Трубопровод для перекачки водорода

Полезная модель относится к трубопроводному транспорту для жидкостей и газов, в частности, к трубам для транспортировки водорода. Может быть использована в водородной энергетике, а именно при перекачке водорода из резервуаров или перерабатывающих установок.
Известен трубопровод по патенту РФ на изобретение №2635943, F16L 58/00, C23F 13/20, 2013. Аналог состоит из трубы, внутреннего сборного трубопровода, металлического кольца, электрических соединителей, расходуемых анодов. Внутренний сборный трубопровод располагают внутри трубы. На внутренний сборный трубопровод надевают металлические кольца, к кольцам прикреплены расходуемые аноды, электрические соединители соединяют аноды с трубой и обеспечивают протекание тока. Внутренний сборный трубопровод чувствителен к углеводородам, его выполняют из нержавеющей стали. На внутренний сборный трубопровод могут быть нанесены дополнительные защитные слои, при этом дополнительные покрытия обходят и не касаются электрических соединителей. Трубопровод используют для перемещения углеводородной текучей среды, например, нефти и газа.
Недостатком изобретения является то, что внутренний сборный трубопровод чувствителен к углеводородам, соответственно, труба будет разрушаться изнутри под действием углеводородов. Под действием межтрубной среды будет происходить коррозия внутренней трубы снаружи.  Под действием окружающей среды происходит коррозия наружного трубопровода. При этом на трубе расположены расходуемые аноды, которые необходимо своевременно заменять после полного растворения. Если расходуемые аноды не заменить вовремя, в случае полного их растворения будет отсутствовать электрохимическая защита трубы, соответственно будет происходить коррозия.  Изолирующие слои на трубе прерываются в местах расположения анодов, что также может привести к быстрому разрушению стенок при попадании влаги в места прерывания изоляции. Все это вместе ухудшает надежность работы трубопровода.
Известна герметичная проходка трубопровода по патенту РФ на изобретение №2461760, F16L 7/02, F16L 5/00, 2011. Проходка представляет трубопровод, состоящий из коаксиально установленных одна внутри другой рабочей и защитной труб с образованием межтрубного пространства. На концах труб выполнены узлы герметизации в виде приваренных к наружной поверхности защитных труб. В межтрубном пространстве по периметру внутренней трубы размещены опорные ролики цилиндрической формы. Оси опорных роликов соединены между собой тягами. Опорные ролики могут двигаться вокруг рабочей трубы, компенсируя смещения труб при температурной деформации.
Недостатком изобретения является недостаточная защита от коррозии, так как в межтрубном пространстве присутствует кислород, это может вызвать коррозию. Опорные ролики размещены только на концах труб, то есть по остальной длине труба может испытывать внешнее воздействие, из-за чего может прогнуться и треснуть, а это все приводит к недостаточной надежности работы трубы.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрана вакуумная труба для перекачки жидкого водорода по патенту Китая на изобретение CN112128483, F16L 11/00, 2020.  Устройство состоит из внутренней гибкой трубы и внешней гибкой трубы, вакуумной прослойки, опорных блоков, входного клапана, выходного клапана. Вакуумная прослойка находится между внутренней гибкой трубой и внешней гибкой трубой. Опорные блоки, выполненные в виде диэлектрических прокладок, равномерно распределены в вакуумной прослойке и закреплены на трубе. Трубы выполнены из материала, плохо проводящего электричество, например, резина или пластик. Устройство предназначено для перекачки жидкого водорода.
Недостатком изобретения является недостаточная надежность трубы, так как она является гибкой и может перетираться или заламываться, нарушая целостность, а также не способна выдерживать внешние нагрузки. Кроме того, необходимость использования вакуума в межтрубном пространстве создает сложности в его создании, в его поддержании и в обслуживании трубы, требует применения специального оборудования, что снижает надежность работы трубы.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности работы трубы для перекачки водорода.
Технический результат обеспечивается тем, что трубопровод для перекачки водорода, содержащий наружную трубу, внутреннюю трубу, диэлектрические прокладки, установленные между трубами, согласно полезной модели, наружная труба и внутренняя труба подключены к станции катодной защиты, в межтрубном пространстве находится инертный газ, диэлектрические прокладки выполнены в виде опорных колец.
Технический результат достигается за счет того, что станция катодной защиты позволяет регулировать напряжение, возникающее на трубах, смещать потенциал наружной трубы в диапазон, при котором коррозия будет отсутствовать. Инертный газ в межтрубном пространстве создает бескислородную среду, в которой не происходит окисления материала внутренней трубы, а водород не вызывает коррозии металла, поэтому на внутренней трубе коррозия отсутствует. Кроме того, опорные кольца позволяют зафиксировать внутреннюю трубу, распределить равномерно нагрузку на стенки трубы и предотвратить их прогибание. Применение диэлектрического материала предотвращает проскакивание зарядов с одной трубы на другую, что обеспечивает надежную электрохимическую защиту наружной трубы, предотвращает разрушение труб.
На фигуре 1 изображена внутренняя труба с опорными кольцами.
На фигуре 2 изображен разрез трубы для перекачки водорода.
Трубопровод для перекачки водорода состоит из внешней трубы 1 и внутренней трубы 2. На внутреннюю трубу 2 надеты диэлектрические прокладки, выполненные в виде опорных колец 3. К наружной трубе 1 и внутренней трубе 2 подключена станция катодной защиты 4. Опорные кольца 3 имеют выступы 5. Внешняя труба 1 и внутренняя труба 2 выполнены из стали, опорные кольца 3 выполнены из диэлектрического материала, например, из пластика, резины.
Устройство работает следующим образом.
На внутреннюю трубу 2 надевают опорные кольца 3, а затем размещают ее во внешней трубе 1 с опорой вершин выступов 5 на внутреннюю поверхность внешней трубы 1.  Опорные кольца 3 располагают равномерно по длине внутренней трубы 2, например, по краям и по центру. Выступы 5 на опорных кольцах 3 фиксируют внутреннюю трубу 2 внутри внешней трубы 1 и равномерно распределяют нагрузку на стенки трубы 2, предотвращая их продавливание или прогибы. В межтрубное пространство закачивают инертный газ, например, аргон, криптон и другие. Стыки труб выполняют герметичными. Внутреннюю трубу 2 подключают к положительному полюсу станции катодной защиты 4, внешнюю трубу 1 подключают к отрицательному полюсу станции катодной защиты 4. Внешняя труба 1 обладает отрицательным потенциалом, например, -0,44 или -0,56 В, при котором происходит коррозия. При включении станции катодной защиты 4 внешняя труба 1 поляризуется, ее потенциал смещается в более отрицательную сторону и приобретает значение, при котором замедляется коррозия материала, от -0,8 до -1,5 В. Так как в межтрубном пространстве отсутствует кислород, разрушение внутренней трубы 2 не происходит. Инертный газ в межтрубном пространстве и водород во внутренней трубе 2 не окисляют материал трубы 2 и не разрушают его. Инертный газ также не взаимодействует с водородом, который может просочиться через внутреннюю трубу 2, и, таким образом, препятствует образованию взрывоопасных смесей.
Таким образом, полезная модель позволяет повысить надежность работы трубы для перекачки водорода.