Трубопровод для транспортировки жидкости, содержащей углеводород, и способ производства такого трубопровода
Формула / Реферат
1. Трубопровод для транспортировки жидкости, содержащей углеводород, при этом трубопровод включает в себя
полую внутреннюю трубу (2), проходящую в продольном направлении (X) и предназначенную для транспортировки вышеупомянутой жидкости во внутренней трубе, причем вышеупомянутая внутренняя труба (2) имеет по меньшей мере одну электроизоляционную внешнюю поверхность (2b);
нагревательный слой (3), расположенный на внутренней трубе и содержащий углеродные волокна, внедренные в полимерный материал;
теплоизоляционный слой (10), расположенный вокруг нагревательного слоя (3);
наружную трубу (11), расположенную вокруг теплоизоляционного слоя (10), причем вышеупомянутая наружная труба (11) рассчитана на выдерживание внешнего давления, по меньшей мере, превышающего 100 бар;
средства дистанционирования (10а), размещаемые между внутренней трубой (2) и наружной трубой (11) для надежного удержания наружной трубы (11) на расстоянии от внутренней трубы (2);
средства электропитания (6), предназначенные для подачи электрического тока в вышеупомянутый нагревательный слой (3), причем вышеупомянутый электрический ток протекает в вышеупомянутом нагревательном слое для нагрева внутренней трубы.
2. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что наружная труба (11) содержит углеродные волокна, внедренные в полимерный материал.
3. Трубопровод по п.2, отличающийся тем, что
углеродные волокна нагревательного слоя (3) намотаны вокруг внутренней трубы (2) под первым заранее заданным углом, предназначенным для обеспечения требуемого электрического сопротивления вышеупомянутого нагревательного слоя (3);
углеродные волокна наружной трубы (11) намотаны вокруг внутренней трубы (2), по меньшей мере, под вторым заранее заданным углом, предназначенным для обеспечения механической прочности вышеупомянутой наружной трубы.
4. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что средства дистанционирования (10а) содержат армирующий наполнитель, внедренный в полимерный материал, причем вышеупомянутые средства дистанционирования сформированы на внутренней трубе (2) и нагревательном слое (3).
5. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что средства электропитания (6) содержат соединительный элемент (6b), входящий в контакт по меньшей мере с одной, по существу, поперечной или расположенной под углом контактной поверхностью, расположенной вблизи одного конца нагревательного слоя (3) в продольном направлении (X).
6. Способ производства трубопровода для транспортировки жидкости, содержащей углеводород, причем вышеупомянутый трубопровод содержит полую внутреннюю трубу (2), проходящую в продольном направлении (X) и предназначенную для транспортировки вышеупомянутой жидкости в трубе, причем вышеупомянутая внутренняя труба (2) имеет по меньшей мере одну электроизоляционную внешнюю поверхность (2b), причем вышеупомянутый способ содержит, по меньшей мере, следующие этапы:
формирование нагревательного слоя (3) на внутренней трубе, причем вышеупомянутый нагревательный слой (3) содержит углеродные волокна, внедренные в полимерный материал;
размещение теплоизоляционного слоя (10) вокруг нагревательного слоя (3);
размещение средств дистанционирования (10а);
размещение наружной трубы (11) вокруг теплоизоляционного слоя (10), причем вышеупомянутая наружная труба (11) рассчитана на выдерживание внешнего давления, по меньшей мере, превышающего 100 бар, и вышеупомянутые средства дистанционирования размещаются между внутренней трубой (2) и наружной трубой (11) для надежного удержания наружной трубы (11) на расстоянии от внутренней трубы (2);
размещение средств электропитания (6) для подачи электрического тока в вышеупомянутый нагревательный слой (3), причем вышеупомянутый электрический ток протекает в вышеупомянутом нагревательном слое для нагрева внутренней трубы.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что формирование нагревательного слоя (3) обеспечивают путем намотки углеродных волокон вокруг внутренней трубы (2) под первым заранее заданным углом, предназначенным для обеспечения требуемого электрического сопротивления вышеупомянутого нагревательного слоя.
8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что средства дистанционирования (10а) содержат армирующий наполнитель, внедренный в полимерный материал, и вышеупомянутые средства дистанционирования формируются непосредственно на внутренней трубе (2) и нагревательном слое (3) после формирования нагревательного слоя (3).
9. Способ по п.6, отличающийся тем, что наружная труба (11) сформирована из углеродных волокон, внедренных в полимерный материал, непосредственно на средствах дистанционирования (10а).
10. Способ по п.6, отличающийся тем, что наружная труба (11) сформирована путем намотки углеродных волокон вокруг средств дистанционирования (10а) и теплоизоляционного слоя (10), по меньшей мере, под вторым заранее заданным углом, предназначенным для обеспечения механической прочности вышеупомянутой наружной трубы (11).

Текст
ТРУБОПРОВОД ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЖИДКОСТИ, СОДЕРЖАЩЕЙ УГЛЕВОДОРОД, И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТАКОГО ТРУБОПРОВОДА Изобретение относится к трубопроводу (1) для транспортировки углеводорода, причем вышеупомянутый трубопровод включает в себя полую внутреннюю трубу (2), проходящую в продольном направлении (X), предназначенную для транспортировки жидкости во внутренней трубе и имеющую электроизоляционную внешнюю поверхность (2b), нагревательный слой,расположенный на внутренней трубе и содержащий углеродные волокна, внедренные в полимерный материал, теплоизоляционный слой (10), расположенный вокруг нагревательного слоя(3), наружную трубу (11), рассчитанную на выдерживание внешнего давления, по меньшей мере превышающего 100 бар, средства дистанционирования (10 а), предназначенные для удержания наружной трубы (11) на расстоянии от внутренней трубы (2) неподвижным образом, и средства электропитания (6), предназначенные для подачи электрического тока в нагревательный слой (3) для нагрева внутренней трубы. Область техники, к которой относится изобретение Данное изобретение относится к трубопроводам, предназначенным для транспортировки жидкости,содержащей углеводород. Уровень техники Такие трубопроводы в настоящее время обычно устанавливаются в условиях очень холодного климата на суше и на море, иногда на очень больших глубинах под водой. При таких условиях жидкость может замерзать или в ней могут образовываться сгустки или парафиновые отложения. Эти явления в жидкости могут вызвать закупоривание трубопровода и отрицательно сказываться на перекачке жидкости в транспортирующем устройстве, таком как трубопровод, патрубок или клапан. Именно поэтому такие трубопроводы иногда нагревают для предотвращения возникновения вышеуказанных проблем. Одним известным способом является нагрев таких трубопроводов с помощью медных электропроводников,устанавливаемых на трубопроводы. В патентных документах CN2436761-Y и CN201354918-Y описаны трубопроводы для транспортировки углеводорода, имеющие слой с углеродными волокнами, предназначенный для подачи в него электрического тока для нагрева трубопровода. В таких трубопроводах, использующих углеродные волокна в качестве проводника электрического тока, жидкость нагревается более эффективно, чем медными электропроводниками. Раскрытие изобретения Цель данного изобретения - усовершенствовать эти типы трубопроводов и, в частности, улучшить их стойкость к воздействию внешнего давления. Трубопровод для транспортировки жидкости, содержащей углеводород, согласно одному варианту осуществления данного изобретения включает в себя полую внутреннюю трубу, проходящую в продольном направлении и предназначенную для транспортировки вышеупомянутой жидкости во внутренней трубе, причем вышеупомянутая внутренняя труба имеет по меньшей мере одну электроизоляционную внешнюю поверхность; нагревательный слой, расположенный на внутренней трубе и содержащий углеродные волокна,внедренные в полимерный материал; теплоизоляционный слой, расположенный вокруг нагревательного слоя; наружную трубу, расположенную вокруг теплоизоляционного слоя, причем вышеупомянутая наружная труба предназначена для выдерживания внешнего давления, по меньшей мере, превышающего 100 бар; средства дистанционирования, размещаемые между внутренней трубой и наружной трубой для надежного удержания наружной трубы на расстоянии от внутренней трубы; средства электропитания, предназначенные для подачи электрического тока в вышеупомянутый нагревательный слой, причем вышеупомянутый электрический ток протекает в вышеупомянутом нагревательном слое для нагрева внутренней трубы. Благодаря этим конструктивным особенностям, в частности факту использования наружной трубы,расположенной вокруг теплоизоляционного слоя, и средств дистанционирования, трубопровод может выдерживать высокие величины внешнего давления, превышающие 100 бар, так что такой трубопровод может эксплуатироваться в море на больших глубинах. В различных вариантах реализации трубопровода согласно данному изобретению могут использоваться по выбору пользователя один или несколько следующих вариантов конструкции: наружная труба содержит углеродные волокна, внедренные в полимерный материал; углеродные волокна нагревательного слоя обмотаны вокруг внутренней трубы под первым заранее заданным углом, предназначенным для обеспечения требуемой величины электрического сопротивления вышеупомянутого нагревательного слоя; углеродные волокна наружной трубы обмотаны вокруг внутренней трубы, по меньшей мере, под вторым заранее заданным углом, предназначенным для обеспечения механической прочности вышеупомянутой наружной трубы; средства дистанционирования содержат армирующий наполнитель, внедренный в полимерный материал, причем вышеупомянутые средства дистанционирования сформированы на внутренней трубе и нагревательном слое; средства электропитания содержат соединительный элемент, входящий в контакт по меньшей мере с одной, по существу, поперечной или расположенной под углом контактной поверхностью, находящейся вблизи одного конца нагревательного слоя в продольном направлении. Данное изобретение также относится к способу производства трубопровода для транспортировки жидкости, содержащей углеводород, причем вышеупомянутый трубопровод содержит полую внутреннюю трубу, проходящую в продольном направлении и предназначенную для транспортировки вышеупомянутой жидкости во внутренней трубе, и вышеупомянутая внутренняя труба имеет по меньшей мере одну электроизоляционную внешнюю поверхность, причем вышеупомянутый способ включает в себя следующие этапы: формирование нагревательного слоя на внутренней трубе, причем вышеупомянутый нагреватель-1 021861 ный слой содержит углеродные волокна, внедренные в полимерный материал; размещение теплоизоляционного слоя вокруг нагревательного слоя; размещение средств дистанционирования; размещение наружной трубы вокруг теплоизоляционного слоя, причем вышеупомянутая наружная труба рассчитана на выдерживание внешнего давления, по меньшей мере, превышающего 100 бар, и вышеупомянутые средства дистанционирования размещаются между внутренней трубой и наружной трубой для надежного удержания наружной трубы на расстоянии от внутренней трубы; размещение средств электропитания, предназначенных для подачи электрического тока в вышеупомянутый нагревательный слой, причем электрический ток протекает в вышеупомянутом нагревательном слое для нагрева внутренней трубы. В различных вариантах осуществления способа производства трубопровода согласно данному изобретению могут использоваться по выбору пользователя один или несколько из следующих вариантов реализации: формирование нагревательного слоя обеспечивается путем намотки углеродных волокон вокруг внутренней трубы под первым заранее заданным углом, предназначенным для получения требуемого электрического сопротивления вышеупомянутого нагревательного слоя; средства дистанционирования содержат армирующий наполнитель, внедренный в полимерный материал, причем вышеупомянутые средства дистанционирования формируются непосредственно на внутренней трубе и нагревательном слое после формирования нагревательного слоя; наружная труба формируется из углеродных волокон, внедренных в полимерный материал, непосредственно на средствах дистанционирования; наружная труба формируется путем намотки углеродных волокон вокруг средств дистанционирования и теплоизоляционного слоя, по меньшей мере, под вторым заранее заданным углом, предназначенным для обеспечения требуемой механической прочности вышеупомянутой наружной трубы. Краткое описание чертежей Прочие характерные особенности и преимущества данного изобретения станут очевидны из последующего технического описания одного из вариантов его осуществления, приведенного в качестве примера, не ограничивающего рамки объема изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: на фиг. 1 а дан вид в продольном разрезе трубопровода согласно данному изобретению; на фиг. 1b дан вид на трубопровод со стороны, поперечной относительно вида фиг. 1 а; на фиг. 2 дан увеличенный вид варианта реализации нагревательного слоя трубопровода, изображенного на фиг. 1; на фиг. 3 дан вид в продольном сечении одного конца трубопровода, изображенного на фиг. 1, показывающий средства электропитания и крепежные средства. На различных чертежах идентичные или аналогичные элементы имеют одинаковые условные обозначения. Осуществление изобретения Под продольным направлением, упомянутым в данном техническом описании, следует понимать направление, проходящее в направлении X, обозначенном на чертежах. Поперечное направление, упомянутое в данном техническом описании, следует понимать как направление Y или Z, обозначенное на чертежах. Эти направления упомянуты только для того, чтобы помочь в чтении и понимании сущности данного изобретения. Термин "трубопровод" в данном изобретении следует понимать как устройство, содержащее трубу для транспортировки жидкости, по меньшей мере, между входным отверстием и выходным отверстием,причем вышеупомянутое устройство содержит другие элементы, такие как клапан и множество обводов. На фиг. 1 а и 1b показан трубопровод 1 согласно данному изобретению в продольном сечении, выполненном в плоскости XZ, и в поперечном сечении, выполненном в плоскости YZ. На этих чертежах показана только верхняя половина трубопровода выше оси X, причем нижняя половина, по существу,идентична ей и симметрична относительно оси X. Трубопровод 1 включает в себя полую внутреннюю трубу 2, проходящую в продольном направлении оси X между первым и вторым концами (1a, 1b) трубопровода. Эта внутренняя труба 2 содержит внутреннюю поверхность 2 а вблизи оси X и внешнюю поверхность 2b, расположенную дальше от оси X. Внутри внутренней поверхности 2 а проходит полость 2 с,расположенная между входным отверстием и выходным отверстием полости, находящимися на каждом ее конце. Полость 2 с предназначена для транспортировки жидкости между вышеуказанными входным и выходным отверстиями. На фиг. 1b показано, что трубопровод 1 имеет, по существу, цилиндрическую форму, но могут быть реализованы и другие формы. Внутренняя труба 2 может быть изготовлена из электрически изолирующего материала, например полимера. Этот материал может представлять собой предпочтительно полиамид или поливинилидендифторид (ПВДФ). Внутренняя труба 2 может также быть изготовлена из электрически проводимого материала, на-2 021861 пример стали. В этом случае она будет содержать, по меньшей мере, на ее внешней поверхности 2b электроизоляционный слой 2d, который можно видеть на фиг. 2, например, состоящий из одного из вышеупомянутых полимеров или композитного материала, содержащего стекловолоконные или кевларовые волокна, внедренные в полимерный материал того же вышеупомянутого типа. Этот электроизоляционный слой 2d имеет толщину в поперечном направлении, например, в диапазоне от 0,5 до 10 мм, которая,в частности, зависит от напряжения V, прикладываемого к нагревательному слою. По меньшей мере, нагревательный слой 3 и теплоизоляционный слой 10 наносятся на эту внутреннюю трубу 2 трубопровода 1, затем размещаются или формируются средства дистанционирования 10 а, и наружная труба 11 размещается или формируется на вышеупомянутых средствах дистанционирования 10 а. Нагревательный слой 3 представляет собой композитный материал, содержащий, по меньшей мере,углеродные волокна, внедренные в полимер. Этот полимер может представлять собой предпочтительно полиамид или поливинилидендифторид (ПВДФ). Углеродные волокна обладают способностью проводить электрический ток для нагрева трубы за счет джоулева тепла. Электрическое сопротивление R такого нагревательного слоя 3 между первым и вторым концами (1a, 1b) трубопровода может быть описано следующей формулой: где fibre - удельное электрическое сопротивление углеродных волокон, равное, например,fibre=1,910-5 Омм при температуре 20 С, что, по существу, в 1100 раз больше, чем удельное сопротивление меди при температуре 20 С;L - длина нагревательного слоя 3 между первым и вторым концами (1a, 1b) в продольном направлении X;Dmoy - средний диаметр нагревательного слоя 3; Ер - толщина нагревательного слоя в поперечном направлении;- угол наклона, образуемый углеродными волокнами относительно направления оси X. Толщина Ер и угол наклонадают возможность при определении размеров нагревательного слоя задавать величину электрического сопротивления нагревательного слоя 3 и тем самым величину потребляемой электрической мощности Р для нагрева трубы 2. Эта электрическая мощность равна Р=V2/R, гдеV - электрическое напряжение, прикладываемое к вышеупомянутому нагревательному слою 3 между первым и вторым концами. Угол наклонаможет принимать любое значение между 0 и 70. Однако для простоты изготовления и ввиду риска расслаивания композитного материала при возможном изгибе трубопровода 1 (например, во время его размещения на морском дне), когда используется меньшее значение угла наклона, этот угол наклона будет преимущественно превышать 10. Для угла наклона в диапазоне от 10 до 70 величина коэффициента cos2, по существу, изменяется от 0,12 до 0,97, что означает, что электрическое сопротивление R нагревательного слоя 3 может изменяться в очень широком диапазоне только за счет задания этого угла наклонауглеродных волокон. Нагревательный слой 3 может быть изготовлен с помощью известных средств, представленных в патентной публикации FR-2873952, с использованием заранее сформированных полосок композитного материала, в котором каждая полоска проходит в основном направлении и содержит углеродные волокна, внедренные в полимер, причем вышеупомянутые углеродные волокна сориентированы, по существу,в вышеупомянутом основном направлении заранее сформированной полоски. Нагревательный слой 3 может быть изготовлен в виде пакета субслоев, причем каждый субслой содержит углеродные волокна, расположенные с заранее заданным углом наклонаотносительно продольного направления X. Каждый субслой, таким образом, содержит углеродные волокна, расположенные с углом наклона, который отличается от угла наклона соседнего субслоя. Например, каждый субслой образуется с помощью заранее сформированных полосок, как объяснялось выше. В качестве возможного варианта два соседних субслоя могут иметь противоположные углы наклона для формирования решетки в форме ромбов, если смотреть от внешней поверхности нагревательного слоя 3. Каждый субслой с номером i имеет угол наклона Epi, толщину Epi, средний диаметр Dmoyi и имеет базовое электрическое сопротивление Ri. Базовое электрическое сопротивление Ri каждого субслоя с номером i может быть вычислено с помощью приведенной выше формулы для слоя, имеющего углеродные волокна, расположенные с одинаковым углом наклона. Электрическое сопротивление R нагревательного слоя 3 может быть затем вычислено путем соединения базовых сопротивлений Ri каждого субслоя в параллель, т.е. с помощью формулы Посредством задания угла наклона углеродных волокон в нагревательном слое 3 может быть получена желаемая величина электрического сопротивления R для нагрева. Благодаря этому нагревательному слою 3, содержащему углеродные волокна, должным образом распределенные в полимерном материале, нагрев является более равномерным вокруг трубы 2. Кроме того, если одно или несколько углеродных волокон оборвутся в каком-либо месте на трубопроводе, электрический ток будет продолжать протекать. Кроме того, если используется множество субслоев с различными углами наклона, то углеродные волокна пересекаются и находятся, по меньшей мере, частично в контакте друг с другом, так что электрический ток и нагрев остаются равномерными в нагревательном слое 3. Затрагивается только зона, где волокна оборваны. Следовательно, такой трубопровод 1 может допускать наличие дефектов изготовления и неисправности при эксплуатации, которые могут приводить лишь к локализованному повреждению. Средства дистанционирования 10 а размещаются с некоторым интервалом вдоль трубопровода 1 в продольном направлении X. Их назначение - надежно удерживать наружную трубу 11 на расстоянии от внутренней трубы 2 и защищать теплоизоляционный слой 10 от высокого внешнего давления, прикладываемого с наружной стороны трубопровода 1. Они содержат, например, кольцевые элементы, проходящие радиально от нагревательного слоя 3 к наружной трубе 11, по существу, в поперечной плоскости, перпендикулярной продольному направлениюX. Эти средства дистанционирования 10 а могут представлять собой композитный материал, содержащий армирующий наполнитель, внедренный в полимерный материал, сформированный на внутренней трубе 2 и нагревательном слое 3. Армирующий наполнитель может содержать стекловолоконные или кевларовые волокна для увеличения механической прочности вышеупомянутых средств дистанционирования. В альтернативном варианте они состоят из одного или нескольких элементов, проходящих в продольном и радиальном направлениях от нагревательного слоя 3 к наружной трубе 11. В такой конструкции эти средства дистанционирования 10 а могут быть изготовлены методом экструзии или располагаться на внутренней трубе 2, оснащенной нагревательным слоем 3. Теплоизоляционный слой 10 может быть заранее сформирован в виде широких полосок материала,предназначенных для монтажа между вышеупомянутыми средствами дистанционирования 10 а. Ширина каждой полоски, по существу, такая же, как расстояние между каждым средством дистанционирования 10 а в продольном направлении X, а ее длина такая же, как внешняя огибающая окружность нагревательного слоя 3. Каждая полоска 10 теплоизоляционного слоя затем монтируется путем ее навивки вокруг нагревательного слоя 3 между каждым средством дистанционирования 10 а. Полоски 10 теплоизоляционного слоя состоят, например, из материала с высокой теплоизолирующей способностью, такого как вспененный полиуретан. В качестве варианта этот теплоизоляционный слой 10 изготавливается методом литья под давлением с помощью инжекционных средств, впрыскивающих материал в полости, ограниченные нагревательным слоем 3, средствами дистанционирования 10 а и наружной трубой 11. В качестве возможного варианта средства дистанционирования 10 а содержат проемы в продольном направлении, так что соседние полости сообщаются друг с другом, и материал теплоизоляционного слоя 10 может быть инжектирован с помощью вышеупомянутых инжекционных средств во все полости. В этом случае материал теплоизоляционного слоя 10 представляет собой преимущественно пенистый материал, такой как вспененный полиуретан. Наружная труба 11 может быть изготовлена из стали или композитного материала, содержащего углеродные волокна и полимер, такой как полиамид или поливинилидендифторид (ПВДФ). Наружная труба 11 может быть предпочтительно изготовлена из композитного материала, содержащего по меньшей мере один армирующий наполнитель, внедренный в полимер, причем армирующий наполнитель содержит, по меньшей мере, углеродные волокна. Предпочтительно использовать один и тот же полимер для нагревательного слоя 3, средств дистанционирования 10 а и наружной трубы. Внутренняя труба 2 также предпочтительно изготавливается из такого же полимера. Трубопровод 1 представляет собой многослойный композиционный материал, содержащий полимер, такой как полиамид или поливинилидендифторид (ПВДФ). В результате имеется возможность изготавливать такой трубопровод очень большой длины и с помощью автоматизированного оборудования. Благодаря такой конструкции стоимость производства такого трубопровода очень низкая несмотря на то, что он содержит дорогостоящий материал, такой как углеродные волокна. Наружная труба 11 может быть изготовлена с помощью того же метода, что и нагревательный слой 3. Она может включать в себя множество субслоев, причем каждый субслой содержит углеродные волокна, расположенные под заранее заданным углом наклона. Кроме того, каждый субслой может быть сформирован с помощью заранее изготовленных полосок. Кроме того, угол наклона субслоя имеет величину, противоположную углу наклона соседнего или примыкающего к нему субслоя. Угол наклона этих субслоев в результате составляет преимущественно от 20 до 70. Благодаря наличию наружной трубы 11 трубопровод 1 является очень прочным. Он может выдерживать очень высокое внешнее давление, например, превышающее 100 бар и предпочтительно более 200 бар. Для увеличения стойкости к внешнему давлению угол наклона должен быть преимущественно от 60 до 70, а предпочтительно около 65. Благодаря наличию наружной трубы 11 трубопровод 1 также является стойким к очень высоким усилиям сжатия. Для увеличения предела прочности при сжатии и прочности на разрыв в продольном направлении X угол наклона должен быть предпочтительно в диапазоне от 20 до 30, а предпочтительно около 25. Трубопровод 1 также является стойким к очень высоким изгибающим усилиям. Он может быть намотан с очень малым радиусом кривизны, например менее 20 м, а предпочтительно менее10 м. Угол наклона от 50 до 70 будет предпочтительным для получения малого радиуса кривизны. Трубопровод можно тогда использовать в море на больших глубинах без риска повреждения во время монтажа, с использованием как способа S-образной укладки труб, так и способа J-образной укладки труб, при которых на трубопроводе формируется один или несколько изгибов, перед тем как он будет уложен на морское дно. Благодаря заданию угла наклона углеродных волокон в наружной трубе 11 может быть обеспечена желаемая величина механической прочности трубопровода к внешнему давлению, продольному сжатию или растяжению либо изгибающим усилиям. Благодаря очень прочной наружной трубе 11 внутренняя труба 2 может иметь малую толщину стенок и быть изготовлена из менее прочного материала, что означает, что она должна только быть способной обеспечить изготовление следующих друг за другом слоев на вышеупомянутой внутренней трубе 2,а не выдерживать усилия внешнего давления на трубопровод 1. Нагревательный слой 3 имеет в результате меньшее расстояние от внутренней поверхности 2 а трубы 2, и нагрев транспортируемой жидкости является более эффективным. Кроме того, для нагрева жидкости требуется меньшая величина мощности. К примеру, труба диаметром 6 дюймов (приблизительно 15 см), содержащая 54 слоя углеродных волокон, внедренных в полимер Полиамид РА 11, с первым субслоем, имеющим углы наклона 25, и вторым субслоем, имеющим углы наклона 65, причем вышеупомянутые субслои имеют толщину 15 мм, имеет следующие механические свойства: стойкость к внешнему давлению 245 бар, стойкость к внутреннему давлению жидкости 1500 бар, предел прочности на разрыв 550 метрических тонн. На фиг. 3 показан один вариант реализации конца 1b трубопровода согласно данному изобретению,содержащий средства электропитания 6 для нагревательного слоя 3, предназначенные для подачи электрического тока в нагревательный слой 3; механические крепежные средства 7 для трубопровода, предназначенные для соединения его с другим устройством или другим трубопроводом, содержащим идентичные или дополняющие крепежные средства. Каждый конец 1a, 1b трубопровода 1 содержит средства электропитания, так что напряжение V,прикладываемое между двумя средствами электропитания, вызывает появление электрического тока I,протекающего в нагревательном слое 3. По закону Ома мы имеем: I=V/R. Показанные здесь средства электропитания 6 включают в себя кабель 6 а, подходящий к внешней поверхности трубопровода 1, и соединительный элемент 6b, образующий контакт с углеродными волокнами нагревательного слоя 3 и присоединенный к вышеупомянутому кабелю 6 а. Согласно первому варианту (не показан) соединительный элемент 6b находится в контакте с углеродными волокнами нагревательного слоя 3 на поперечной контактной поверхности вышеупомянутого нагревательного слоя 3, причем вышеупомянутая контактная поверхность, по существу, перпендикулярна продольному направлению X и расположена на одном продольном конце вышеупомянутого нагревательного слоя 3. Эта контактная поверхность является, по существу, кольцевой. Согласно второму варианту, показанному на фиг. 3, соединительный элемент 6b имеет скошенную форму в продольном сечении и входит в канавку 3 а нагревательного слоя 3 для образования контакта с углеродными волокнами нагревательного слоя 3 на контактной поверхности, расположенной, по меньшей мере, частично под углом в вышеупомянутой канавке 3 а. Соединительный элемент 6b и канавка 3 а имеют кольцевую форму и расположены вокруг продольной оси X. Канавка 3 а расположена вблизи одного конца нагревательного слоя в продольном направлении. Благодаря такой конструкции контактная поверхность между соединительным элементом 6b и нагревательным слоем 3 увеличивается. Крепежные средства 7 показаны на фиг. 3. Эти крепежные средства, например, включают в себя первую часть 8, соединенную с трубой 2, содержащую, например, продольную часть 8 а, прикрепленную к трубе 2 и проходящую в продольном направлении X, и затем радиальную часть 8b, выступающую наружу; вторую часть 9, содержащую продольную часть 9 а, смонтированную герметично от утечек жидкости на внешней поверхности трубопровода 1, и радиальную часть, прикрепленную к радиальной части 8b первой части 8 с помощью зажимных приспособлений, таких как болты. Эти крепежные средства 7 могут быть также предназначены для удержания средств электропитания 6 нагревательного слоя 3. Трубопровод 1 может содержать датчик температуры, рассчитанный на соединение со средствами управления, предназначенными для регулирования величины электрического тока в нагревательном слое 3. Датчик температуры может содержать оптоволокно, предназначенное для измерения температурного профиля вдоль трубопровода 1 в продольном направлении X. Средства управления, таким образом,получают множество сигналов измерения температуры, причем каждое измерение соответствует различной позиции вдоль трубопровода 1 в продольном направлении X. Оптоволокно может быть внедренным в нагревательный слой 3. Предпочтительно, чтобы внутренняя труба 2 была изготовлена из полимера, а датчик температуры или оптоволокно было внедрено во внутреннюю трубу 2, с тем чтобы датчик температуры измерял по меньшей мере одну температуру между нагревательным слоем 3 и внутренней поверхностью 2 а трубы 2. Такое измерение, выполняемое ближе к жидкости, дает более точную информацию для регулирования средств управления. Трубопровод 1 может быть изготовлен с использованием следующего способа. Вышеупомянутый трубопровод содержит полую внутреннюю трубу 2, проходящую в продольном направлении X и предназначенную для транспортировки жидкости в трубе, причем вышеупомянутая труба содержит по меньшей мере одну электроизоляционную внешнюю поверхность 2 а. Способ включает в себя выполнение, по меньшей мере, следующих этапов: формирование нагревательного слоя 3 на трубе, причем вышеупомянутый нагревательный слой 3 содержит углеродные волокна, внедренные в полимерный материал; размещение теплоизоляционного слоя 10 вокруг нагревательного слоя 3; размещение средств дистанционирования 10 а; размещение наружной трубы 11 вокруг теплоизоляционного слоя 10, причем вышеупомянутая наружная труба 11 рассчитана на выдерживание внешнего давления, по меньшей мере, превышающего 100 бар, и вышеупомянутые средства дистанционирования размещаются между внутренней трубой 2 и наружной трубой 11 для надежного удержания наружной трубы 11 на расстоянии от внутренней трубы 2; размещение средств электропитания 6 для подачи электрического тока в вышеупомянутый нагревательный слой 3, причем вышеупомянутый электрический ток протекает в вышеупомянутом нагревательном слое для нагрева внутренней трубы. Труба 2 может быть изготовлена методом экструзии из полимерного материала. Формирование нагревательного слоя 3 может быть обеспечено путем навивки углеродных волокон вокруг внутренней трубы 2 под первым заранее заданным углом, предназначенным для получения требуемого электрического сопротивления вышеупомянутого нагревательного слоя 3. С этой целью используются заранее сформированные полоски из композитного материала, намотанные вокруг внутренней трубы 2 и затем нагреваемые для частичного расплавления полимера и прилипания к внутренней трубе. Средства дистанционирования 10 а содержат армирующий наполнитель, внедренный в полимерный материал. Они могут быть сформированы непосредственно на внутренней трубе 2 и нагревательном слое 3 после формирования нагревательного слоя 3 с помощью любого технологического процесса, такого как, например, литье в форму, экструзия или совместная экструзия. Наружная труба 11 может быть сформирована непосредственно на средствах дистанционирования 10 а из углеродных волокон, внедренных в полимерный материал. Могут также использоваться заранее сформированные полоски из композитного материала, намотанные вокруг средств дистанционирования 10 а и затем нагреваемые для частичного расплавления полимера и прилипания к вышеупомянутым средствам дистанционирования. Углеродные волокна наружной трубы могут в опциональном варианте быть намотаны по меньшей мере под одним заранее заданным углом, предназначенным для обеспечения механической прочности наружной трубы 11, таким образом, чтобы вышеупомянутая наружная труба могла выдерживать внешнее давление, к примеру, превышающее 100 бар, а предпочтительно более 200 бар. И наконец, трубопровод 1 может быть изготовлен с использованием непрерывного производственного процесса, в котором внутренняя труба 2 изготавливается методом экструзии, нагревательный слой 3 формируется на трубе, средства дистанционирования 10 а формируются методом экструзии на нагревательном слое 3 при одновременном формировании продольных полостей, теплоизоляционный материал впрыскивается под давлением в вышеупомянутые полости и наружная труба 11 формируется на средствах дистанционирования. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Трубопровод для транспортировки жидкости, содержащей углеводород, при этом трубопровод включает в себя полую внутреннюю трубу (2), проходящую в продольном направлении (X) и предназначенную для транспортировки вышеупомянутой жидкости во внутренней трубе, причем вышеупомянутая внутренняя труба (2) имеет по меньшей мере одну электроизоляционную внешнюю поверхность (2b); нагревательный слой (3), расположенный на внутренней трубе и содержащий углеродные волокна,внедренные в полимерный материал; теплоизоляционный слой (10), расположенный вокруг нагревательного слоя (3); наружную трубу (11), расположенную вокруг теплоизоляционного слоя (10), причем вышеупомянутая наружная труба (11) рассчитана на выдерживание внешнего давления, по меньшей мере, превышающего 100 бар; средства дистанционирования (10 а), размещаемые между внутренней трубой (2) и наружной трубой(11) для надежного удержания наружной трубы (11) на расстоянии от внутренней трубы (2); средства электропитания (6), предназначенные для подачи электрического тока в вышеупомянутый нагревательный слой (3), причем вышеупомянутый электрический ток протекает в вышеупомянутом нагревательном слое для нагрева внутренней трубы. 2. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что наружная труба (11) содержит углеродные волокна,внедренные в полимерный материал. 3. Трубопровод по п.2, отличающийся тем, что углеродные волокна нагревательного слоя (3) намотаны вокруг внутренней трубы (2) под первым заранее заданным углом, предназначенным для обеспечения требуемого электрического сопротивления вышеупомянутого нагревательного слоя (3); углеродные волокна наружной трубы (11) намотаны вокруг внутренней трубы (2), по меньшей мере, под вторым заранее заданным углом, предназначенным для обеспечения механической прочности вышеупомянутой наружной трубы. 4. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что средства дистанционирования (10 а) содержат армирующий наполнитель, внедренный в полимерный материал, причем вышеупомянутые средства дистанционирования сформированы на внутренней трубе (2) и нагревательном слое (3). 5. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что средства электропитания (6) содержат соединительный элемент (6b), входящий в контакт по меньшей мере с одной, по существу, поперечной или расположенной под углом контактной поверхностью, расположенной вблизи одного конца нагревательного слоя(3) в продольном направлении (X). 6. Способ производства трубопровода для транспортировки жидкости, содержащей углеводород,причем вышеупомянутый трубопровод содержит полую внутреннюю трубу (2), проходящую в продольном направлении (X) и предназначенную для транспортировки вышеупомянутой жидкости в трубе, причем вышеупомянутая внутренняя труба (2) имеет по меньшей мере одну электроизоляционную внешнюю поверхность (2b), причем вышеупомянутый способ содержит, по меньшей мере, следующие этапы: формирование нагревательного слоя (3) на внутренней трубе, причем вышеупомянутый нагревательный слой (3) содержит углеродные волокна, внедренные в полимерный материал; размещение теплоизоляционного слоя (10) вокруг нагревательного слоя (3); размещение средств дистанционирования (10 а); размещение наружной трубы (11) вокруг теплоизоляционного слоя (10), причем вышеупомянутая наружная труба (11) рассчитана на выдерживание внешнего давления, по меньшей мере, превышающего 100 бар, и вышеупомянутые средства дистанционирования размещаются между внутренней трубой (2) и наружной трубой (11) для надежного удержания наружной трубы (11) на расстоянии от внутренней трубы (2); размещение средств электропитания (6) для подачи электрического тока в вышеупомянутый нагревательный слой (3), причем вышеупомянутый электрический ток протекает в вышеупомянутом нагревательном слое для нагрева внутренней трубы. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что формирование нагревательного слоя (3) обеспечивают путем намотки углеродных волокон вокруг внутренней трубы (2) под первым заранее заданным углом,предназначенным для обеспечения требуемого электрического сопротивления вышеупомянутого нагревательного слоя. 8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что средства дистанционирования (10 а) содержат армирующий наполнитель, внедренный в полимерный материал, и вышеупомянутые средства дистанционирования формируются непосредственно на внутренней трубе (2) и нагревательном слое (3) после формирования нагревательного слоя (3). 9. Способ по п.6, отличающийся тем, что наружная труба (11) сформирована из углеродных волокон, внедренных в полимерный материал, непосредственно на средствах дистанционирования (10 а). 10. Способ по п.6, отличающийся тем, что наружная труба (11) сформирована путем намотки углеродных волокон вокруг средств дистанционирования (10 а) и теплоизоляционного слоя (10), по меньшей мере, под вторым заранее заданным углом, предназначенным для обеспечения механической прочности вышеупомянутой наружной трубы (11).
МПК / Метки
МПК: F16L 9/147, F16L 9/18, F17D 1/18, F16L 9/04, F16L 53/00, F16L 1/20
Метки: содержащей, трубопровод, углеводород, жидкости, способ, транспортировки, трубопровода, производства, такого
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/9-21861-truboprovod-dlya-transportirovki-zhidkosti-soderzhashhejj-uglevodorod-i-sposob-proizvodstva-takogo-truboprovoda.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Трубопровод для транспортировки жидкости, содержащей углеводород, и способ производства такого трубопровода</a>
Предыдущий патент: Способ разработки россыпных месторождений в селе- и паводкоопасных районах
Следующий патент: Способ анализа качества стекла
Случайный патент: Жидкая инсектицидная композиция