СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ИЛИ БАКОВ
ELECTRIC TEMPERATURE CONTROL SYSTEM OF PIPELINES OR TANKS

Настоящее изобретение относится к системе электрического термостатирования трубопроводов для транспортировки жидких и полужидких продуктов. Более того, настоящее изобретение относится к возможности поддержания температуры (нагрева) рабочей среды, транспортируемой при помощи трубопровода или хранимой в баке.
В уровне техники хорошо известно, в частности во многих производственных процессах химической и пищевой промышленности и в подобных отраслях, что необходимо поддерживать продукт при постоянной температуре на протяжении всего процесса транспортировки или перекачки для того, чтобы гарантировать сохранение его свойств, в частности степень вязкости, таким образом, чтобы сделать транспортировку посредством прохождения по трубопроводам возможной и экономичной.
В таком случае термостатирование процесса перекачки достигается при помощи теплоизолированных трубопроводов, состоящих из двух концентричных труб, которые образуют полость, через которую может проходить терморегулирующая жидкость. Данное решение осуществляется при помощи блока механических компонентов (труб, изгибов, оснований), соединенных при помощи стационарных сварных швов.
Установлено, что подобная технология термостатирования может спровоцировать, в некоторых случаях, загрязнение рабочей среды терморегулирующей жидкостью при наличии любых трещин или коррозии технологического трубопровода. Такие случаи особо опасны во всех областях применения, в частности в химической отрасли, когда между двумя текучими средами возможна реакция с возможностью разрыва самой трубы; в фармацевтической и пищевой отраслях, где возможное загрязнение может сделать перекачиваемый продукт опасным и непригодным.
Такую опасность можно снизить, предпринимая предохранительные меры, такие как, например, постоянный контроль качества и частое техническое обслуживание установки и оборудования.
Однако такие меры усложняют производственные процессы и, следовательно, вызывают увеличение затрат.
Более того, в случае неожиданного разрыва трубы, может быть сложно идентифицировать его положение, следствием чего является повышение затрат, вызванное также относительными потерями продукта.
Эти хорошо известные системы также могут вызывать отсутствие однородности в поперечном сечении потока терморегулирующей жидкости внутри полости, из-за установки предпочтительных потоков этой жидкости, и, следовательно, неравномерного распределения температур на поверхности теплообмена между терморегулирующей и термостатируемой жидкостями. Данный недостаток усиливается вследствие состояния поверхности в области теплообмена, так отложения и накипь усугубляют отсутствие однородности распределения теплоты.
Более того, изоляция наружной трубы полости может быть сложной, при формировании "на месте", поскольку это не очень практичная технология, особенно для фармацевтической и пищевой промышленностей, при этом технологический трубопровод и средства термостатирования требуют частого вмешательства и перемещений из-за рабочих и производственных необходимостей.
В конечном счете, подобная технология требует применения превосходных материалов, таких как нержавеющая сталь, с низким содержанием углерода и высокой коррозионной стойкостью.
Проблемы, перечисленные выше, в настоящее время можно преодолеть при помощи создания системы, которая способна исключить риск загрязнения между терморегулирующей жидкостью и продуктом, которая состоит из нагревающего элемента, размещаемого по контуру терморегулирующей жидкости, полностью независимо от рабочего контура. Данное решение может представлять серьезные недостатки в случае трубопроводов, которые необходимо установить снаружи в низкотемпературных областях, в частности, когда в качестве терморегулирующей жидкости предполагается использовать воду, и трубопровод работает с перерывами. Следовательно, такие ситуации требуют поддержания функционирования терморегулирующего контура для избежания такого явления, как замораживание.
В системах такого типа применяется электрическое трассирование технологического трубопровода, в частности для непосредственного размещения электрического нагревающего элемента вдоль трубопровода. Из-за ограниченной протяженности поверхности контакта между нагревающим элементом и технологическим трубопроводом получаемый теплообмен снижается и, таким образом, для достижения подобного полезного эффекта необходимо предусмотреть высокие температуры в нагревающем элементе. Неизбежно, высокие локализированные температуры создают отсутствие однородности распределения температур вдоль поперечного сечения технологического трубопровода с пиками в соответствующих точках контакта.
Данное распределение температур может быть несовместимо с особыми свойствами продукта, в особенности в фармацевтической и пищевой отраслях.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеупомянутых недостатков.
В частности, настоящее изобретение относится к электрической системе электрического термостатирования трубопроводов для транспортировки жидких и полужидких продуктов, с признаками пункта 1 прилагаемой формулы изобретения.
Особенности и преимущества системы согласно настоящему изобретению станут более понятны из следующего описания одного из его типичных воплощений, иллюстративного, но не ограничивающего, приведенного со ссылкой на схематичные прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает продольный разрез трубы, к которой применена система в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 изображает поперечное сечение (А-А на Фиг.1) трубы, к которой применена система в соответствии с первым воплощением настоящего изобретения (рубашка из двух частей);
Фиг.3 изображает поперечное сечение трубы, к которой применена система в соответствии со вторым воплощением настоящего изобретения (рубашка из одной части);
Фиг.4 изображает поперечное сечение (В-В на Фиг.1) трубы в соответствии с соединением, к которому применена система согласно настоящему изобретению;
Фиг.5 изображает дополнительное поперечное сечение (С-С с фиг.1) трубы в соответствии с соединением, к которому применена система согласно настоящему изобретению;
Фиг.6 изображает дополнительное поперечное сечение (D-D с Фиг.1) трубы в соответствии с соединением, к которому применена система согласно настоящему изобретению;
Фиг.7 изображает продольный разрез участка трубы на изгибе;
Фиг.8 изображает продольный разрез участка трубы, имеющей Т-образное ответвление;
Фиг.9, 10, 11, 12 и 13 изображают систему в соответствии с настоящим изобретением, используемую для нагревания текучих сред, хранящихся в баках;
Фиг.14, 15 изображают продольный разрез и поперечный разрез вдоль сечения Е-Е соединения системы с вводом нагревающего элемента в рубашку на этапе предварительной сборки;
Фиг.16, 17 изображают продольный разрез и поперечный разрез вдоль сечения F-F соединения системы при работе для ввода нагревающего элемента в рубашку на этапе монтажа;
Фиг.18, 19, 20, 21 изображают продольный разрез и три поперечных разреза вдоль сечения G-G соединения системы при работе с расположением нагревающего элемента на внутренней оболочке рубашки на этапе монтажа.
Изображенная на вышеуказанных чертежах система согласно настоящему изобретению применима к технологическому трубопроводу или к баку, и предусматривает формирование и предварительную сборку трубчатого элемента (рубашки), предпочтительно состоящей из двух частей (половин оболочки), покрывающих по меньшей мере частично поверхность вышеуказанной трубы или бака, или по существу элемента, температуру которого необходимо стабилизировать, и имеющего средства наружной механической защиты (внешнюю оболочку), средства для термоизоляции от окружающей среды (изоляцию), элемент для генерации тепловой энергии (электрический нагревательный элемент), элемент для распределения тепловой энергии по направлению внутрь (внутренняя оболочка), один или несколько каналов для линии подачи электричества, и электрические и/или пневматические соединения для управляющей аппаратуры вдоль трубопровода. Трубчатые элементы представляют собой предварительно изготовленные модульные и независимые элементы, и они могут быть помещены в определенном количестве на различных участках технологического трубопровода или бака.
Тепловая энергия, вырабатываемая генератором, распределяется вдоль технологического трубопровода при помощи распределительного элемента, находящегося в тесном контакте с трубопроводом, что обеспечивает равномерную температуру по всей периферии технологического трубопровода.
Вышеуказанный трубчатый элемент может также быть выполнен как одна деталь, в этом случае его нельзя установить на существующие трубы, но предусмотрено его помещение на трубу на предварительном этапе сборки.
Что касается особых участков трубопровода (например, изгибов, ответвлений, муфтовых соединений и подобного), постоянство подачи электричества обеспечивается проходом в изолирующей оболочке, и, при помощи изолированных половин оболочки, и, таким образом, создается тепловая и механическая изоляция от внешней среды.
Предпочтительно, если рубашка, в соответствии с соединением между двумя криволинейными участками технологического трубопровода, на которые она наносится для обеспечения непрерывности электрической цепи, содержит изолирующую оболочку для линии подачи электричества, направляющее покрытие из неопрена и наружное соединение.
Также предпочтительно, если рубашка крепится к трубе на месте.
Таким образом, можно создать комплект модульных элементов полной функциональности, при помощи которого можно выполнять оболочку, обладающую функцией термостатирования любого технологического трубопровода, со сварными или фланцевыми соединениями.
В случае труб с большим диаметром и баков для хранения, система предусматривает, что такие трубчатые элементы собираются при помощи плит, поскольку модульные элементы обладают такими же функциональными свойствами, как и рубашка, описанная выше.
Оболочка собирается при помощи продольного соединения множества плит, предпочтительно, соединенных подобно рольставням при помощи эластичного элемента, обеспечивающего оптимальную укладку внутренней оболочки каждой плиты на внешнюю поверхность трубы большого диаметра или бака для изолирования и нагрева.
Электрические разъемы на концах плит создают непрерывную линию подачи электричества и параллельно осуществляют предоставление нагревающих элементов.
Вместо этого, что касается различных компонентов установки (например, клапанов, фильтров, насосов и т.д.), система предусматривает создание внутренней оболочки простой геометрической формы (например, в форме параллелепипеда, цилиндра, сферы), которая подходит для герметизации компонентов установки.
Оболочка состоит из двух или более частей так, чтобы ее можно было расположить или удалить с элемента, подлежащего термостатированию, и внутри половин оболочек размещаются должным образом поданные электрические нагревающие элементы. Термоизоляция снаружи обеспечивается выполненным с возможностью открывания контейнером, изготовленным как многослойная оболочка, с внешней поверхностью с механическим сопротивлением и внутренним слоем в изоляционном материале.
На Фиг.1, в частности, показан трубчатый элемент для технологического трубопровода 1. Для данного технологического трубопровода показан участок, в котором видно соединение, состоящее из свободного соединительного фланца 2 технологического трубопровода, охватываемой трубы 3 для соединения, и охватывающей трубы 4 для соединения, и уплотнения 5.
Трубчатый элемент (рубашка) содержит внешнюю оболочку 6, внутреннюю оболочку 7, между которыми выполнена подходящая изоляция 8, канал 9 для линии подачи электричества 10, нагревающий элемент 12 (например, защищенную катушку сопротивления, нагревающий кабель, нагревающую пластину, саморегулирующуюся нагревающую ленту и так далее) и соединитель 11 между линией подачи электричества и нагревающим элементом. Трубчатый элемент также содержит, на участке вышеуказанного соединения, для обеспечения неразрывности электроцепи, изолирующую оболочку 13 для вышеуказанной линии 10, направляющее покрытие 14 из неопрена и наружное соединение 15. В варианте, показанном на Фиг.3, трубчатый элемент выполнен как одно целое.
На Фиг.9 система в соответствии с настоящим изобретением применяется для баков и труб большого диаметра и содержит трубчатый элемент или рубашку, образованную при помощи пластин, имеющих внутреннюю оболочку 17 рубашки, внешнюю оболочку 19 рубашки, между которыми предусмотрена изоляция 18, канал 20 линии подачи электричества и электрический нагревающий элемент 12.
На Фиг.11 показано применение системы для бака, где изображена обшивка 16. Трубчатый элемент или рубашка соединяется с этой обшивкой и содержит соединитель 11 между линией подачи электричества и нагревающим элементом, внутреннюю оболочку 17 рубашки, внешнюю оболочку 19 рубашки с предусмотренной изоляцией 18 между ними, канал 20 для линии подачи электричества и электрический нагревающий элемент 12.
В воплощении по фиг.12 система применена к бакам или трубам большого диаметра с продольным соединением нескольких соединенных подобно рольставням при помощи эластичного элемента 21, который позволяет оптимально расположить внутренние оболочки каждой плиты на внешней обшивке трубы большого диаметра или бака, для изоляции и нагрева. Вышеуказанные плиты не имеют внешней оболочки, которая заменена металлическими стяжками.
Вышеописанная изолирующая система из модульного комплекта обладает следующими преимуществами:
конструирование единой системы изоляции/термостатирования;
независимость изолирующего комплекта от трубопровода или оборудования, которое необходимо изолировать; модульный комплект может быть выполнен после изготовления оборудования или трубопровода;
техническое обслуживание модульного комплекта может осуществляться без удаления трубопровода или оборудования;
нулевой риск загрязнения продукта;
простота конструкции и установки.
Таким образом, создается система изоляции и термостатирования, которая является очень экономичной, практичной и независимой от установки, которую необходимо изолировать и которая позволяет просто снимать и повторно устанавливать изоляцию, что делает техническое обслуживание оборудования менее затратным.
Сборка рубашки на трубе или баке или по существу на элементе, температуру которого необходимо стабилизировать, может осуществляться различными способами в зависимости от условий.
В частности, на фиг.14, 15 показано, что нагревающий элемент соединяется с прямолинейными половинами оболочки рубашки уже на предварительном этапе изготовления, путем помещения в подходящее захватывающее гнездо, выполненное на внутренней оболочке 7; в этом случае электрическая цепь замыкается при соединении металлических крепежей, создавая непрерывность электрической цепи, при установке U-образных болтов для электрического соединения в соответствии с отдельными участками трубы (изгибами, ответвлениями, фланцевыми соединениями, органами управления и подобным), которые остаются открытыми и позже закрываются при помощи наложения соответствующих половин оболочки для изоляции.
Более того, следует отметить возможное применение модульной рубашки, состоящей лишь из внешних половин оболочки и изолирующего слоя, в качестве элемента для теплоизоляции, предварительно изготовленной для труб, или криволинейных участков труб, которым требуется только изоляция.
На фиг.16, 17 показано, что как нагревающий элемент, в данном случае используются непрерывные нагревающие элементы (нагревающий кабель, нагревающая пластина, саморегулирующаяся нагревающая лента), продольно соединенные с трубой при помощи ввода в подходящее гнездо, выполненное на внутренней оболочке 7 (в направлении ввода, указанном стрелками I на чертежах), данная операция осуществляется путем механической сборки системы полностью при использовании точек доступа в соответствии с участками оголенной трубы (изгибами, ответвлениями, фланцевыми соединениями, органами управления и подобным) и, затем, завершается путем наложения половин оболочки изоляции на соответствующие участки.
На фиг.18, 19, 20 и 21 показано, что нагревающий элемент (также в этом случае используются непрерывные нагревающие элементы, такие как нагревающий кабель, нагревающая пластина или саморегулирующаяся нагревающая лента) соединяется продольно с трубой путем размещения в подходящем гнезде S (направляющей), выполненной на внешней стороне внутренней оболочки, которая может быть изготовлена как целая часть и предварительно соединена с технологическим трубопроводом на предварительном этапе его изготовления, лишь в случае новой трубы. Данная операция осуществляется после завершения механической сборки лишь технологического трубопровода и внутренней оболочки и, позже, монтаж всей системы будет завершен путем наложения внешних половин оболочки со слоем изоляции. Внешние половины оболочки будут прямолинейными в случае прямолинейных труб, и иметь особую форму в соответствии с отдельными участками. В таком случае временное поддержание технологического трубопровода осуществляется путем расположения адаптера 22, в соответствии с опорным фланцем 23, чьей функцией является имитация наружного диаметра завершенного трубопровода; при этом вышеуказанный адаптер будет позже удален для обеспечения возможности окончательного монтажа изолирующих половин оболочки.