многослойное изолирующее устройство обогрева трубопроводов и способ

Формула изобретения

1. Устройство обогрева трубопроводов, содержащее:

один или более нагревательных элементов, расположенных прилегающе к нагреваемой поверхности;

аэрогелевый высокотемпературный изоляционный слой, прилегающий к одному или более нагревательным элементам; и

низкотемпературный изоляционный слой, прилегающий к аэрогелевому высокотемпературному изоляционному слою.

2. Устройство обогрева трубопроводов по п.1, дополнительно содержащее блокирующий механизм, эффективный для фиксации положения низкотемпературного изоляционного слоя относительно аэрогелевого высокотемпературного изоляционного слоя.

3. Устройство обогрева трубопроводов по п.1, в котором нагреваемой поверхностью является поверхность канала.

4. Устройство обогрева трубопроводов по п.1, в котором нагревательный элемент содержит одну или более труб для обогрева трубопроводов.

5. Устройство обогрева трубопроводов по п.1, в котором нагревательный элемент содержит один или более кабелей для обогрева трубопроводов.

6. Устройство обогрева трубопроводов по п.3, в котором канал представляет собой трубопровод.

7. Устройство обогрева трубопроводов по п.1, в котором низкотемпературный изоляционный слой содержит изоляционный пенопласт, выбранный из группы, состоящей из полиуретанового пенопласта, пенополиизоцианурата и их комбинаций.

8. Устройство обогрева трубопроводов по п.1, в котором наружный ограничительный кожух содержит металлическую оболочку.

9. Устройство обогрева трубопроводов по п.1, дополнительно содержащее механический блокирующий механизм, в котором аэрогелевый высокотемпературный слой и низкотемпературный слой остаются в относительно фиксированном положении относительно друг друга.

10. Устройство обогрева трубопроводов по п.9, в котором блокирующий механизм содержит наружный ограничительный кожух.

11. Устройство обогрева трубопроводов по п.10, в котором блокирующий механизм дополнительно фиксирует положение нагреваемой поверхности, изоляционных слоев и наружного ограничительного кожуха относительно друг друга.

12. Устройство обогрева трубопроводов, содержащее один или более нагревательных элементов в комбинации с аэрогелевым изоляционным слоем.

13. Устройство обогрева трубопроводов, содержащее:

один или более нагревательных элементов, расположенных прилегающе к нагреваемой поверхности;

сверхвысокотемпературный изоляционный слой, прилегающий к одному или более нагревательным элементам;

аэрогелевый высокотемпературный изоляционный слой, прилегающий к сверхвысокотемпературному изоляционному слою; и

низкотемпературный изоляционный слой, прилегающий к аэрогелевому высокотемпературному изоляционному слою.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится в целом к устройству обогрева трубопроводов и изоляционному материалу.

Настоящее изобретение включает устройство обогрева трубопроводов, имеющее один или более нагревательных элементов, расположенных прилегающе к нагреваемой поверхности, аэрогелевый высокотемпературный изоляционный слой, прилегающий к одному или более нагревательным элементам, низкотемпературный изоляционный слой, прилегающий к аэрогелевому высокотемпературному изоляционному слою, и блокирующий механизм, эффективный для фиксации положения низкотемпературного изоляционного слоя относительно аэрогелевого высокотемпературного изоляционного слоя.

Настоящее изобретение также включает устройство обогрева трубопроводов, имеющее один или более нагревательных элементов в комбинации с аэрогелевым изоляционным слоем.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где:

Фиг.1 представляет собой поперечное сечение изолированного трубопровода с обогревом, в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение включает устройство и способ изготовления устройства обогрева трубопроводов.

Со ссылкой на фиг.1, настоящее изобретение включает устройство 100 обогрева трубопроводов, имеющее один или более нагревательных элементов 20, расположенных прилегающе к нагреваемой поверхности 10. Аэрогелевый высокотемпературный изоляционный слой 30, расположенный прилегающе к одному или более нагревательным элементам 20, заключает в себе один или более нагревательных элементов 20. Прилегающе к аэрогелевому высокотемпературному изоляционному слою 30 расположен низкотемпературный изоляционный слой 40, перекрывая или охватывая аэрогелевый высокотемпературный слой 30. Могут быть включены дополнительные изоляционные слои. Может быть использован находящийся снаружи и заключающий в себе изоляционные слои 30 и 40 наружный ограничительный кожух 50.

Нагреваемая поверхность может представлять собой любую соответствующую поверхность, пригодную для теплоспутникового обогрева, как например, поверхности и канал. Поверхности могут представлять собой полы, контейнеры, мосты, стеновые панели и т.п. Каналы могут представлять собой трубы, трубопроводы и другие аналогичные проходы для потока жидкости и газа. Для трубопроводных систем, настоящее изобретение предпочтительно использовано в вариантах использования для защиты от обмерзания и процесса поддержания температуры.

Тепловые нагревательные элементы 20 настоящего изобретения могут включать одну или более труб для устройства обогрева трубопроводов и/или кабелей для обогрева, например, кабели могут быть внутри труб или непосредственно прикреплены к трубопроводу, или другой механизм теплопередачи для передачи тепла в прилегающую поверхность. Например, нагревательные кабели могут включать нагревательные кабели, продаваемые Tyco Thermal Controls LLC of Menlo Park, California, как например саморегулирующийся кабель, продаваемый на рынке под торговой маркой RAYCHEM, кабели с минеральной изоляцией, продаваемые на рынке под торговой маркой PYROTENAX, ограничивающие мощность кабели, известные на рынке, как ограничивающие мощность кабели VPL , нагревательные кабели с последовательным сопротивлением, известные на рынке, как нагревательные кабели с последовательным сопротивлением CPD , система обогрева трубопроводов на основе индукционно-резистивных нагревателей, известная на рынке, как токопроводный обогрев STS , и другие аналогичные нагревательные кабели.

Устройство 10 обогрева трубопроводов включает аэрогелевый высокотемпературный изоляционный слой 30, расположенный прилегающе к нагревательным элементам 20 и поверхности 10. Данный аэрогелевый высокотемпературный изоляционный слой 30 предпочтительно рассчитан на постоянную температуру свыше 120°C, и имеет толщину, достаточную, чтобы при фактическом применении температура наружной поверхности аэрогелевого высокотемпературного изоляционного слоя 30 оставалась меньше, чем приблизительно 175°C, более предпочтительно 150°C и наиболее предпочтительно 120°C. Предпочтительно аэрогелевый высокотемпературный изоляционный слой 30 содержит аэрогелевую композицию, как например аэрогели из оксидов металлов или керамические аэрогели, например, силикагели. В одном альтернативном варианте осуществления, аэрогелевый высокотемпературный изоляционный слой 30 включает внутренний слой общепризнанного известного изоляционного материала с более высокой температурой. Типичные общепризнанные трубопроводные изоляционные материалы включают, например, без ограничения, вспученный перлит, имеющий расчетную характеристику приблизительно 500°C, силикат кальция, имеющий приблизительно 650°C, и пеностекло, имеющее приблизительно 480°C. Аэрогели в настоящем изобретении обеспечивают преимущество наличия относительно тонкого слоя изоляционного материала по сравнению с количеством изоляционного материала, требуемого в общепризнанной изоляции для достижения аналогичной эффективности. Показательные уменьшения толщины за счет использования аэрогелевых слоев включают, например, без ограничения, приблизительно 50% толщины.

В целом, изготовление и производство аэрогелей известно, как например, изготовление и производство, раскрытое в Патенте США № 4221672 Mc Williams, озаглавленном "Thermal insulation containing silica aerogel and alumina"; Патенте США № 5420168 Mayer, et al., озаглавленном "Method of low pressure and/or evaporative drying of aerogel"; Патенте США № 5508341 Mayer, et al., озаглавленном "Organic aerogel microspheres and fabrication method therefor"; Патенте США № 5569513 Fidler et al, озаглавленном "Aerogel-in-foam thermal insulation and its preparation"; Патенте США № 5731360 Pekala, et al., озаглавленном "Compression molding of aerogel microspheres"; Патенте США № 5908896 Mayer et al., озаглавленном "Organic aerogel microspheres"; Патенте США № 5973015 Coronado et al., озаглавленном "Flexible aerogel composite for mechanical stability and process of fabrication"; Патенте США № 6068882 Ryu, озаглавленном "Flexible aerogel superinsulation and its manufacture"; Патенте США № 6087407 Coronado et al., озаглавленном "Flexible aerogel composite for mechanical stability and process of fabrication"; Патенте США № 6136216 Fidler et al., озаглавленном "Aerogel-in-foam insulation and its preparation"; Патенте США № 6598283 B2 Rouanet et al., озаглавленном "Method of preparing aerogel-containing insulation article"; Патенте США № 6770584 B2 Barney et al., озаглавленном "Hybrid aerogel rigid ceramic fiber insulation and method of producing same". В данной области известны высокотемпературные аэрогели, например, от приблизительно 120°C до приблизительно 250°C. При использовании данных высокотемпературных аэрогелей для трубопровода с превышением конкретной рассчитанной для аэрогеля температуры, как правило, имеется прилегающий к трубопроводу внутренний слой из изоляционного слоя, рассчитанного на более высокую температуру (сверхвысокотемпературная изоляция).

Низкотемпературный изоляционный слой 40 может включать любой подходящий изоляционный материал, имеющий более низкую расчетную характеристику, чем аэрогелевый высокотемпературный изоляционный слой 30. Предпочтительно, низкотемпературный изоляционный слой 40 включает вспененную полимерную смолу, как правило, содержащую полиуретановый (PUR) и/или полиизоциануритный (PIR) пенопласт. Могут быть использованы другие имеющиеся на рынке системы вспененной смолы с более низкими температурными расчетными характеристиками, как например полистироловая, форм-мочевиновая и фенольная, каждая из которых имеет расчетную характеристику максимальной постоянной температуры более низкую, чем у PUR (как например, приблизительно 150°C).

Настоящее изобретение предпочтительно включает блокирующий механизм 50. Типичные блокирующие механизмы 50 включают, например, механические или химические удерживающие и/или склеивающие средства, способные скреплять аэрогелевый высокотемпературный слой 30 и низкотемпературный слой 40 для их удержания в относительно фиксированном положении друг к другу. Наиболее предпочтительно, блокирующий механизм фиксирует вместе положение поверхности, изоляционных слоев и наружного кожуха. Типичные механические блокирующие механизмы включают, например, наружные кожухи, как например, металлическую оболочку. В одном предпочтительно варианте осуществления, изоляционные слои 30 и 40 прикрепляют к внутреннему трубопроводу 10 и наружной оболочке 50 с целью эффективно предотвратить движение внутреннего трубопровода и наружной оболочки независимо друг от друга после установки. Поэтому, устройство теплоспутникового обогрева способно передавать продольные усилия между внутренним трубопроводом и наружной оболочкой. Скрепление предпочтительно происходит между всеми изоляционными слоями.

Пример 1

Кабель для обогрева трубопроводов MI располагают прилегающе к стальному трубопроводу с 3" наружным диаметром. На внешней стороне трубопровода располагают 1" аэрогелевый высокотемпературный изоляционный слой поверх кабеля для устройства обогрева трубопроводов MI. Поверх и прилегающе к аэрогелевому высокотемпературному изоляционному слою располагают низкотемпературный изоляционный слой PIR, 1" толщины. Для фиксации двух изоляционных слоев на своем месте поверх трубопровода поверх низкотемпературного изоляционного слоя помещают и прикрепляют наружный ограничительный кожух из алюминиевой оболочки.

Пример 2

Кабель для теплоспутникового обогрева XTV располагают прилегающе к бронзовому трубопроводу с 4" наружным диаметром. На внешней стороне трубопровода располагают ¹/₂ дюймовый аэрогелевый высокотемпературный изоляционный слой поверх кабеля для устройства обогрева трубопроводов XTV. Поверх и прилегающе к аэрогелевому высокотемпературному изоляционному слою располагают низкотемпературный изоляционный слой PUR, толщиной 1". Для фиксации двух изоляционных слоев на своем месте поверх трубопровода поверх низкотемпературного изоляционного слоя оборачивают стальную металлическую оболочку.

Настоящее изобретение особенно подходит для трубопроводной сети, используемой для добычи и транспортировки нефти, процесса поддержания температуры, защиты от обмерзания и т.п.

Несмотря на то, что в данной заявке были описаны определенные варианты осуществления раскрытия, они не предназначены для ограничения ими раскрытия, поскольку предполагается, что раскрытие является настолько объемлющим по объему правовых притязаний, насколько позволит область техники, и что описание необходимо рассматривать аналогичным образом. Вследствие этого, изложенное выше описание должно быть истолковано не в качестве ограничения, но единственно в качестве иллюстрирования конкретных вариантов осуществления. Квалифицированные специалисты в данной области представят себе другие модификации в пределах объемах правовых притязаний и сущности приложенной к раскрытию формулы изобретения.