RU222239U1 - Вставка изолирующая для теплоизолированной трубы - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована при муфтовом соединении теплоизолированных труб, применяемых для нагнетания высокотемпературного теплоносителя в пласт, в частности при добыче высоковязких продуктов термическим методом. Вставка изолирующая для теплоизолированной трубы состоит из двух сопряженных элементов, установленных с возможностью перемещения в осевом направлении при помощи пружины сжатия, при этом вставка выполнена из стойкого к воздействию высоких температур материала с низким коэффициентом теплопроводности. Элементы вставки могут быть выполнены из материала с градиентной структурой, а концевые участки вставки - иметь коническую форму. Обеспечивается увеличение ресурса работы изолирующей вставки при прокачке высокотемпературных сред температурой более 350°С за счет снижения тепловых потерь. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована при муфтовом соединении теплоизолированных труб, применяемых для нагнетания высокотемпературного теплоносителя в пласт, в частности при добыче высоковязких продуктов термическим методом.

Известна изолирующая вставка в составе теплоизолированной трубы (патент РФ №121894, F16L 59/00, опубл. 10.11.2012), состоящая из наружной полимерной и внутренней металлической втулок. Наружная полимерная втулка изготовлена цельной из прочного материала и выполнена с чередующимися кольцевыми проточками П-образной формы на наружной и внутренних цилиндрических поверхностях. Внутренняя металлическая втулка разделена на две сопряженные части с наружными буртами, имеющими возможность перемещения относительно друг друга в осевом направлении.

Недостатком данной вставки является невозможность ее использования для прокачки высокотемпературных сред ввиду деформирования конструктивных элементов и изменения свойств полимерной втулки при температурах выше 350°С.

Известна изолирующая вставка в составе теплоизолированной трубы (патент РФ №2242667, F16L 59/06, опубл. 20.12.2004), принятая за прототип, которая состоит из наружной пластмассовой и внутренней металлической втулок. Наружная пластмассовая втулка состоит из двух элементов, образующих между собой посадку с натягом, а внутренняя металлическая втулка разделена на две части, соединенные между собой упорным резьбовым соединением, выполненным на конце в виде цанги, при этом внутренняя втулка может быть выполнена из нержавеющей стали или может быть покрыта с внутренней и наружной сторон антикоррозийным теплоизолирующим слоем.

Изолирующая вставка не обеспечивает полной компенсации зазоров между трубами и деталями изолирующей вставки по всем контактным поверхностям при периодическом режиме прокачки высокотемпературных сред, что не позволяют использовать теплоизолированные трубы для прокачки высокотемпературных сред в таком режиме. Кроме того, недостатком является сложность изготовления за счет большого количества конструктивных элементов деталей изолирующей вставки, а наличие пластмассовых элементов в конструкции ограничивает температуру эксплуатации изолирующей вставки (не более 350°С) ввиду изменения свойств и деформирования конструктивных элементов.

Техническая задача заключается в создании конструкции изолирующей вставки, используемой при муфтовом соединении теплоизолированных труб для прокачки высокотемпературных сред с температурами более 350°С, снижении тепловых потерь, защиты от проникновения высокотемпературных сред к внутренней поверхности муфты и подмуфтовому пространству и повышении эксплуатационной надежности изолирующей вставки и теплоизолированных труб.

Технический результат состоит в увеличении ресурса работы изолирующей вставки при прокачке высокотемпературных сред с температурой более 350°С за счет снижения тепловых потерь.

Указанный технический результат достигается за счет того, что вставка изолирующая для теплоизолированной трубы состоит из двух сопряженных элементов. Согласно полезной модели, элементы вставки установлены с возможностью перемещения в осевом направлении при помощи пружины сжатия, при этом вставка выполнена из стойкого к воздействию высоких температур материала с низким коэффициентом теплопроводности.

В частном случае выполнения элементы вставки выполнены из материала с градиентной структурой, при этом вставка по толщине имеет ячеистую структуру.

В частном случае выполнения концевые участки вставки выполнены конической формы.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1,а схематично изображена вставка изолирующая для теплоизолированных труб при сборке, на фиг. 1,б - с расположением элементов вставки в рабочем положении, на фиг. 2,а приведена термограмма распределения температуры по поверхности вставки, выполненной из силиката кальция и на фиг. 2,б - термограмма распределения температуры по поверхности вставки, выполненной из нержавеющей стали.

Вставка изолирующая для теплоизолированной трубы состоит из элементов 1 и 2 и пружины сжатия 3. При этом элементы 1 и 2 выполнены плотно сопрягаемыми по охватываемой и охватывающей цилиндрическим поверхностям, имеют возможность перемещения относительно друг друга в осевом направлении. Пружина сжатия 3 установлена коаксиально между элементами вставок.

За счет выполнения элементов 1 и 2 вставки с возможностью перемещения в осевом направлении при помощи пружины сжатия 3 в рабочем положении при сжатии пружины обеспечивается плотное прилегание контактных поверхностей изолирующей вставки к ответным поверхностям теплоизолированных труб и снижение тепловых потерь.

Сопряжение элементов вставки выполнено при помощи пружины сжатия для компенсации допусков и отклонений размеров стыкуемых труб и обеспечивает плотное прилегание соответствующих контактных поверхностей вставки и теплоизолированных труб.

Такое конструктивное исполнение изолирующей вставки позволяет в качестве материала вставки использовать стойкие к воздействию высоких температур материалы с низким коэффициентом теплопроводности, например, керамические, металлические, композиционные и др., а также позволяет компенсировать допуск на изготовление соединяемых элементов теплоизолированных труб.

Выполнение вставки из стойкого к воздействию высоких температур материала с низким коэффициентом теплопроводности увеличивает эксплуатационную надежность и ресурс работы при прокачке высокотемпературных сред температурой более 350°С за счет обеспечения защиты от проникновения высокотемпературных сред к внутренней поверхности муфты и подмуфтовому пространству и снижения тепловых потерь.

При выполнении элементов вставки из материала с градиентной структурой, который по толщине имеет ячеистую структуру, дополнительно обеспечивается снижение общей теплопроводности вставки и появляется возможность применения материалов с высоким коэффициентом теплопроводности, таких как нержавеющая сталь.

А выполнение концевых участков вставки конической формы, плотно сопрягаемых с ответными поверхностями теплоизолированных труб, увеличивает площадь контакта, что повышает надежность защиты от проникновения высокотемпературных сред к внутренней поверхности муфты и подмуфтовому пространству и снижает тепловые потери.

В промышленных условиях были проведены испытания вставок из стойких к воздействию высоких температур различных материалов с низким коэффициентом теплопроводности, например из силиката кальция и нержавеющей стали с градиентной структурой. Методом селективного лазерного спекания металлического порошка были изготовлены элементы вставки с жестким поверхностным слоем и внутренней ячеистой структурой.

Для сборки муфтового соединения теплоизолированных труб использовали внутренние трубы диаметром 73,02 мм с толщиной стенки 5,51 мм, наружные трубы диаметром 114,3 мм с толщиной стенки 6,88 мм и изолирующие вставки предлагаемой конструкции. Сборку муфтового соединения теплоизолированных труб осуществляли с использованием сопряженных элементов вставки при помощи пружины сжатия, выполненной с поджатыми и зашлифованными опорными витками диаметром 5,5 мм с жесткостью до 0,55 кг/мм.

После сборки труб на испытательном стенде внутрь соединения теплоизолированных труб был установлен электрический нагреватель, который поддерживал температуру внутренней стенки труб на уровне 425±3°С и затем - на уровне 450±5°С. Измерение температуры поверхности осуществляли ручным тепловизором Hikmicro G60, а перед измерением осуществляли выдержку при установленных температурах в течение двух часов.

При испытании вставки из силиката кальция температура снаружи муфты составила 88°С при температуре внутри трубы 450°С. При испытании вставки из нержавеющей стали температура снаружи муфты составила 86°С при температуре внутри трубы 425°С.

Последующая разборка соединения теплоизолированных труб показала, что вставка с элементами из нержавеющей стали и вставка с элементами из силиката кальция при эксплуатации выдержали температуру прокачиваемой среды более 350°С. При этом на элементах вставки, выполненной из нержавеющей стали, после эксперимента не было выявлено повреждений и дефектов, а элементы вставки, выполненные из силиката кальция, из-за частичного разрушения отличались меньшей эксплуатационной надежностью.

Применение предлагаемой конструкции изолирующей вставки из стойкого к воздействию высоких температур материала с низким коэффициентом теплопроводности обеспечивает плотное прилегание контактных поверхностей изолирующей вставки к соответствующим поверхностям теплоизолированных труб, что увеличивает ресурс работы и эксплуатационную надежность вставки при прокачке высокотемпературных сред с температурой более 350°С и позволяет прокачивать флюиды с сохранением свойств, формы и характеристик материалов элементов вставки и минимальными теплопотерями в процессе нагнетания теплоносителя в пласт.

Claims (3)

1. Вставка изолирующая для теплоизолированной трубы, состоящая из двух сопряженных элементов, отличающаяся тем, что элементы вставки установлены с возможностью перемещения в осевом направлении при помощи пружины сжатия, при этом вставка выполнена из стойкого к воздействию высоких температур материала с низким коэффициентом теплопроводности.

2. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что элементы вставки выполнены из материала с градиентной структурой, при этом вставка по толщине имеет ячеистую структуру.

3. Вставка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что концевые участки вставки выполнены конической формы.