[发明专利]管道系统

说明书

本申请基于并要求2010年10月26日递交的日本专利申请No.2010-239920的优先权权益，通过引用将该日本专利申请的公开内容结合于此。

技术领域

本发明涉及连接至石油化工厂或发电厂中的设备的管道系统。该设备是回转式机械，如从管道配置施加的负荷允许值小的流化催化裂化器(FCC)的膨胀机或高温反应器等。

背景技术

由于FCC的膨胀机具有精确的旋转机构，必须防止向这种类型的设备施加任何多余的力或力矩。因此，在连接到安装在这种设备中的设备管口的金属管道系统中，采取措施来降低管口上的负荷。

传统上所采用的这种措施中的一种是安装在管道系统中安装的数个被系紧的伸缩接头(expansion joint)，以在设备运行期间吸收由设备管口的热位移和管道的热膨胀引起的位移。作为伸缩接头，包括波纹管的波纹管型伸缩接头(参见日本工业标准(Japanese Industrial Standard)(JIS)B 2352)是普遍熟知的。JIS B 2352的表1示出了几种类型的波纹管型伸缩接头。采用它们中的最简单的没有被系紧的波纹管型伸缩接头将管道彼此连接使得能够吸收管道在任意平面中的轴向位移、垂直于轴向的位移和角位移，不包括扭曲。结果，通过将由管道的弯曲引起的大的作用力转换成由波纹管的弯曲引起的小的作用力，可以降低管口上的负荷。

然而，在这种类型的接头中，在使管道彼此分开的方向上由波纹管中的内部压力产生的作用力(以下，称为内部压力推力)施加至设备管口。这使得在管孔或内部压力变大时难以应用简单未被系紧的波纹管型伸缩接头。在这种情况中，使用被系紧的波纹管型伸缩接头，其包括限制波纹管的轴向伸缩部将内部压力推力传递至波纹管的外部的机构。公知类型的被系紧波纹管型伸缩接头包括通过在经由波纹管连接的管端处采用铰链仅吸收一个平面中的角位移的铰链型伸缩接头、不仅吸收一个平面中的角位移而且吸收任意平面中的角位移的万向节型伸缩接头、以及吸收任意平面中的垂直于轴向的位移的万向伸缩接头(参见JP10-141565A)。

在管道系统由于每个管道构件的热膨胀而垂直地移动的情形中，需要一种用于在随着垂直运动的情况下支撑管道重量的专用管道支撑装置。为此目的，通过采用诸如可变弹簧吊架或恒定弹簧吊架之类的弹簧吊架支撑以抬升状态安装管道系统，所述可变弹簧吊架或恒定弹簧吊架具有通过所述运动减小负荷变化的机构。

作为采用波纹管型伸缩接头在不将内部压力推力传递至波纹管型伸缩接头的外部的情况下吸收轴向位移的方法，使用压力平衡型的波纹管型伸缩接头，其还包括用于消除内部压力推力的波纹管和设置为允许在保持平衡的状态下进行轴向位移的系杆或拉杆(tie rod)(参见JP10-141565A的图8或美国专利No.4265472的附图)。

如上所述，在包括数个被系紧的波纹管型伸缩接头的常规管道系统中，可以降低施加在设备管口的负荷。然而，由于近来向较大容量发展的趋势，这种负荷降低措施变得不足。

当管孔随着设备变大而增大时，在波纹管处施加的内部压力推力变大，并且波纹管本身的弹簧常量增加。管道变得更长，因此将被吸收的位移增大。在诸如铰链或万向节之类的滑动部分处的摩擦力增加，由此引起设备管口上的负荷增加。弹簧吊架支撑在滑动部分和弹簧本身处也有摩擦，并且在运动期间产生反作用力。该作用力称为初始运动的负荷，并且它变为支撑负荷的约5％。因此，设备管口上的弹簧吊架支撑中的该作用力的影响不再是可忽略的。例如，在具有φ3500毫米的直径和135毫米的厚度的不锈钢管道的情形中，管道重量为11吨每米。当通过设备管口上的弹簧吊架支撑支撑14米的管道时，总管道重量为150吨，并且初始运动的负荷达到约7.5吨。结果，该负荷变得占优势，超过设备管口负荷的允许值。

为了防止施加包括管道系统的内部压力推力、弹性反作用力和摩擦力的多种负荷，以及设备管口上的吊架支撑的操作阻力，已经在概念上考虑了一种方法，其用于在设备管口和管道构件之间安装压力平衡型的波纹管型伸缩接头，并尽可能近地靠近管道构件的波纹管设置固定点(固定器)以固定管道系统。这种固定器通过刚性地支撑管道而防止任何管道负荷、摩擦力和反作用力从固定器的另一侧传递至设备管口侧。然而，在常规技术中，由于下述原因，该方法存在困难。