一种防止管道因介质凝固膨胀而损坏的装置及其施工方法
技术领域
本发明涉及管道防冻
技术领域
，具体涉及一种防止管道因介质凝固膨胀而损坏的装置及其施工方法。背景技术
北方寒冷地区经常发生因供水或其它液体介质管道保温不完善或虽然设有保温结构但没有持续热源（如电伴热）供热，因液体介质凝固膨胀致使管道受损破坏的情况，在第二年气温回升时因管道损坏介质溶化渗漏造成其它物品污染受损，严重影响了系统的正常运行。
发明内容
本发明目的在于提出一种防止管道因介质凝固膨胀而损坏的装置及其施工方法，以解决背景技术中所述的技术问题。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种防止管道因介质凝固膨胀而损坏的装置，设置于相邻两处阀门之间的运输管道之间，包括铺设于运输管道内侧底部的橡胶管，所述橡胶管两端从运输管道底部开设的连接法兰处延伸至运输管道外侧，其端部一体设置有环状的紧固密封环并通过气门芯封闭，所述连接法兰外侧通过紧固螺栓安装有法兰片，所述法兰片和连接法兰将紧固密封环压紧密封，所述橡胶管内通过空压机充注有空气，且其内部空气体积大于运输管道内部介质凝固时的体积增加量，非冬季运行期间，所述橡胶管内可以不充注空气，以增加运输管道内介质的有效运输空间。
优选地，为防止橡胶管非均匀膨胀，影响运输管道内介质的均匀流动，所述橡胶管内沿其轴线方向等间隔设置有若干根加强筋。
优选地，所述橡胶管内穿设有电伴热带，所述电伴热带两端导线从橡胶管端部穿出并与橡胶管密封配合。
优选地，所述电伴热带外侧套设有保护套。
优选地，所述电伴热带采用防腐防水型自控温电伴热带，其设定工作温度不高于20℃，以免温度过高对橡胶管的弹性性能造成不利影响，且其工作功率需维持运输管道内部介质的温度在介质凝固点5℃以上。
优选地，所述运输管道上分别设置有测量其内部介质温度和压力的温度计和第一压力表，所述气门芯内侧橡胶管上设置有测量其内部空气压力的第二压力表，且气门芯与空压机之间设置有空气流量计。
优选地，所述装置还包括用于调节运输管道内部介质流量以及橡胶管内部空气充注体积的中央控制器，所述中央控制器分别与阀门、温度计、第一压力表、第二压力表、空压机和空气流量计电连接，所述中央控制器通过温度计和第一压力表获得管道内实时介质温度及运行压力，并根据实时介质温度控制空压机和电伴热带的启闭及工作功率，同时根据各仪表监测数据自动计算空气的充注体积并对应调整阀门处介质流量大小，所述橡胶管内部充注空气的体积采用如下公式计算，
ΔV=[P1V1T2/(P2T1)-V1] *（1+X），
其中，ΔV表示橡胶管内部需要充注空气的体积，P1表示运输管道内介质凝固前第一压力表显示的介质压力或第二压力表显示的橡胶管内部空气压力，P2表示运输管道内介质凝固后第二压力表显示的橡胶管内部空气压力，V1表示运输管道内介质凝固前介质体积，T1表示运输管道内介质凝固前温度计显示的介质温度，T2表示运输管道内介质的凝固点，X表示富余系数，其取值范围为2%-5%。
优选地，为提高向橡胶管内充注空气的效率，所述橡胶管两侧端部均设置有一台与其气门芯相连的空压机，该段橡胶管充气完毕后，所述空压机可移动至其他橡胶管段处使用，具体移动位置根据中央控制器提示进行。
另外，本发明还提供了上述一种防止管道因介质凝固膨胀而损坏的装置的施工方法，主要包括以下步骤：
步骤一，安装连接法兰，在两阀门之间的运输管道底部安装连接法兰，并将运输管道内部（如连接法兰处、有缝钢管或螺旋焊缝钢管的焊缝位置）打磨光滑，防止毛刺对橡胶管造成破坏；
步骤二，制作电伴热橡胶管，根据运输管道管径大小及其内部运输介质的种类选择合适管径的橡胶管及合适类型的电伴热带，在电伴热带外侧套设保护套并将其穿设在橡胶管内；
步骤三，性能测试，将制作好的电伴热橡胶管进行电伴热带绝缘性能测试和橡胶管气密性能测试并确认检测结果合格；
步骤四，安装电伴热橡胶管，将穿设有电伴热带的橡胶管通长铺设在运输管道内侧底部并通过法兰片和紧固螺栓将其两端压紧密封，为避免影响阀门的关闭性能，电伴热橡胶管以运输管道上两个阀门之间的区域进行分段安装；
步骤五，系统投入运行，电伴热橡胶管安装完毕之后，将运输管道充满介质带压正常运行，当冬季运行环境气温达到介质凝固点前，如果系统需要正常运行且现场具备连续供电条件，通过阀门调小运输管道内介质流量，启动空压机向橡胶管内充注适量空气，并接通电伴热带供热，如果系统停止运行，但运输管道内介质无法排放或排放不经济时，启动空压机向橡胶管内充注适量空气，使橡胶管内空气体积大于运输管道内部介质凝固时的体积增加量。
优选地，为保证橡胶管及运输管道正常工作，所述步骤五中运输管道内介质凝固后橡胶管内部空气压力小于橡胶管及运输管道的最大允许承压值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明通过在运输管道内安装橡胶管并向橡胶管内充注适量空气，为运输管道内介质凝固导致的体积膨胀提供了足够的容纳空间，在无持续电源供应的情况下，可以避免系统运输管道因管内介质凝固膨胀造成管道损坏，适用于大口径长距离运输管道的短暂停运保护；
2、本发明在橡胶管内部安装有电伴热带，电伴热带外侧通过保护套、充注空气和橡胶管实现了三重绝缘保护，安全性更佳，电伴热带随橡胶管一起安装在运输管道底部，充分利用了液体的热对流，最大限度利用了电伴热带产生的热量，使运输管道内介质均匀受热，减少了热量的损耗，而且由于安装了电伴热带的运输管道无需将其内部介质排放掉，系统运输管道随时处于准工作状态，需要时可在最短时间内恢复系统正常运行。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1为本发明的结构示意图；
图2图1中A-A剖面处的结构示意图；
图3为图1中B处的放大结构示意图。
附图标记：1-运输管道、2-阀门、3-连接法兰、4-法兰片、5-紧固螺栓、6-橡胶管、7-紧固密封环、8-气门芯、9-加强筋、10-电伴热带、11-保护套、12-温度计、13-第一压力表、14-第二压力表、15-流量计。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的一种防止管道因介质凝固膨胀而损坏的装置及其施工方法的实施例。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下面结合图1-3，对本发明的优选实施例作进一步详细说明：
如图1-3所示，本发明优选的一种防止管道因介质凝固膨胀而损坏的装置，设置于相邻两处阀门2之间的运输管道1之间，包括铺设于运输管道1内侧底部的橡胶管6，所述橡胶管6两端从运输管道1底部开设的连接法兰3处延伸至运输管道1外侧，其端部一体设置有环状的紧固密封环7并通过气门芯8封闭，所述连接法兰3外侧通过紧固螺栓5安装有法兰片4，所述法兰片4和连接法兰3将紧固密封环7压紧密封，所述橡胶管6内通过空压机充注有空气，且其内部空气体积大于运输管道1内部介质凝固时的体积增加量，为提高空气充注效率，所述橡胶管6两侧端部均设置有一台与其气门芯8相连的空压机；
为防止橡胶管6非均匀膨胀，影响运输管道1内介质的均匀流动，如图2所示，所述橡胶管6内沿其轴线方向等间隔设置有若干根加强筋9，所述加强筋9采用锦纶、涤纶等非金属材质纤维制成，且其抗拉强度不小于50N/mm2；
为加强抗冻效果，在运输管道1内部介质有及时化冻需求时，所述橡胶管6内穿设有电伴热带10，所述电伴热带10两端导线从橡胶管6端部穿出并与橡胶管6密封配合，且其外侧套设有保护套11；
为了保证向橡胶管6内部充注空气操作的及时性及精确性，所述运输管道1上分别设置有测量其内部介质温度和压力的温度计12和第一压力表13，所述气门芯8内侧橡胶管6上设置有测量其内部空气压力的第二压力表14，且气门芯8与空压机之间设置有空气流量计15；
为提高运输管道1防冻抗冻操作的自动化程度，所述装置还包括用于调节运输管道1内部介质流量以及橡胶管6内部空气充注体积的中央控制器，所述中央控制器分别与阀门2、温度计12、第一压力表13、第二压力表14、空压机和空气流量计15电连接，所述中央控制器通过温度计12和第一压力表13获得运输管道1内实时介质温度及运行压力，并根据实时介质温度控制空压机和电伴热带10的启闭及工作功率，同时根据各仪表监测数据自动计算空气的充注体积并对应调整阀门2处介质流量大小，所述橡胶管6内部充注空气的体积采用如下公式计算，
ΔV=[P1V1T2/(P2T1)-V1] *（1+X），
其中，ΔV表示橡胶管6内部需要充注空气的体积，P1表示运输管道1内介质凝固前第一压力表13显示的介质压力或第二压力14表显示的橡胶管6内部空气压力，P2表示运输管道1内介质凝固后第二压力14表显示的橡胶管6内部空气压力，V1表示运输管道1内介质凝固前介质体积，T1表示运输管道1内介质凝固前温度计显示的介质温度，T2表示运输管道1内介质的凝固点，X表示富余系数，其取值范围为2%-5%，例如，当运输管道1内部介质为水时，橡胶管6内部需要充注空气的体积需大于运输管道1内部水体体积的11%，此时ΔV可以取运输管道1内部水体体积的15%。
本发明所述一种防止管道因介质凝固膨胀而损坏的装置的施工方法，主要包括以下步骤：
步骤一，安装连接法兰3，在两阀门2之间的运输管道1底部安装连接法兰3，并将运输管道1内部（如连接法兰3处、有缝钢管或螺旋焊缝钢管的焊缝位置）打磨光滑；
步骤二，制作电伴热橡胶管，根据运输管道1管径大小及其内部运输介质的种类选择合适管径的橡胶管6（材质为天然橡胶或合成橡胶）及合适类型的电伴热带10，在电伴热带10外侧套设保护套11并将其穿设在橡胶管6内，为方便电伴热带10的检修及更换，电伴热带10和橡胶管6可以制作成可抽动方式，所述电伴热带10采用防腐防水型自控温电伴热带，其设定工作温度不高于20℃，以免温度过高对橡胶管6的弹性性能造成不利影响；
步骤三，性能测试，将制作好的电伴热橡胶管进行电伴热带10绝缘性能测试和橡胶管6气密性能测试并确认检测结果合格；
步骤四，安装电伴热橡胶管，将穿设有电伴热带10的橡胶管6通长铺设在运输管道1内侧底部并通过法兰片4和紧固螺栓5将其两端压紧密封，为避免影响阀门2的关闭性能，建议电伴热橡胶管以运输管道1上两个阀门2之间的区域进行分段安装；
步骤五，系统投入运行，电伴热橡胶管安装完毕之后，将运输管道1充满介质带压正常运行，当冬季运行环境气温达到介质凝固点前，如果系统需要正常运行且现场具备连续供电条件，通过阀门2调小运输管道1内介质流量，启动空压机向橡胶管6内充注适量空气，并接通电伴热带10供热，电伴热带工作功率需维持运输管道1内部介质的温度在介质凝固点5℃以上，在系统管网上设置有介质温度计12，随时监测介质温度，并根据介质温度的高低通过中央控制器自动调整电伴热带10的供热功率大小，如果系统停止运行，但运输管道1内介质无法排放或排放不经济时，启动空压机向橡胶管6内充注适量空气，使橡胶管6内空气体积大于运输管道1内部介质凝固时的体积增加量，需要注意的是，运输管道1内介质凝固完成体积停止增加时橡胶管6内部气体的压力不应大于运输管道1及橡胶管6的最大允许承压值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
