Криогенная промышленность связана с большими отрицательными температурами (температуры ниже 120 град. К). Раньше для компенсации деформаций трубопровода при транспортировке рабочей среды в виде сжиженного газа применялись П-образные компенсаторы. В настоящее время их нишу заняли, и успешно работают, сильфонные компенсаторы, обладающие большей жесткостью и имеющие достаточно компактные размеры.
 |
 |
Они продлевают срок службы трубопровода и отличаются большей надежностью. В криогенной арматуре применяются сильфоны, в различных узлах, в криогенных трубопроводах, системах хранения и выдачи продуктов разделения воздуха. Одним из потребителей таких компенсаторов является ведущее предприятие России в области криогенной техники ОАО «Криогенмаш».
Одним из способов транспортировки жидкостей со сверхнизкими температурами является проектирование и монтаж криогенного трубопровода. Он обеспечивает поставку сжиженных газов от поставщика к потребителю. На сегодняшний день известны несколько моделей трубопроводов для криогенных жидкостей. Можно говорить о большом скопившемся опыте у производителей оборудования, так как монтаж трубопроводной системы сопряжен с выполнением целого ряда специфических требований. Некоторые фирмы берут на себя обязательство полного обслуживания трубопроводов. Работы начинаются с проектирования системы, расчета основных элементов. Далее производится монтаж и подготовка эксплуатационной документации.
Технология проектирования криогенных трубопроводов
Для каждого конкретного случая должно быть определено техническое задание. Первым делом проектируется трубопровод, согласно основным предписанным требованиям. В процессе монтажа необходимо выполнить следующие основные задачи:
- разработать схему подведения трубопровода;
- выбрать и рассчитать тип теплоизоляции;
- учесть температурные деформации;
- рассчитать места установки опор;
- обеспечить безопасность работы.
Определенная доля всех поставленных задач решается при проектировке любого трубопровода. Задачи, характерные именно для криогенных трубопроводов заключаются в обеспечении теплоизоляции и компенсации температурных расширений.
Теплоизоляция трубопровода
Удельная теплота парообразования, то есть, энергия, необходимая для испарения жидкости, находится в зависимости от температуры кипения. Чем ниже эта температура, тем меньше энергии потребуется для испарения жидкости. Сжиженные газы имеют низкие показатели температуры кипения. Следовательно, небольшое количество теплоты способно привести к значительному испарению. Это означает, что теплоизоляция криогенного трубопровода должна обеспечить постоянство температуры носителя.
Теплоизоляция криогенных трубопроводов обеспечивается двумя принципиальными способами: вакуумным методом и невакуумным. Невакуумная изоляция подразумевает сборку конструкции под давлением, равным атмосферному, что существенно упрощает процедуру изготовления системы, делая ее более дешевой. Принцип такой изоляции основан на применении веществ с плохой теплопроводностью. Используются различные пористые материалы, вата минеральная, пеностекло, пенополиуретан.
Защитные слои, укладываемые в полость трубопровода, защищают криогенное вещество от поступления извне количества теплоты путем теплопередачи или конвекции. Данные материалы служат защитой и от лучистой энергии. Вокруг трубы, которая будет играть роль несущего элемента конструкции, сооружается металлический каркас. Пространство между трубой и каркасом заполняется вышеперечисленными веществами. Однако такая изоляция обеспечивает теплозащиту только при определенных условиях внешней среды. Ее применяют при относительно небольшой длине трубопровода.
Вакуумная изоляция считается наиболее надежной, так как безвоздушное пространство способно проявлять теплоизоляционные свойства. Схематически трубопровод с вакуумной изоляцией можно представить как «труба в трубе». Внутренняя труба играет роль несущего элемента, а внешняя труба служит каркасом. Между этими трубами создается вакуум.
Вакуумная теплоизоляция бывает нескольких видов:
- вакуумно-порошковая;
- вакуумно-волокнистая;
- вакуумно-многослойная.
Наиболее эффективной и технологичной теплоизоляцией считается экранно-вакуумная (вакуумно-многослойная). В криогенных трубопроводах изоляционные свойства зависят от глубины вакуума. Между трубами до заполнения системы создается вакуум в 13 Па. После заполнения глубина вакуума увеличивается за счет адсорбционных поглотителей.
Компенсации температурных деформаций
Не стоит забывать, что к деформации трубопровода могут привести не только высокие, но и низкие температуры. Если не предусмотреть возможность компенсации деформации, то это явление приведет к разрушению конструкции. При температуре порядка ста градусов ниже нуля деформация внутренней трубы может привести к сокращению ее размера на десятки миллиметров. При различной длине трубопровода эти показатели могут быть допустимыми или критичными.
В общем случае, внутрь наружной трубы устанавливаются сильфонные компенсаторы. Их количество зависит от конкретных свойств модели трубопровода. Сильфонные компенсаторы устанавливаются на прямолинейный участках трубопровода. Если магистраль имеет угловые соединения, то внутренняя труба способна самокомпенсироваться за счет изгиба. Все это позволяет корректно рассчитать количество компенсаторов при проектировании системы. Именно абсолютные значения деформации влияют на выбор принципа изготовления криогенной трубы. Большие деформации способна выдерживать цельная труба, длина которой может составлять до 50 метров. Второй вариант – изготовление секций по 10-12 метров. Такой тип труб называется ампульным.
Монтаж криогенных трубопроводов
Независимо от того, к какому типу относится тот или иной трубопровод, его изготовление ведется по единому принципу. Отличительной особенностью каждого типа служит процесс вакуумирования. Если при изготовлении трубы ампульного типа можно задействовать производственные условия, то для вакуумирования длинных труб требуется часть технологического процесса проводить на месте установки системы. К таким процессам может быть отнесена установка компенсаторов или адсорбционных устройств.
Для работ по вакуумированию требуется на место сборки доставлять необходимое оборудование. Естественно, такие работы не могут выполняться в холодное время года. Перечисленные минусы свидетельствуют о том, что наиболее удобными в производстве и монтаже являются элементы ампульного типа. Единственное важное требование, которое предъявляется к таким трубопроводам заключается в обеспечении надежной теплоизоляции зоны стыка.
