Elemento de conducto de transporte de gases a temperatura elevada que comprende un elemento de aislamiento térmico de revolución que comprende una envoltura no hermética de eje longitudinal (X),

dispuesto en dicha envoltura al menos un aislante térmico de tipo fibroso, estando encapsulado dicho aislante térmico en la envoltura, estando formada la envoltura por una envoltura exterior (104) del conducto de transporte de fluido y un encamisado (102) destinado a estar en contacto con el fluido que va a ser transportado y que comprende una primera extremidad longitudinal (106), un conector macho (108) y una segunda extremidad longitudinal (110) opuesta a la primera extremidad longitudinal (116), un conector hembra (112), estando conectadas la envoltura exterior (104) y el encamisado (102) mediante los conectores macho (108) y hembra (112), comprendiendo dicha envoltura una zona anular axialmente adaptable, estando situada dicha zona adaptable en el conector hembra (112), comprendiendo dicho conector hembra una primera parte (112.2) fijada sobre el encamisado (102) y una segunda parte (112.8) fijada sobre la envoltura exterior (104) , penetrando dicha segunda parte en la primera parte, comprendiendo la primera y segunda parte una primera (112.6) y una segunda (112.12) superficie cilíndrica, respectivamente, superponiéndose dichas primera (112.6) y segunda (112.12) superficies y siendo adecuadas para deslizarse una respecto a la otra en el caso de dilataciones de dicho elemento de aislamiento de tuberías, asegurando siempre el confinamiento del aislante térmico, de manera que forme dicha zona adaptable.

Elemento de aislamiento para conducto de transporte de gases calientes y procedimiento de realización de tal conducto 5

Campo de la técnica

La presente invención se refiere al transporte particularmente de gases calientes utilizados, por ejemplo, como fluido portador de calor.

La presente invención se aplica al campo de las protecciones térmicas de estructuras metálicas utilizadas en numerosos campos (aeronáutico, ingeniería química, nuclear, etc.) . Estas protecciones térmicas encuentran una aplicación en los reactores nucleares desarrollados en el marco de las nuevas concepciones de reactores denominados de cuarta generación.

Más particularmente, el dispositivo según la invención es conocido para instalaciones que funcionan en el campo de elevadas temperaturas, es decir, para reactores HTR ("High Temperature Reactors") en los que la temperatura del fluido de enfriamiento a la salida del reactor es superior a 800º C; preferentemente se trata de reactores con gases portadores de calor (RCG) que funcionan con un flujo de neutrones rápidos enfriado mediante un gas.

Estado de la técnica anterior

Numerosos procedimientos producen (ingeniería química en particular) o utilizan como fluido portador de calor (reactores nucleares en particular) gases bajo presión a temperatura elevada.

La temperatura del gas puede alcanzar 1000º C, a una presión de 100 bares.

El confinamiento y transporte de un gas bajo presión a temperatura en conducciones son susceptibles de generar tensiones inadmisibles en las conducciones.

En efecto, en la actualidad, ninguno de los materiales descritos en los códigos de dimensionamiento está previsto que funcione de forma segura a este nivel de carga (es decir, a esta presión combinada con este nivel de temperatura) . Como consecuencia, parece necesario rebajar la temperatura de la estructura de la conducción de forma correlativa al nivel de presión, para llevar a condiciones de dimensionamiento admisibles definidas por los códigos de dimensionamiento.

Se ha previsto así, de forma convencional, utilizar un dispositivo de protección térmica capaz de absorber un gradiente térmico superior a 800º C, sobre su grosor, con el fin de mantener la estructura a una temperatura admisible. Las soluciones térmicas que permiten resolver este problema pueden ser clasificadas en dos grandes grupos:

- La primera consiste en un enfriamiento activo de la estructura externa de la conducción mediante un fluido. Esta técnica es eficaz. No obstante, presenta dos inconvenientes. Por una parte, se trata de una solución pesada y costosa que necesita colocar una instalación auxiliar de enfriamiento y, por otra parte, una instalación de este

45 dispositivo supone un enfriamiento significativo del gas que va a ser transportado.

Ahora bien, en el caso de que se desee recuperar el calor del fluido transportada para producir energía, como es el caso en una central eléctrica por ejemplo, este enfriamiento es muy penalizador.

- La segunda técnica consiste en la utilización de un aislante térmico entre el gas caliente y la estructura. Este aislante forma una barrera térmica y no hermética y su capacidad de hacer que el gas se inmovilice en su grosor es lo que asegura su eficacia.

Esta técnica es muy eficaz y puede ser utilizada de diferentes maneras.

55 Existen esencialmente tres tipos diferentes de aislantes del calor:

- Los aislantes de calor metálicos: una acumulación formada por una sucesión de láminas metálicas finas separadas por una distancia susceptible de evitar fenómenos de convección y utilizada como protección anti-radiaciones.

Como protección contra fenómenos de convección existen estructuras estratificadas compuestas por capaz de rejillas metálicas de malla fina con un alambre de 0, 2 mm y hojas metálicas finas (de tipo MÃtallisol®) . Para conseguir nuevos rendimientos de aislamiento, este tipo de barrera térmica debe ser de gran tamaño y, por tanto, es voluminosa. Su voluminosidad limita su utilización a componentes de gran tamaño.

- Los aislantes cerámicos sólidos, auto-estructurantes, en el interior de la conducción, permiten proteger la superficie metálica externa de la temperatura del gas, particularmente mediante la acción de la convección natural. Este tipo de aislante térmico es conocido a partir del documento EP 0000497. Habitualmente es utilizado en aplicaciones como hornos, aunque no presenta una buena resistencia con respecto a los gradientes de presión o de temperatura que podrían establecerse en el aislante sólido. Por tanto, es probable un rápido envejecimiento por formación de cisuras

en el aislante en aplicaciones de tipo de reactor de gas portador de calor (RCG) , o pueden aparecer problemas asociados a las vibraciones o las rápidas despresurizaciones de la conducción. Por otra parte, la mayoría de estos productos cerámicos sólidos y porosos no resiste la erosión a velocidad elevada (>20 m/s) . Necesitan un tratamiento de vitrificación de la superficie en contacto con el gas en circulación, lo que hará que esta misma superficie sea más frágil a los gradientes térmicos.

- Los aislantes fibrosos colocados en el interior de la conducción. Como este aislante no tiene ninguna resistencia mecánica, generalmente está contenido en una estructura de tipo de encamisado para conducciones, que lo deberá proteger de la circulación del fluido.

Para una aplicación en RCG, los aislantes fibrosos parece que son los de mejor rendimiento.

Como se expuso con anterioridad, los aislantes fibrosos están contenidos entre el encamisado y la estructura para aislarlos de gas. Se debe prever una unión mecánica con el fin de conectar el encamisado y la estructura.

Por tanto se buscan soluciones técnicas de encamisados conectados a la estructura adecuados para soportar dilataciones diferenciales entre el encamisado interno caliente y la conducción externa que permanece a una temperatura moderada, y que permitan que el encamisado interno a la temperatura del gas resista las variaciones rápidas de presión.

Dos zonas son particularmente sensibles a las tensiones indicadas con anterioridad:

- la zona de transición entre dos elementos de la conducción,

- la unión entre el encamisado y la conducción.

Estas dos zonas de transición permiten compensar la dilatación diferencial de las estructuras.

El documento DE 3720714 describe la utilización de una pieza producida que forma una superficie interfacial entre dos elementos de la conducción teniendo la extremidad de los elementos una sección por etapas que permite el ajuste de una extremidad de un elemento en una extremidad de otro elemento. Este documento describe igualmente un ajuste por medio de una forma cónica.

Los documentos NL 56141 y GB 2159598, describen igualmente superficies interfaciales de forma cónica.

Los elementos anteriormente descritos se forman mediante una envoltura rígida. Por tanto, en el caso de un aislante térmico destinado a absorber una radiante térmico de aproximadamente 800º C, presenta una tensión térmica demasiado elevada, así como grandes deformaciones producidas en el encamisado interno que guía el fluido. El encamisado es sometido así a tensiones muy considerables, susceptibles de deteriorarlo.

45 El documento US 2419278 propone la utilización de fuelles anulares que conectan las extremidades longitudinales del encamisado interno y la envoltura exterior. Estos fuelles están destinados a absorber las dilataciones que se puedan producir, particularmente entre el encamisado y la envoltura exterior. Por una parte, la fabricación de este elemento es relativamente compleja. Por otra parte, la superficie interfacial entre dos elementos de la conducción es difícil de realizar.

El documento DE 3336465 propone integrar a la conducción elementos deformables, teniendo estos elementos forma de "V" soldados entre la conducción externa y el encamisado interno. Además, están previstos igualmente sopletes axiales en el encamisado. La diferencia de dilatación entre el interior y el exterior está compensada por medio de estas formas adaptadas. Para no perturbar excesivamente el flujo, se coloca un segundo encamisado en 55 contacto directo con el gas. Esta solución, además de su complejidad, presenta el inconveniente principal de ser difícil de realizar. Las fibras contenidas en los elementos de las conducciones así realizadas... [Seguir leyendo]

1. Elemento de conducto de transporte de gases a temperatura elevada que comprende un elemento de aislamiento térmico de revolución que comprende una envoltura no hermética de eje longitudinal (X) , dispuesto en dicha envoltura al menos un aislante térmico de tipo fibroso, estando encapsulado dicho aislante térmico en la envoltura, estando formada la envoltura por una envoltura exterior (104) del conducto de transporte de fluido y un encamisado (102) destinado a estar en contacto con el fluido que va a ser transportado y que comprende una primera extremidad longitudinal (106) , un conector macho (108) y una segunda extremidad longitudinal (110) opuesta a la primera extremidad longitudinal (116) , un conector hembra (112) , estando conectadas la envoltura exterior (104) y el encamisado (102) mediante los conectores macho (108) y hembra (112) , comprendiendo dicha envoltura una zona anular axialmente adaptable, estando situada dicha zona adaptable en el conector hembra (112) , comprendiendo dicho conector hembra una primera parte (112.2) fijada sobre el encamisado (102) y una segunda parte (112.8) fijada sobre la envoltura exterior (104) , penetrando dicha segunda parte en la primera parte, comprendiendo la primera y segunda parte una primera (112.6) y una segunda (112.12) superficie cilíndrica, respectivamente, superponiéndose dichas primera (112.6) y segunda (112.12) superficies y siendo adecuadas para deslizarse una respecto a la otra en el caso de dilataciones de dicho elemento de aislamiento de tuberías, asegurando siempre el confinamiento del aislante térmico, de manera que forme dicha zona adaptable.

2. Elemento de conducto según la reivindicación 1, en el que el conector macho (108) comprende una primera (108.2) y una segunda (108.8) rebordes anulares conectados mediante una parte tubular (108.11) , estando fijada dicho primer reborde a una primera extremidad longitudinal (102.1) del encamisado (102) por intermediación de una parte tubular (108.6) , estando fijado dicho segundo reborde a una primera extremidad longitudinal de la envoltura exterior (104) .

25 3. Elemento de conducto según la reivindicación 2 en el que la primera parte (112.2) comprende un reborde anular

(112.4) conectado mediante su diámetro interior (112.5) al encamisado (102) al nivel de una segunda extremidad longitudinal (102.2) de dicho encamisado (102) y a una primera parte tubular (112.6) mediante su diámetro exterior (112.7) , formando dicha primera parte tubular (112.6) la primera superficie (112.14) , en el cual la segunda parte

(112.8) comprende un reborde anular (112.10) conectado mediante su diámetro exterior (112.11) a una segunda extremidad longitudinal de la envoltura exterior (104) y a una segunda parte tubular (112.12) mediante su diámetro interior (112.13) , formando dicha segunda parte tubular (112.12) la segunda superficie (112.18) , estando montadas dicha primera (112.2) y segunda (112.8) partes de manera que la primera (112.6) y segunda (112.12) partes tubulares se recubren al menos parcialmente y se pueden desplazar una respecto a la otra.

35 4. Elemento de conducto según la reivindicación anterior, en el que la segunda parte tubular (112.12) de la segunda parte (112.8) del conector hembra (112) penetra en la primera parte tubular (112.6) de la primera parte (112.2) del conector hembra (112) .

5. Elemento de conducto según la reivindicación 3 ó 4, en el que el reborde (112.4) de la primera parte (112.2) del conector hembra (112) está fijado sobre la pared periférica del encamisado (102) detrás de la segunda extremidad longitudinal (102.2) del encamisado (102) .

6. Elemento de conducto según una de las reivindicaciones 3 a 5, en el que la primera extremidad longitudinal

(102.1) del encamisado (102) tiene una forma ensanchada. 45

7. Elemento de conducto según una de las reivindicaciones 3 a 6, en la que los rebordes (108.2, 112.41, 112.10) comprenden una conicidad orientada desde la segunda (102.2) hacia la primera (102.1) extremidad longitudinal del encamisado (102) .

8. Elemento de conducto según una de las reivindicaciones 2 a 7 en el que el conector macho (108) está fijado mediante soldadura sobre la envoltura exterior (104) y el encamisado (102) , y la primera (112.2) y segunda (112.8) partes del conector hembra (112) están fijadas mediante soldadura sobre el encamisado (102) y la envoltura exterior

(104) respectivamente.

55 9. Elemento de conducto según una de las reivindicaciones 2 a 8, en el que los conectores macho (108) y hembra

(112) están recubiertos al menos parcialmente por un revestimiento (102.3, 112.14, 112.16, 112.18, 108.7, 108.13) adecuado para reducir las fricciones y el desgaste entre el conector macho (108) y el conector hembra (212) y entre la primera parte del conector hembra (212.2) y la segunda parte del conector hembra (212.8) de tipo cermet Cr3C2-NiCr o circonio estabilizado con itrio.

10. Elemento de conducto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios de fijación (120, 121, 123, 114, 116, 118) a otro elemento de aislamiento térmico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, mediante embridado o mediante soldadura.

12. Elemento de conducto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el aislante térmico tiene una conductividad térmica inferior a 0, 3.

5 13. Elemento de conducto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el aislante térmico comprende un fieltro y/o una lana de silicato de metal alcalinotérreo y/o un fieltro de grafito y al menos un tubo de rejilla.

65 11. Elemento de conducto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, realizado con una aleación de níquel de tipo H230 o Inconel 600.

14. Elemento de conducto según la reivindicación 13, en el que el aislante térmico comprende unos primeros tubos 10 de rejilla de malla superior y un segundo tubo de rejilla de malla inferior.

15. Elemento de conducto según la reivindicación anterior, en el que los primeros tubos de rejillas están libres axialmente y cuyo desplazamiento axial está limitado por el conector macho (108) y el conector hembra (112) .

16. Elemento de conducto según la reivindicación 14 ó 15, en el que los primeros tubos tienen mallas de 10 mm de una cota realizada con un alambre de 2 mm de diámetro y el segundo tubo tiene mallas de 0, 5 mm de una cota realizada con un alambre de 0, 3 mm de diámetro.

17. Conducto de transporte de fluido, que comprende una sucesión de elementos (100, 200) de un conducto según 20 una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

18. Procedimiento de fabricación de un elemento de conducto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17 en combinación con la reivindicación 14, que comprende las etapas de: 25 a) fabricación de un primer subconjunto que comprende el encamisado (102) , el conector macho (108) y la primera parte (112.2) del conector hembra (112) y fabricación de la segunda parte (112.8) del conector hembra (112) , b) colocación de los tubos de rejillas sobre el encamisado (102) del subconjunto (102, 108 y 112.2) 30 c) fijación de dicho primer subconjunto (102, 108, 112.2) sobre la envoltura exterior (104) , d) colocación de un material de aislamiento térmico entre en el encamisado (102) y la envoltura exterior (104) ,

e) fijación de la segunda parte (112.8) del conector hembra (112) sobre la envoltura exterior (104) . 35

19. Procedimiento según la reivindicación anterior, en el que durante la etapa a) el subconjunto (102, 108, 112.2) y la segunda parte (112.8) del conector hembra (112) están conectados mediante conformación y soldadura.

20. Procedimiento según la reivindicación 18 ó 19, en el que durante la etapa b) , se colocan unos tubos de rejilla 40 entre el encamisado (102) y la envoltura exterior (104) y están libres axialmente.

21. Procedimiento de fabricación de un conducto por medio de los elementos de conducto según una de las reivindicaciones 1 a 17, que comprende: 45 f) la etapa de inserción de un conector macho (108) y un elemento (100) en un conector hembra (212) de otro elemento (200) ,

g) el afianzamiento de los dos elementos (100, 200) mediante embridado o soldadura, 50 h) la repetición de las etapas f) y g) hasta alcanzar la longitud deseada del conducto.