. Краще, коли товщина стінки внутрішньої гофрованої сталевої труби, становить 0, 5-1,0 мм. Внутрішня гофрована сталева труба може бути виконана з нержавіючої сталі, краще маловуглецевої та високолегованої, наприклад хромо-нікелевої сталі. Гофри внутрішньої сталевої труби можуть бути виконані гвинтовими. Краще, коли теплоізолюючий шар виконано зі спіненого поліізоціанурату або поліуретану. У теплоізолюючому шарі можливе розташування провідників-індикаторів системи оперативного дистанційного контролю стану вологості теплоізоляції (ОДК). Зовнішня труба виконана з термопластичної пластмаси, у кращому варіанті - з поліетилену. Зовнішня труба виконана гофрованою, гофри зовнішньої труби у кращому варіанті виконані кільцевими. Труба може включати бар'єрний шар, розташований між теплоізолюючим шаром і зовнішньою трубою, виконаний, наприклад, з поліетилентерефталату. Внутрішня гофрована сталева труба у кращому варіанті характеризується співвідношенням товщини стінки та внутрішнього діаметра не більше 0,010. На кресленні показана структура теплоізольованої труби. Заявлена теплоізольована труба включає внутрішню гофровану сталеву трубу (1), зовнішню трубу (2), розташовану з зазором 1 UA 78709 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відносно внутрішньої труби, теплоізолюючий шар (3) зі спіненого полімеру, що заповнює кільцевий зазор між внутрішньою та зовнішньою трубою, датчик ОДК (4), а також бар'єрний шар (5). У пропонованій корисній моделі теплоізольована труба містить внутрішню гофровану сталеву трубу. При гофруванні сталевої труби з'являються розтягуючі та стискаючі напруження, які зберігаються в металі труби після завершення гофрування. Такі залишкові напруження в металі є причиною корозійного розтріскування труби в процесі експлуатації при впливі корозійно-активного середовища, особливо при транспортуванні середовища у відкритих 3 системах теплопостачання, що містить більше 20 мкг/дм розчиненого кисню, підвищену кількість вуглекислого газу, хлоридів, сульфатів і інших корозійно-активних агентів. Відповідно до ГОСТ 26294-84 "Соединения сварные. Методы испытаний на коррозионное растрескивание" стійкість до корозійного розтріскування під напругою корозійно-стійких сталей прийнято характеризувати часом до появи першої тріщини при обробці в киплячому 42 % розчині хлориду магнію при рН 6. Таким чином, рівень залишкових напружень сталевої гофрованої труби характеризується часом до появи першої тріщини при обробці труби в киплячому 42 % розчині хлориду магнію при рН 6. Якщо час до появи першої корозійної тріщини становить менше 1000 годин, то рівень залишкових напружень забезпечує довгострокову експлуатацію труби тільки в умовах контакту з середовищем з невисоким корозійним впливом на метал. Вміст розчиненого кисню в 3 середовищі, що транспортується, не повинен перевищувати 20 мкг/дм . Такі умови можуть бути виконані лише в закритих системах теплопостачання, в яких по замкнутому контуру (без контакту з відкритим повітрям) циркулює спеціально підготовлена деаерована зм'якшена знесолена вода. У відкритих системах теплопостачання, з яких здійснюють відбір питної води споживачам, внаслідок додавання великої кількості підживлювальної води з метою компенсації її прямого відбору, і в результаті прямого контакту води з повітрям вміст розчиненого кисню 3 3 збільшується і становить більше 20 мкг/дм і може досягати величини 300-400 мкг/дм . При використанні у відкритих системах теплопостачання труби, що характеризується часом до появи першої тріщини при обробці в киплячому 42 % розчині хлориду магнію при рН 6 менше 1000 годин, випадки розтріскування труби при експлуатації можливі вже через 2-4 роки. Досягнення заявленого технічного результату можливо в тому випадку, коли внутрішня сталева гофрована труба здатна витримувати вплив киплячого розчину хлориду магнію при рН 6 протягом не менше 1000 годин до появи першої тріщини. Труба, здатна витримати 1000 і більше годин без розтріскування при впливі киплячого розчину хлориду магнію, може використовуватися для транспортування води з температурою до 135 °C, що містить більше 20 3 3 мкг/дм (до 300-400 мкг/дм ) розчиненого кисню протягом тривалого часу (25-30 років) без появи ознак корозії. При цьому труба залишається досить гнучкою і характеризується мінімальним радіусом вигину труби не більше 10*d, де d - зовнішній діаметр ізольованої труби. Задана характеристика металевої труби - здатність витримувати вплив киплячого розчину хлориду магнію при рН 6 протягом не менше 1000 годин до появи першої тріщини забезпечується тим, що труби мають знижений рівень залишкових напружень, що може досягатися відомими способами, наприклад, вібраційним способом, основаним на обробці виробів у резонансному режимі змінними напруженнями, достатніми для протікання пружнопластичних деформацій металу, способами ультразвукової або термічної обробки. При цьому кращою є термічна обробка шляхом індукційного нагрівання в середовищі інертного газу. Внутрішня гофрована сталева труба має товщину стінки 0,4-1,1 мм. При товщині стінки менше 0,4 мм труба не має міцнісних характеристик, необхідних для транспортування середовища з температурою до 135 °C, зокрема через те, що в стінці, що має товщину менше зазначеної, можливий розвиток корозійних відносно до вартості готової труби, а також тим, що при більшій товщині стінки не досягається необхідна гнучкість труби. Експериментально встановлено, що краща товщина стінки внутрішньої гофрованої металевої труби становить 0,5-1,0 мм. Виконання внутрішньої сталевої труби гофрованою забезпечує: кільцеву жорсткість труби у поєднанні з гнучкістю; виконання гофрів внутрішньої сталевої труби гвинтовими забезпечує спіралізацію потоку рідини та мінімальний гідродинамічний опір, що запобігає накопиченню відкладень в трубі, які прискорюють процес корозії, і підвищує гнучкість гофрованої труби. Крім корозії, під напруженням метали піддаються іншим видам корозії. Виконання внутрішньої гофрованої сталевої труби з нержавіючої сталі забезпечує корозійну стійкість труби до загальних видів корозії. Для підвищення корозійної стійкості труби використовують переважно низьковуглецеву високолеговану нержавіючу сталь, наприклад хромо-нікелеву сталь. 2 UA 78709 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Теплоізолюючий шар у кращому варіанті виконаний зі спіненого поліізоціанурату або пінополіуретану. Зазначені матеріали є напівтвердими теплоізоляторами і дозволяють використовувати пропоновану трубу для транспортування середовища з температурою до 135 °C без істотних тепловтрат при збереженні гнучкості труби і одночасно захищають внутрішню трубу від зовнішніх механічних впливів, які призводять до появи механічних напружень у металі, що також підвищує корозійну стійкість труби в процесі експлуатації. В теплоізолюючому шарі труби можуть бути розташовані провідники-індикатори системи оперативного дистанційного контролю стану вологості теплоізоляції (ОДК). Такі провідники забезпечують контроль за проникненням у теплоізолюючий шар вологи, що викликає корозійні пошкодження зовнішньої поверхні внутрішньої труби, а також призводить до зниження теплоізолюючих характеристик труби. Наявність ОДК дозволяє при збільшенні вологості теплізолюючого шару оперативно провести мінімальні ремонтні роботи трубопроводу і тим самим запобігти корозійному пошкодженню внутрішньої труби. Зовнішня труба пропонованої корисної моделі, виконана з термопластичної пластмаси, наприклад з поліетилену, забезпечує захист гнучкої теплоізольованої труби від впливу зовнішнього середовища, включаючи механічні та хімічні впливи, в тому числі захищає від проникнення вологи в теплоізолюючий шар, що також спрямовано на підвищення корозійної стійкості труби в процесі експлуатації. Виконання зовнішньої труби гофрованою, в тому числі кільцевими гофрами підвищує гнучкість зовнішньої труби і забезпечує реалізацію гнучкості внутрішньої сталевої гофрованої труби в теплоізольованої трубі, а також забезпечує стійке позиціонування труби в ґрунті, що також сприяє захисту труби від руйнуючого впливу зовнішнього середовища. Бар'єрний шар, розташований між теплоізолюючим шаром і зовнішньою трубою перешкоджає втраті вуглекислого газу теплоізолюючим матеріалом і таким чином охороняє теплоізолюючий шар від руйнування, тим самим зберігаючи його захисні та теплоізолюючі властивості і захищаючи трубу від корозійного впливу зовнішнього середовища. Внутрішня гофрована сталева труба у кращому варіанті характеризується співвідношенням товщини стінки та внутрішнього діаметра не більше 0,010. Зазначене співвідношення забезпечує оптимальне поєднання міцнісних і вартісних характеристик труби. Реалізація заявленої гнучкої теплоізольованої труби демонструється наступними прикладами: Приклад 1 Теплоізольована труба діаметром 250 мм включає внутрішню гофровану сталеву трубу (1), зовнішню трубу (2) з кільцевим гофруванням, розташовану із зазором відносно внутрішньої труби і виконану з поліетилену середньої щільності. Кільцевий зазор між внутрішньою та зовнішньою трубою заповнений теплоізолюючим спіненим поліізоціануратом (3) з покриттям бар'єрним шаром (5) з поліетилентерефталату. Внутрішня труба витримує випробування в киплячому 42 % розчині хлориду магнію при рН 6 без появи тріщин протягом більше 1000 годин. Товщина стінки внутрішньої гофрованої металевої труби становить 1,1 мм при співвідношенні товщини стінки та внутрішнього діаметра 0,006. Приклад 2 Теплоізольована труба діаметром ПО мм включає внутрішню гофровану сталеву трубу (1), зовнішню гладку трубу (2), розташовану із зазором відносно внутрішньої труби і виконану з поліетилену низької щільності. Кільцевий зазор між внутрішньою та зовнішньою трубою заповненийтеплоізолюючим шаром пінополіуретану (3). У теплоізолюючому пінополіуретановому шарі розташовані два провідники-індикатори системи оперативного дистанційного контролю стану вологості теплоізоляції (4). Внутрішня труба витримує випробування в киплячому 42 % розчині хлориду магнію при рН 6 без появи тріщин протягом більше 1000 годин. Товщина стінки внутрішньої труби становить 0,4 мм при співвідношенні товщини стінки та внутрішнього діаметра 0,01. Приклад 3 Теплоізольована труба діаметром 150 мм включає внутрішню гофровану сталеву трубу (1), зовнішню трубу з кільцевим гофруванням (2), виконану з поліетилену середньої щільності і розташовану із зазором відносно внутрішньої труби. Кільцевий зазор між внутрішньою та зовнішньою трубою заповнений теплоізолюючим спіненим поліізоціануратом (3). У теплоізолюючому шарі розташований провідник-індикатор системи оперативного дистанційного контролю стану вологості теплоізоляції (4). Труба витримує випробування в киплячому 42 % розчині хлориду магнію при рН 6 без появи тріщин протягом 1000 годин. Товщина стінки внутрішньої труби становить 0,6 мм при співвідношенні товщини стінки та внутрішнього діаметра 0,008. 3 UA 78709 U 5 10 15 20 25 30 Приклад 4 Теплоізольована труба діаметром 185 мм включає внутрішню гофровану сталеву трубу (1), зовнішню трубу з кільцевим гофруванням (2), виконану з поліетилену високої щільності і розташовану із зазором відносно внутрішньої труби. Кільцевий зазор між внутрішньою та зовнішньою трубою заповнений теплоізолюючим спіненим поліізоціануратом (3). Труба витримує випробування в киплячому 42 % розчині хлориду магнію при рН 6 без появи тріщин протягом більше 1000 годин. Товщина стінки внутрішньої труби становить 0,8 мм при співвідношенні товщини стінки та внутрішнього діаметра 0,008. Всі описані в прикладах 1-4 гнучкі теплоізольовані труби характеризуються часом до появи першої тріщини при обробці в киплячому 42 % розчині хлориду магнію при рН 6 не менш 1000 годин. Такі труби можуть використовуватися для транспортування середовища, яке містить 3 більше 20 мкг/дм розчиненого кисню при температурі до 135 °C і експлуатуватися в умовах відкритих систем теплопостачання протягом розрахункового терміну служби. При цьому запропонована труба має гнучкість, характеризується мінімальним радіусом вигину труби, який не перевищує 10*d, що забезпечує можливість її намотування на барабан і спрощення роботи з монтажу трубопроводів. Приклад 5 Теплоізольована труба діаметром 250 мм включає внутрішню гофровану сталеву трубу (1), зовнішню трубу (2) з кільцевим гофруванням, розташовану із зазором відносно внутрішньої труби і виконану з поліетилену середньої щільності. Кільцевий зазор між внутрішньою та зовнішньою трубою заповнений теплоізолюючим спіненим поліізоціануратом (3) з покриттям бар'єрним шаром (5) з поліетилентерефталату. Внутрішня труба витримує випробування в киплячому 42 % розчині хлориду магнію при рН 6 до появи перших тріщин протягом 20 годин. Товщина стінки внутрішньої гофрованої металевої труби становить 1,1 мм при співвідношенні товщини стінки та внутрішнього діаметра 0,006. Така труба може успішно працювати тривалий час в закритих системах теплопостачання, в яких по замкнутому контуру циркулює спеціально підготовлена вода, що містить не більше 20 3 мкг/дм розчиненого кисню. При використанні такої труби у відкритих системах теплопостачання через 2-4 роки експлуатації при температурі до 135 °C у трубі виникають корозійні тріщини, труба втрачає герметичність і підлягає заміні. Наведені приклади не вичерпують всіх варіантів виконання корисної моделі. Зазначений технічний результат досягається при комбінації конструктивних елементів труби з різних матеріалів, наведених у формулі корисної моделі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 60 1. Теплоізольована труба, що містить внутрішню гофровану сталеву трубу, зовнішню трубу, розташовану з зазором відносно внутрішньої труби, і теплоізолюючий шар зі спіненого полімеру, що заповнює кільцевий зазор між внутрішньою трубою та зовнішньою трубою, яка відрізняється тим, що внутрішня гофрована сталева труба характеризується часом до появи першої тріщини при впливі киплячого 42 % розчину хлориду магнію при рН 6 не менше 1000 годин і має товщину стінки 0,4-1,1 мм. 2. Теплоізольована труба за п. 1, яка відрізняється тим, що внутрішня гофрована сталева труба виконана з нержавіючої сталі. 3. Теплоізольована труба за п. 2, яка відрізняється тим, що нержавіючою сталлю є маловуглецева високолегована сталь. 4. Теплоізольована труба за п. 3, яка відрізняється тим, що маловуглецевою високолегованою сталлю є хромонікелева сталь. 5. Теплоізольована труба за п. 1, яка відрізняється тим, що внутрішня гофрована сталева труба має товщину стінки 0, 5-1,0 мм. 6. Теплоізольована труба за п. 1, яка відрізняється тим, що гофри внутрішньої сталевої труби виконані гвинтовими. 7. Теплоізольована труба за п. 1, яка відрізняється тим, що теплоізолюючий шар виконаний зі спіненого поліізоціанурату або поліуретану. 8. Теплоізольована труба за п. 1, яка відрізняється тим, що в теплоізолюючому шарі розташовані провідники-індикатори системи оперативного дистанційного контролю стану вологості теплоізоляції (ОДК). 9. Теплоізольована труба за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішня труба виконана у вигляді оболонки з термопластичної маси, краще - з поліетилену. 10. Теплоізольована труба за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішня труба виконана гофрованою. 4 UA 78709 U 5 11. Теплоізольована труба за п. 10, яка відрізняється тим, що гофри зовнішньої труби виконані кільцевими. 12. Теплоізольована труба за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково включає бар'єрний шар, розташований між теплоізолюючим шаром і зовнішньою трубою. 13. Теплоізольована труба за п. 12, яка відрізняється тим, що бар'єрний шар виконаний з поліетилентерефталату. 14. Теплоізольована труба за п. 1, яка відрізняється тим, що внутрішня гофрована сталева труба характеризується співвідношенням товщини стінки та внутрішнього діаметра не більше 0,010. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5