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Die vorliegende Erfindung betrifft ein vorzugsweise im Erdboden
angebrachtes wärmeisoliertes Rohrsystem mit konzentrischen Rohren für ein
Heizmedium bzw. ein Transportmedium.
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In Verbindung mit vielen Produktions- und Extraktionsanlagen ist es
wünschenswert, heiße Fluide durch Rohre über so lange Strecken und
vielleicht bei so niedriger Geschwindigkeit zu transportieren, daß die
gewünschte Temperatur nicht allein durch das Rohr selbst, das wärmeisoliert
ist, aufrechterhalten werden kann. Es kann auch zu einem vorübergehenden
Stopp des Fluid-Flusses kommen, während dem die Temperatur nicht weiter
absinken darf. Es ist bekannt, unterhalb der Wärmeisolierung eine
elektrische Heizung einzurichten, doch wird es oft vorgezogen, konzentrische
Rohre zu verwenden, in denen das Fluid-Rohr von einem isolierten Rohr zum
Transport heißen Wassers umgeben ist.
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Die konzentrischen Rohre lassen sich relativ leicht durch eine
unterirdische Installation (Anbringung, Montage) anordnen und verbinden. Doch da
sich voraussehen läßt, daß die Rohre nach der Installation aufgrund
Erwärmung expandieren und möglicherweise später aufgrund variierender
Betriebsbedingungen kontrahieren und expandieren, muß Sorgfalt darauf verwandt
werden, solche Bewegungen durch die Installation U-förmig gebogener
Rohrelemente in allen geraden Pipeline-Abschnitten zu ermöglichen, z.B. durch
Installation in engen Abständen von jeweils hundert Metern. Dadurch wird die
Installation ziemlich teuer, und außerdem entspricht es nicht der Praxis,
die Isolierung allgemein gegen das Eindringen von Wasser von der Außenseite
her zu schützen.
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Es ist bekannt, daß es bei der Verwendung eines äußeren Stahlrohrs an
der Außenseite der Isolierschicht möglich ist, die Pipeline durch das
Verbinden von Rohrelementen zusammenzusetzen, in denen die inneren
Transportrohre in einem vorgestreckten Zustand verankert sind, nämlich mittels
radialer Rippenelemente (fin members), die teilweise zwischen das zentrale
Rohr und das umgebende Transportrohr und teilweise zwischen letzteres und
das äußere Stahlrohr eingeschweißt sind. Mit dieser Technik, die z.B. aus
der US-A-2,924,245 bekannt ist, ist es möglich, lange gerade Pipelines ohne
Verwendung axialer Kompensatoren zu verlegen, aber die Installationsarbeit
ist sehr teuer, und die Rohrelemente sind schwer und teuer. Darüberhinaus
sind die äußeren Stahlrohre gegen Korrosionsangriffe ungeschützt, wodurch
ein Risiko besteht, daß Wasser in die Isolierschicht eindringt.
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Die DE-A-2 655 420 beabsichtigt, diese Installationsarbeit zu
vereinfachen, während die drei unabhängigen und konzentrischen Rohre End an End
verschweißt werden. Zudem kann das äußere Stahlrohr mit einer Betonschicht
geschützt werden.
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In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, daß es
möglich ist, diese Technik allgemein durch teilweise Verwendung der
speziellen Technologie zu verbessern, die mit Fernwärme-Rohrsystemen verbunden
ist - dabei handelt es sich heute um ein hochentwickeltes Gebiet. Hier wurde
der Schutz der Isolierschicht gegen die Umgebung zur Perfektion gebracht,
unter Verwendung äußerer Kunststoff-Schutzrohre und extrem dichter
Verbindungen zwischen diesen. Und darüberhinaus wurden Verfahren und Regelsätze
entwickelt, die das Verlegen langer Pipelines ohne den Einsatz von
Verankerungen, U-Bögen oder axialen kompensatoren ermöglichen.
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Bei der Erfindung hat sich herausgestellt, daß es möglich ist, von
dieser Technik und diesem Know-How zur Verbesserung und Vereinfachung der
besagten konzentrischen Rohrsysteme Gebrauch zu machen. Es muß natürlich
berücksichtigt werden, daß eine weitere Rohrkomponente hinzugefügt wurde,
nämlich ein zentral angeordnetes Rohr, das nicht notwendigerweise dieselbe
Temperatur wie das umgebende "Fernheizungs-Rohr" besitzt; aber wie bereits
als bekannt erwähnt, ist es möglich, das zentrale Rohr am umgebenden inneren
Rohr zu fixieren, wodurch diese Rohre sich wie ein einziges Rohr verhalten,
das dann erfindungsgemäß als das innere Rohr eines gewöhnlichen
Fernheizungs-Rohres betrachtet werden kann.
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In der Technologie der Fernheizungs-Rohre ist es bekannt, daß die
Rohre in langen, geraden oder sogar leicht gebogenen Verläufen im Erdboden
verlegt werden können, ohne daß es notwendig ist, Expansionsmöglichkeiten
vorzusehen, auch nicht mittels U-Bogen-Elementen. Das innere Rohr ist am
äußeren Schutzrohr durch einen festen Isolierschaum verankert, der an beiden
Rohren ausreichend anhaftet, um diese gegen gegenseitige axiale Verschiebung
zu verankern. Das äußere Schutzrohr ist aufgrund des Reibungsdrucks
selbstverankernd, der durch die umgebende Erde oder das Sandmaterial entlang einer
Strecke ausreichender Länge ausgeübt wird, wobei diese Länge von der Kraft
abhängt, mit der das Rohr danach strebt, axial zu expandieren. Bei der
Verwendung des inneren Doppelrohres treten durch Erhitzen und Abkühlen
beträchtlich erhöhte Kräfte auf, doch erfindungsgemäß wird erkannt, daß die
erforderliche Verankerung oder Selbst-Stabilisierung dann nur eine Frage der
entsprechenden Erhöhung der "erforderlichen Länge" der Rohrstecke ist.
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Da Transportrohre des fraglichen Typs normalerweise nur eingesetzt
werden, wenn die Strecken ziemlich lang, beispielsweise mehr als einen
Kilometer lang sind, wird es fast immer möglich sein, in einem
beträchtlichen Bereich der Strecke eine starre Reibungs-Verankerung zu erreichen. Was
sich im Vergleich mit dem Verlegen gewöhnlicher Fernheizungs-Rohre ändert,
ist nur die Länge der sogenannten durch Reibung zurückgehaltenen Strecken
("friction restrained stretches"), d.h. jener äußersten Teilstücke an beiden
Enden einer geraden Strecke, entlang derer summarisch keine Reibungs-
Verankerung vorliegt, und für das Gesamtbild ist es nicht sehr wesentlich,
ob diese End-Teilstücke ein wenig länger sind als gewöhnlich. Beispielsweise
kann es sich um die Frage einer Verlängerung von 200 m auf 400 m handeln,
aber als Gegenleistung wird erreicht, daß auf einer Länge von vielleicht 10
oder 50 km zwischen diesen Endabschnitten kein einziges U-Element oder
anderer Typ eines axialen Kompensators angebracht werden muß.
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An den Enden der Strecke, ganz gleich ob diese mehr oder weniger lang
ist, tritt ein dazugehöriges Problem auf, nämlich das Problem, daß die
Expansions-Verschiebung merklich größer als normalerweise im Zusammenhang
mit Fernheizungs-Pipelines ist. Glücklicherweise aber ist dieses Problem
sehr unwesentlich, weil die Verschiebungen praktisch gleich leicht
aufgenommen werden können, egal ob sie z.B. 15 oder 30 cm betragen. Relativ zu den
einyesparten U-Bogen-Rohrelementen mit den zugehörigen Erd-Ausschachtungen
ist es nicht wichtig, ob es an den Enden ein wenig teurer oder billiger ist,
die erforderliche Aufnahme für die zu erwartenden Verschiebungen
einzurichten,
beispielsweise unter Verwendung auswärts gebogener Verbindungen, die
dazu gezwungen werden, sich über eine bestimmte Strecke seitlich zu
verschieben. Alternativ kann sogar eine Verankerung der Rohrenden an oder in
der Erde vorgesehen werden, wobei dies lediglich erfordert, daß die
Verankerung ein wenig stärker als gewöhnlich bemessen wird.
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Die Erfindung kann durch die Verwendung gewöhnlicher
Fernheizungs-Rohre realisiert werden, die auf ein bereits zusammengebautes Zentralrohr
aufgeschoben werden und anschließend mittels der zentrierenden
Verbindungsrippen daran fixiert werden. Ebenso sind Fernheizungs-Rohre mit einem darin
verlegten zentralen Rohr ähnlicher Länge verwendbar, zur sukzessiven Montage
sowohl des zentralen Rohres als auch der umgebenden Rohrelemente. Die
Verbindungen lassen sich relativ leicht erzeugen, da die Rohrelemente bis
zum abschließenden Zusammenfügen gegenseitig verschiebbar sind, wodurch es
möglich ist, mit einem Minimum an Verbindungs-Rohrelementen zu arbeiten.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
detaillierter beschrieben. Es stellen dar:
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Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines
Rohrelements zur Verwendung in einem konzentrischen dualen
Rohrsystem,
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Fig. 2 einen Längsschnitt einer Rohrverbindung in einem solchen
System und
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Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Endabschnitt einer geraden
Strecke des dualen Rohrsystems.
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In Fig. 1 ist ein Rohrelement 2 dargestellt, das im wesentlichen ein
ziemlich gewöhnliches Fernheizungs-Rohrelement ist, welches aus einem
inneren Leitungsrohr 4, einer Isolierschicht 6, die dieses Rohr umgibt, und
einem äußeren Schutzrohr 8 aus Plastik (Kunststoff) besteht. Die Enden des
Leitungsrohrs 4 springen von den Enden der äußeren Rohrteile 6 und 8 vor.
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An einem Ende dieses Rohrelements sind - wie auf der rechten Seite
dargestellt - an der Innenseite des Leitungsrohrs 4 durch Schweißungen A
eine Anzahl radialer Blattrippen (rib plates) 10 befestigt, die über die
Front des Rohrendes hinaus vorspringen und sich einwärts bis zu einem
inneren
Durchmesser D erstrecken, der dem Außendurchmesser eines zentral
angeordneten Leitungsrohrs 12 entspricht. Bei Lieferung der Rohrelemente kann
dieses Rohr 12 innerhalb des Elements 2 gelagert sein, wenn das Element 2
nicht auf eine lange, bereits verlegte Rohrstrecke 12 aufgesteckt werden
muß. Wie in der Mitte dargestellt, kann das Rohrelement 12 von einem bereits
installierten Rohrelement 2 aus leicht nach rechts vorspringen, und das Rohr
12 in dem anschließend zu installierendem Element kann dann nach links
geschoben und mit dem ersten Rohr 12 durch eine Schweißverbindung 14 verbunden
werden.
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An der selben Verbindung werden zwischen der Außenseite des bereits
installierten zentralen Rohrs 12' und den zugehörigen Stützkanten der
Blattrippen 10' - oder zumindest entlang der äußersten zugänglichen
Teilstücke dieser Kanten - Schweißverbindungen B hergestellt.
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Daraufhin wird das Rohrelement entlang des Rohres 12 nach links
geschoben, um die Enden der Rohre 4 und 4' zusammenzubringen, und diese
Enden werden durch eine in Fig. 2 dargestellte Schweißung C verbunden,
genauso wie beim Installieren von Fernheizungsrohren. Dann wird mittels
einer Verbindungsmuffe 16 eine abgedichtete Verbindung zwischen den Enden
der äußeren Schutzrohre 8 und 8' hergestellt, ähnlich wie es aus dem Bereich
der Fernheizung bekannt ist.
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Im Element 2 hat das zentrale Rohr 12 dieselbe Länge wie das
Leitungsrohr 4, und wenn die flache Stoßverbindung 14 so ausgestaltet ist, daß
das Rohr 12 am linken Ende leicht vorspringt, dann ist entsprechend das
rechte Ende des Rohres 12 innerhalb des rechten Endes des Rohres 4
lokalisiert, aber immer noch in zentrierendem Eingriff mit den Blattrippen 10.
Wenn das Element 2 wie erwähnt nach links in die in Fig. 2 dargestellte
Position geschoben wird, wird das rechte Ende des zentralen Rohres 12 dazu
gebracht, vom Ende des Rohres 4 soweit vorzuspringen, wie der entsprechende
Vorsprung des Rohres 12' im zuvor installierten Element 2'. D.h., das
nächste Element in der Reihe kann dann genauso wie hier beschrieben
installiert werden und 50 fort.
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Durch die Schweißungen A und B wird zwischen dem zentralen Rohr 12 und
dem Leitungsrohr 4 eine wirkliche Verankerung hergestellt, wodurch sich die
Rohre - auch wenn sie gegenseitig unterschiedliche Temperaturen annehmen
- wie eine verbundene Einheit verhalten, in der sich entstehende mechanische
Beanspruchungen (stresses) zwischen den Rohren verteilen. Für ansteigende
Temperaturen in beiden Rohren sind die Expansions-Kräfte höher als für das
Fernheizungs-Rohr 4 allein, da der Gesamt-Querschnittsbereich des Eisens nun
vergrößert ist, doch wird - bei Betrachtung einer ausreichend langen
Rohrstrecke - das Rohr nichtsdestoweniger durch den umgebenden Erddruck gegen
die Ausführung von Expansions- und Kontraktionsbewegungen stabilisiert,
wobei eine Übertragung von Verankerungskräften durch den festen (rigid)
Isolierschaum 6 stattfindet.
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Durch die feste Installierung des zentralen Rohres 12 entlang der
geraden Rohrabschnitte wird erreicht, daß auch dieses Rohr innerhalb des
zusammengebauten, durchgehenden Rohres 4 gerade und unbeschädigt bleibt, ohne
jegliche Verwendung axialer Kompensatoren. Und an den Enden der geraden
Abschnitte bedeutet diese Verankerung, daß sich die Rohre ohne weitere
Stabilisierung auch in solchen Bögen zumindest ungefähr konzentrisch erstrecken,
die an den Streckenenden mit dem Zweck vorgesehen sind, die
Längenvariationen aufzunehmen, die entlang der äußersten sogenannten durch Reibung
zurückgehaltenen Teilabschnitte (friction restrained partial length) auftreten
können. Dies ist in Fig. 3 dargestellt. Am rechten Ende kann ein
Herausdrücken der dargestellten Biegung auftreten, und es kann sein, daß die
Biegung weiter herausgedrückt wird, als es mit einem einzelnen Rohr 4 der Fall
gewesen wäre, wie durch eine strichpunktierte bzw. eine gestrichelte Linie
dargestellt ist. Es gibt jedoch kein technisches Problem bei der Aufnahme
dieser vergrößerten Verschiebung der Biegung. Da die zwei Rohre an einem Ort
20 fest miteinander verbunden sind, der nicht weit von der Biegung entfernt
ist, kann es nicht zu einer signifikanten Verschiebung zwischen den Rohren
in oder an der Biegung kommen, d.h. die Rohre können einander nicht
beschädigen.
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Das zentrale Rohr kann auf andere Weise am Rohr 4 verankert werden,
doch ist verständlich, daß es in der Praxis leicht ist, mit der in der
Zeichnung dargestellten Verbindungsmethode zu arbeiten.