CH664205A5

CH664205A5 - Waermeisoliertes leitungsrohr.

Info

Publication number: CH664205A5
Application number: CH2377/84A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Dr-Ing Ziemek; Peter Dr Rer Nat Rohner; Klaus Dipl-Ing Schippl
Original assignee: Kabelmetal Electro Gmbh
Priority date: 1983-10-22
Filing date: 1984-05-15
Publication date: 1988-02-15
Also published as: JPS60101391A; SE8405228D0; SE8405228L; DK106184A; DK106184D0; DE3338465A1; KR850004535A

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein wärmeisoliertes Leitungsrohr zur Verlegung in oder ausserhalb der Erde zum Transport von gegenüber der Umgebung erwärmten Gasen oder Flüssigkeiten, bestehend aus zwei im wesentlichen koaxial verlaufenden metallischen Rohren mit schraubenförmiger oder ringförmiger Wellung, die durch Abstandhalter in ihrer koaxialen Anordnung gehalten sind und thermisch gegeneinander isoliert sind.

Ein solches wärmeisoliertes Leitungsrohr dient vorzugsweise zum Transport von Fernwärme.

Aus der DE-PS 1 525 658 ist ein wärmeisoliertes Leitungsrohr bekannt, welches sich als Fernwärmeleitungsrohr auf dem Markt durchgesetzt hat. Das Leitungsrohr besteht aus zwei koaxial zueinander angeordneten metallischen Wellrohren und einer zwischen den Wellrohren angeordneten Isolierschicht auf der Basis von aufgeschäumtem Polyurethan. Auf dem Aussenrohr ist ein Kunststoffmantel angeordnet, welcher das Aussenrohr vor Korrosion schützt. Der Vorteil dieser bekannten Konstruktion ist daran zu sehen, dass aufgrund der Wellung der Rohre die Rohrkonstruktion so flexibel ist, dass sie wie ein elektrisches Kabel auf Kabeltrommeln aufgewickelt und ebenso verlegt werden kann. Die thermisch bedingten Längenveränderungen brauchen weder beim Aufbau des Leitungsrohres in der Schichtenfolge noch bei der Verlegung berücksichtigt zu werden, weil die Wellung der Rohre diese in sich selbst ausgleicht. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des bekannten Leitungsrohres ist darin zu sehen, dass dieses in einer kontinuierlichen Fertigung in nahezu unbegrenzten Längen herstellbar ist. Dadurch entfallen bei der Verlegung die sonst im Fernwärmebau üblichen Verbindungsstellen.

Ein Nachteil dieses bekannten Leitungsrohres besteht darin, dass infolge der Schaumstoffisolierung Medien mit einer Temperatur von mehr als 150°C, wie beispielsweise Heissdampf, nicht mehr transportiert werden können, da der Polyurethanschaum bei dieser Temperatur zerstört wird.

Die Erfindung bezweckt ein wärmeisoliertes Leitungsrohr zu schaffen, mit dem Medien höherer Temperatur als 130 bzw. 150°C transportiert werden können und gleichzeitig der Wärmeverlust des Leitungsrohres verringert wird.

Das erfindungsgemässe Leitungsrohr entspricht den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Dieses Leitungsrohr weist sämtliche Vorteile des bekannten wärmeisolierten Leitungsrohres auf und ist darüber hinaus geeignet, Medien von mehr als 150°C bei geringerem Wärmeverlust zu transportieren. Die Evakuierung des Ringraumes führt zu wesentlich geringeren Wärmeverlusten als die bekannte Schaumstoffisolierung. Daraus resultiert, dass dieses wärmeisolierte Leitungsrohr gegenüber dem bekannten Leitungsrohr bei gleichem Abstand vom Innenrohr zum Aussenrohr geringere Wärmeverluste aufweist oder bei gleichen Wärmeverlusten der Abstand zwischen den Rohren verringert werden kann. Da der Durchmesser des Innenrohres vorgegeben ist, wird man zweckmässigerweise den Durchmesser des Aussenrohres verringern. Das führt dazu, dass Material für das Aussenrohr und den Kunststoff mante 1 gespart werden kann. Bedingt durch den geringeren Aussendurchmesser des Leitungsrohres können grössere Mengen desselben auf eine Kabeltrommel aufgewik-kelt werden.

Die Abschottung des Ringraumes zwischen den Rohren kann entweder bereits werkseitig vorgenommen werden oder aber nach der Verlegung des Leitungsrohres an der Baustelle. Der zwischen den Abstandhaltern verbleibende Raum zwischen dem Innen- und dem Aussenrohr wird durch Metallfolien oder metallbedampften Kunststoffolien, die um das Innenrohr herumgewickelt sind, ausgefüllt.

Die Abstandhalter bestehen vorteilhafterweise aus drei im Abstand von 120°C angeordneten Klötzen aus Keramik oder hartem Kunststoff, die durch einen kreisbogenartig geformten Draht zusammengehalten sind. Solche Abstandhalter können in einfacher Weise während der Fertigung auf s

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das Innenrohr aufgesteckt werden. In den zwischen den Abstandhaltern gelegenen Bereichen werden zweckmässigerweise mehrere Lagen eines metallbedampften Kunststoffbandes angeordnet. Damit die Kunststoffbänder keinen Kontakt zueinander erhalten, ist es zweckmässig, zwischen den einzelnen Lagen ein Geflecht aus Kunststoff oder einem geeigneten keramischen Material anzuordnen. Aus Gründen der Fertigung ist es vorteilhaft, die Abstandhalter wendelartig auszubilden und das metallbedampfte Kunststoffband und das Geflecht wendelartig zwischen den Abstandhaltern zu verlegen. Diese Massnahme führt zu einer kontinuierlichen Fertigung.

Bei dem bekannten Leitungsrohr wird die Druckfestigkeit des Innenrohres über den Schaum, der das Innenrohr im Aussenrohr verankert, vergrössert. Beim Leitungsrohr, gemäss der Erfindung, ist es zweckmässig, das Innenrohr zur Steigerung der Druckfestigkeit mit wendeiförmig aufgebrachten metallischen Drähten oder Bändern zu armieren. Diese werden mit langem Schlag über das Innenrohr gelegt (0,5 bis 1,0 m).

Mit besonderem Vorteil ist der Raum zwischen den Rohren auf mindestens 10~3 mbar evakuiert. Bei diesem Vakuum tritt keine Konvektion mehr auf, so dass die Wärmeverluste lediglich über Wärmeleitung und Wärmestrahlung auftreten können. Die Wärmestrahlung wird durch die Metallfolien oder eine Metallschicht aufweisenden Kunststoffolien, die zwischen den Abstandhaltern gelegen sind, weitestgehend verhindert. Die Verluste infolge Wärmeleitung werden durch Auswahl geeigneter Materialien für die Abstandhalter auf ein Mindestmass gebracht.

Zweckmässigerweise können im Ringraum Restgase absorbierende Gettermaterialien angeordnet sein. Einige Werkstoffe, insbesondere Kunststoffe, neigen zum sog. Nachgasen, d.h. es werden nach der Evakuierung des Ringraumes Gasmoleküle abgespalten, die das Vakuum verringern. Das Gettermaterial fängt diese Gasmoleküle ein und macht sie unschädlich. Jeder Ringraum einer abgeschotteten Rohrlänge sollte drucküberwacht sein. Bei einer Beschädigung des Innenrohres oder des Aussenrohres steigt der Druck im Ringraum schlagartig an, und dieser Druckanstieg führt zu einer Alarmgabe in einer Zentrale. Die beschädigte Rohrlänge muss dann entweder ausgebessert oder ausgewechselt werden. Die Klötze der Abstandhalter weisen zweckmässigerweise eine Prismaform auf und liegen mit einer Flachseite auf dem Innenrohr auf, wogegen sie sich mit ihrer spitzen Kante im Aussenrohr abstützen. Da die Oberfläche des Innenrohres gewölbt ist und die angrenzende Fläche der Klötze eben ist, entsteht eine punktförmige Berührung, welche den Wärmeübergang auf ein Minimum reduziert. Die Längskanten des Prismas weisen dabei in Längsrichtung des Rohres, und die Länge der Kanten ist mindestens gleich dem Abstand zweier Wellenkuppen des Aussenrohres. Ein Verkanten der Klötze ist damit ausgeschlossen.

Nachfolgend werden anhand der schematischen Zeichnung Ausführungsbeispiele des wärmeisolierten Leitungsrohres beschrieben.

Fig. I zeigt einen Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel.

Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 besteht das Innenrohr 1 aus einem längsnahtgeschweissten und schraubenförmig oder ringförmig gewelltes Metallrohr, vorzugsweise aus Edelstahl. Koaxial zum Innenrohr 1 ist ein

Aussenrohr 2 angeordnet, welches ebenfalls als längsnahtge-schweisstes und gewelltes Metallrohr, vorzugsweise aus normalem Stahl, ausgebildet ist. Das Aussenrohr 2 ist von einem Kunststoffmantel 3 umgeben, wobei zwischen dem Aussenrohr 2 und dem Kunststoffmantel 3 noch eine korrosionsver-hindernde Schicht auf der Basis von Bitumen angeordnet sein kann. Das Innenrohr 1 und das Aussenrohr 2 sind durch Abstandhalter im wesentlichen koaxial zueinander gehalten. Jeder Abstandhalter 4 besteht zweckmässigerweise aus drei prismatischen Klötzen 5, die um 120° versetzt zueinander angeordnet sind und durch einen kreisbogenartig geformten Haltedraht 6 auf dem Innenrohr 1 gehalten sind. Die Klötze

5 bestehen aus einem keramischen Werkstoff und/oder aus einem harten Kunststoff, der hochtemperaturbeständig sein soll. Die Länge der Klötze 5 in längsaxialer Richtung sollte mindestens so gross sein, dass jeder Klotz auf mindestens zwei Wellenbergen des Innenrohres 1 aufliegt, so dass ein Verkanten der Klötze 5 nicht möglich ist. Die Klötze 5 tangieren das Innenrohr 1 mit einer flachen Seite, wogegen sich eine Spitze an der inneren Oberfläche des Aussenrohres 2 abstützt. Durch diese konstruktive Ausgestaltung ergeben sich für jeden der Klötze 5 nur wenige punktförmige Berührungen mit den Rohren 1 und 2, so dass der Wärmeübergang im Bereich der Klötze 5 äusserst gering ist. Zwischen den Abstandhaltern 4 sind mindestens zwei Lagen von Metallfolien oder metallbedampften Kunststoffolien 7 auf das Innenrohr 1 aufgewickelt, die ihrerseits durch mattenartige, flexible Abstandhalter 8 aus Kunststoff oder keramischem Werkstoff in Abstand zueinander gehalten sind. Die metallbedampften Kunststoffolien bzw. die Metallfolien 7 dienen dazu, die Strahlungsverluste zu reduzieren. Um die Verluste infolge Konvektion zu verringern, wird der Ringraum zwischen dem Innenrohr 1 und dem Aussenrohr 2 evakuiert. Hierzu ist der Ringraum am Ende jeder Rohrlänge vakuumdicht abgeschottet. Das Vakuum im Ringraum sollte mindestens 10-1 mbar, vorteilhaft 10-3 mbar, betragen. Bei einem geringeren Vakuum würde bereits Konvektion auftreten, und zusätzlich zu den Folien 7 müsste Schüttgut in den Ringraum eingebracht werden. Eine solche Konstruktion wäre jedoch gegenüber der dargestellten Ausführungsform bezüglich der Wärmeverluste schlechter. Der Ringraum ist zweckmässig drucküberwacht. An jeder Abzweig- oder Verbindungsstelle der Rohre kann eine Abschottung vorgesehen sein.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 sind die Abstandhalter 4 wendelartig ausgebildet, d.h. der Haltedraht

6 weist die Form einer Wendel auf, so dass die einzelnen Klötze 5 in längsaxialem Abstand das Innenrohr 1 berühren. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Abstandhalter 4 einzeln auf das Innenrohr 1 aufsteckbar, d.h. sie bestehen vorteilhafterweise aus drei Klötzen 5. Die wendelartige Ausgestaltung der Abstandhalter 4 hat den Vorteil, dass auch der zwischen zwei benachbarten Abstandhaltern 4 gelegene Bereich wendelartig verläuft, so dass in diesem die Folien 7 und deren Abstandhalter 8 ebenfalls wendelartig eingebracht werden können. Dies ist vorteilhaft im Sinne einer kontinuierlichen Fertigung.

Soll im Innenrohr 1 ein Medium transportiert werden, welches unter einem relativ hohen Druck steht, ist es zweckmässig, das Innenrohr mit nicht dargestellten Drähten oder Bändern, die in langen Schlägen über das Innenrohr 1 gelegt werden, zu armieren, wobei die Armierung in einer Richtung oder mit wechselnder Richtung aufgebracht sein kann.

Das beschriebene Leitungsrohr kann bereits werkseitig vorkonfektioniert werden, d.h. endseitig abgeschottet und evakuiert sein. Andererseits besteht jedoch auch die Möglichkeit, diese Arbeiten nach der Verlegung des Leitungsrohres vorzunehmen. Beim erfindungsgemässen wärmeiso-

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Herten Leitungsrohr sind die Wärmeverluste bei gleichen geometrischen Abmessungen deutlich geringer als beim gat-tungsgemässen Leitungsrohr. Sie betragen grössenordnungs-mässig ungefähr 15 bis 20% der Wärmeverluste des bekannten Leitungsrohres. Will man gleiche Wärmeverluste in Kauf nehmen, kann man beim Leitungsrohr nach der Erfindung den Abstand zwischen dem Innenrohr 1 und dem Aussenrohr 2 deutlich kleiner wählen, d.h. der Aussendurch-messer des Aussenrohres 2 wird deutlich geringer. Das bedeutet, dass eine wesentlich grössere Leitungsrohrlänge auf eine Kabeltrommel aufgewickelt werden kann, so dass weniger Verbindungsstellen beim Verlegen erforderlich sind. Weiter fallen geringere Herstellungskosten bei gleichen Wärmeverlusten an.

Bei der Herstellung des beschriebenen wärmeisolierten Leitungsrohres geht man zweckmässigerweise so vor, dass man zunächst das Innenrohr 1 durch Formen eines längseinlaufenden Metallbandes, Längsnahtverschweissen und anschliessendes Wellen desselben herstellt. Das Innenrohr 1 wird dann zweckmässigerweise auf eine Kabeltrommel aufgewickelt. In einem nächsten Arbeitsgang wird das gewellte Innenrohr 1 von der Kabeltrommel abgezogen, die Abstandshalter 4 auf das Innenrohr 1 aufgesteckt und der Bereich zwischen den Abstandhaltern mit den Folien 7 und deren s Abstandhaltern 8 bewickelt. Zusätzlich können noch sog. Gettermaterialien aufgebracht werden, welche nach der Evakuierung des Ringraumes Gasmoleküle, die durch Nachgasen aufgetaucht sind, binden und somit unschädlich machen. Das mit den Abstandhaltern 4 und der Superisolie-lo rung 7, 8 versehene Innenrohr 1 wird dann von einem längseinlaufenden Metallband umhüllt, welches zum Schlitzrohr geformt, längsnahtverschweisst und gewellt wird. Die Oberfläche des gewellten Aussenrohres 2 wird dann mit einer Korrosionsschutzschicht gespült und abschliessend der ls Kunststoffmantel 3 aufextrudiert. Nach der Abkühlung des Kunststoffmantels 3 wird das fertige Leitungsrohr auf eine Kabeltrommel gewickelt und kann wie beschrieben konfektioniert und verlegt bzw. zunächst verlegt und dann konfektioniert werden.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Wärmeisoliertes Leitungsrohr zur Verlegung in oder ausserhalb der Erde zum Transport von gegenüber der Umgebung erwärmten Gasen oder Flüssigkeiten, bestehend aus zwei im wesentlichen koaxial verlaufenden metallischen Rohren (1,2) mit schrauben- oder ringförmiger Wellung, die durch Abstandhalter (4) in ihrer koaxialen Anordnung gehalten sind und thermisch gegeneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1, 2) durch Abstandshalter (4) aus keramischem Werkstoff und/oder hartem Kunststoff gehalten sind, dass der Ringraum zwischen den Rohren (1,2) an den Rohrenden vakuumdicht abgeschottet ist, dass der Ringraum auf mindestens 10-1 mbar evakuiert ist, dass im Ringraum ein Isoliermaterial in Form von um das Innenrohr(l)gewickelten Metallfolien oder eine Metallschicht aufweisenden Kunststoffolien (7) angeordnet ist.

2. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalter (4) aus drei im Abstand von 120° angeordneten Klötzen (5) aus Keramik oder hartem Kunststoff bestehen, die durch einen kreisbogenartig geformten Haltedraht (6) zusammengehalten sind.

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PATENTANSPRÜCH E

3. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Raum zwischen den Abstandhaltern (4) mindestens zwei Lagen einer metallbedampften Kunststoffolie (7) angeordnet sind.

4. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalter (4) wendelartig ausgebildet sind und die Metallfolien oder die eine Metallschicht aufweisenden Kunststoffolien (7) wendelartig zwischen den Abstandhaltern (4) verlegt sind.

5. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (1) mit wendeiförmig aufgebrachten metallischen Drähten oder Bändern armiert ist.

6. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum zwischen den Rohren (1, 2) auf mindestens 10~3 mbar evakuiert ist.

7. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Ringraum zwischen den Rohren (1,2) Restgase absorbierende Gettermaterialien angeordnet sind.

8. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum zwischen den Rohren (1,2) drucküberwacht ist.

9. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klötze (5) eine Prismaform aufweisen und mit einer Flachseite auf dem Innenrohr ( 1 ) aufliegen, wogegen sie mit ihrer spitzen Kante das Aussen-rohr (2) stützen.

10. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskante des Prismas in Längsrichtung des Rohres weisen und die Länge der Kanten mindestens gleich dem Abstand zweier Wellenkuppen des Aussenrohres (2) ist.

11. Wärmeisoliertes Leitungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Abzweig- oder Verbindungsstelle des Leitungsrohres eine Abschottung vorgesehen ist.