ТРАНСПОРТНЫЙ ТРУБОПРОВОД
TRANSPORT PIPELINE

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при транспортировке различных жидких и газообразных продуктов (пар, вода, углеводороды и др.) на предприятиях АПК, в коммунальном хозяйстве, нефтяной, химической и др. промышленности.
Известен трубопровод для транспортировки материала, преимущественно бетонной смеси, содержащий две одинакового диаметра трубы, соединенные между собой патрубком из диэлектрика с установленными внутри него и на нем соответственно патрубками из ферромагнитного материала с катушками, подключенными к каждой из фаз источника переменного тока (Авт. свидетельство СССР, №1127824 МПК B65G 53\22, опубл. 1984, бюл. №45).
Недостатком указанного аналога является сложность конструкции, а также непригодность для перекачки углеводородов.
Известен трубопровод, преимущественно для тепловых сетей, включающий металлическую трубу с теплоизоляционным покрытием заливочного типа и наружную неразъемную полимерную гидроизоляционную оболочку, теплоизоляционное покрытие выполнено из полиуретана (RU 2249754 C2, МПК F16L 59/00, опубл. 10.04.2002 ).
Недостатком данного аналога является трудоемкость изготовления и использования, ограниченная область применения, преимущественно для тепловых сетей.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению, принятым за прототип, является транспортный обогреваемый трубопровод, содержащий секции, запорную арматуру, наружный изоляционный слой и нагревательный элемент, составленный из отдельных участков, расположенных на входе каждой секции (RU 2250870 C1, МПК B65G 53\52, опубл. 27.04.2005).
Недостатком прототипа является сложность конструкции нагревательного элемента, отсутствие электроэнергии в труднодоступных районах, а также возможность замерзания транспортируемой жидкости в местах нахождения местных сопротивлений (поворотах трассы, расположения запорной арматуры, изменения величины сечения трубопровода и др.), то есть в местах, где снижается скорость транспортировки продукта по трубопроводу.
Задача заявляемого изобретения заключается в расширении области его использования, а также в применении энерго- и ресурсосберегающих технологий.
Известно, что при транспортировании по трубопроводу воды, нефти, различных углеводородов или других жидкотекучих продуктов в местах местных сопротивлений скорость перемещения продукта замедляется, а температура резко снижается, что может привести к созданию аварийной ситуации. Для исключения данных явлений перед расположением местных сопротивлений по секциям по периметру трубопровода производят установку нагревательных элементов.
Технический результат достигается за счет того, что транспортный трубопровод содержит секции, запорную арматуру, наружный изоляционный слой и нагревательный элемент, подключенный к источнику теплоносителя, но в отличие от прототипа нагревательный элемент выполнен по меньшей мере из двух нагревательных участков, каждый из которых состоит из змеевидно изогнутых трубок с жидкостью-теплоносителем внутри, в качестве источника тепла для теплоносителя использованы расположенные на глубине незамерзающего слоя земли геотермальный тепловой насос и тепловой аккумулятор, тепловой насос включает соединенные последовательно компрессор, испаритель и дроссель, тепловой аккумулятор содержит корпус с изоляцией, заполненный твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубчатые змеевики, заполненные теплоносителем, причем отводящий змеевик соединен своими концами через вентили с соответствующими входом и выходом нагревательных участков, а подводящий змеевик соединен одним входом с дросселем, а другим с компрессором теплового насоса.
В предлагаемом устройстве выполнение нагревательного элемента по меньшей мере из двух нагревательных участков, каждый из которых состоит из змеевидно изогнутых трубок с жидкостью-теплоносителем внутри, способствует более эффективному нагреву трубопровода в связи с увеличением площади его контакта с поверхностью трубопровода.
Использование в качестве источника тепла для нагревательного элемента расположенных на глубине незамерзающего слоя земли геотермального теплового насоса и теплового аккумулятора позволяет применять энергосберегающие технологии, использовать возобновляемые источники тепловой энергии, а также снизить экономические затраты на использование устройства, особенно для отдаленных сельскохозяйственных районов.
Из уровня техники известно, что геотермальный тепловой насос включает соединенные последовательно компрессор, испаритель и дроссель. (Холодильные машины и тепловые насосы /Быков А.В., Калнинь И.М., Краузе А.С. - М.: Изд-во Агропромиздат, 1988. - с. 256). В изобретении тепловой насос позволяет вырабатывать тепловую энергию за счет температуры, полученной в летний период от слоя земли, на котором насос расположен, и передачи тепла для накопления в тепловой аккумулятор, где энергия накапливается.
Известно, что глубина промерзания грунта в основном зависит от его строения, климатических условий. Например, для Челябинской области глубина промерзания грунта в среднем составляет 180-198 см. Таким образом, глубина расположения теплового насоса в данном случае будет больше (180-198) см.
В зимний период времени средняя годовая отрицательная температура воздуха составляет для северо-восточных регионов нашей страны -(20÷45)°C, а температура грунта на глубине, где нет промерзания, +(3÷5)°C. В летний период времени средняя годовая положительная температура воздуха составляет для северо-восточных регионов нашей страны +(10÷20)°C, а температура грунта +(10÷12)°C.
В предлагаемом устройстве тепловой насос в летний период работает на производство тепловой энергии за счет тепла, получаемого от земли, и осуществляет передачу ее тепловому аккумулятору. Насос включают в летний период, а тепловой аккумулятор отключают, он находится в режиме зарядки. В зимний период тепловой насос отключают, а тепловой аккумулятор включают, он начинает отдавать накопленное тепло на обогрев трубопровода.
Тепловой аккумулятор низкотемпературный долгосрочного действия (Аккумулирование тепловой и механической энергии / Моравский А.В. - М.: Изд-во ВНИПИ, 1990. - с. 32) содержит корпус с изоляцией, заполненный твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий и отводящий трубчатые змеевики, заполненные теплоносителем. Теплоаккумулирующие материалы: песок, стекло, шарики из керамики, дробленный сульфат бора. В качестве теплоаккумулирующего материала можно использовать, например, песок с металлическими включениями, а в качестве теплоносителя незамерзающую жидкость, например технический спирт.
Такое устройство дает возможность аккумулировать тепловую энергию за счет теплоемкости теплоаккумулирующего материала, накапливать ее в летний период и использовать в зимний период времени.
Схема соединения теплового насоса с тепловым аккумулятором и нагревательным элементом дает возможность подавать для нагрева в зимний период тепло, произведенное тепловым насосом и аккумулированное тепловым аккумулятором в летний период, в нагревательный элемент, размещенный в местах местных сопротивлений трубопровода.
Совокупность существенных отличительных признаков предлагаемого устройства, по мнению авторов, не известна из уровня техники и позволяет осуществлять надежную безаварийную транспортировку по трубопроводу жидкотекучих продуктов (вода, пар, нефть, другие углеводороды) при энерго- и ресурсосбережении за счет возобновляемых источников.
Схема транспортного трубопровода представлена на фиг.
Транспортный трубопровод, содержит секции 1, которые включают запорную арматуру 2, наружный изоляционный слой 3, нагревательный элемент 4, состоящий из нескольких участков 5, расположенных перед местным сопротивлением трубопровода. Нагревательный элемент 4 выполнен по меньшей мере из двух участков 5, каждый из которых состоит из змеевидно изогнутых трубок с незамерзающей жидкостью-теплоносителем (технический спирт) внутри, огибающих трубопровод по наружной поверхности.
Тепловой аккумулятор 9 состоит из корпуса с изоляцией, заполненного твердым теплоаккумулирующим материалом, внутри которого расположены подводящий 11 и отводящий 8 трубчатые змеевики, которые заполнены техническим спиртом. Отводящий змеевик 8 соединен через вентиль 7 со входом первого нагревательного участка 5 нагревательного элемента 4, состоящего из змеевидно изогнутых трубок с жидкостью-теплоносителем внутри, а через вентиль 10 с выходом - второго змеевидного трубчатого участка 5. Тепловой насос 14 состоит из испарителя 15, заполненного хладоагентом, например фреоном, компрессора 13 и дросселя 17. Подводящий змеевик 11 соединен своим входом через вентиль 12 с компрессором 13 теплового насоса 14, а выход подводящего змеевика 11 через вентиль 16 соединен с дросселем 17.
Устройство работает следующим образом.
В летний период времени, когда температура грунта составляет +(10-12)°C, вентили 7 и 10 закрывают, а вентили 12 и 16 открывают и тепловой насос через соединительный трубопровод соединяют с тепловым аккумулятором. Затем включают привод компрессора (на фиг. не показан)
В результате контакта испарителя 15 с грунтом, имеющим температуру +(10-12)°C, происходит передача тепла от грунта к холодильному агенту (фреон), находящемуся в испарителе, который при этом переходит из жидкой фазы в газообразную. Далее газообразный фреон из испарителя поступает в компрессор, происходит сжатие газообразного фреон. При этом его давление и температура увеличиваются. Через соединительный трубопровод горячий газ (70-80)°C подается на подводящий змеевик 11 теплового аккумулятора 9, в котором он передает тепло теплоаккумулирующему материалу (песок с металлическими включениями), после чего охлаждается, конденсируется, переходит в жидкое состояние. Далее жидкий хладоагент через соединительный трубопровод поступает в дроссель 17, понижающий его давление, и в газообразном состоянии проступает в испаритель 15. В результате часть тепла грунта, которое вырабатывает тепловой насос 14, переходит и аккумулируется в тепловом аккумуляторе 9, где сохраняется до зимнего периода.
В зимний период времени при снижении температуры окружающей среды (воздуха) до температуры -(20-45)°C начинают использовать запасенное в тепловом аккумуляторе 9 тепло. Для этого привод теплового насоса выключают, вентили 12 и 16 закрывают, а вентили 7 и 10 открывают. При этом теплоноситель - технический спирт, с температурой +(70-80)°C из выходного змеевика 8 теплового аккумулятора поступает через вентили 7 и 10 в змеевидно изогнутые трубки 5 нагревательного элемента 4, который за счет теплопроводности нагревает секции 1 трубопровода с перекачиваемым продуктом.
Таким образом, при работе заявляемого транспортного трубопровода происходит накопление тепловой энергии в летний период, а в зимний период нагревание трубопровода с транспортируемым продуктом в местах местных сопротивлений (температурных компенсаторах, поворотах трассы, запорной арматуре). При нагреве повышается скорость транспортировки продукта по трубопроводу, что позволяет увеличить надежность работы устройства, расширяет номенклатуру транспортируемых продуктов, а также при этом достигается экономия энергоресурсов.