EP0000497B1 - Transportleitung mit keramischer Innenisolierung zur Führung heisser Fluide - Google Patents

Transportleitung mit keramischer Innenisolierung zur Führung heisser Fluide Download PDF

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EP0000497B1
EP0000497B1 EP78100361A EP78100361A EP0000497B1 EP 0000497 B1 EP0000497 B1 EP 0000497B1 EP 78100361 A EP78100361 A EP 78100361A EP 78100361 A EP78100361 A EP 78100361A EP 0000497 B1 EP0000497 B1 EP 0000497B1
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/06—Arrangements using an air layer or vacuum
    • F16L59/07—Arrangements using an air layer or vacuum the air layer being enclosed by one or more layers of insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/14—Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems
    • F16L59/147—Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems the insulation being located inwardly of the outer surface of the pipe
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C11/00—Shielding structurally associated with the reactor
    • G21C11/08—Thermal shields; Thermal linings, i.e. for dissipating heat from gamma radiation which would otherwise heat an outer biological shield ; Thermal insulation
    • G21C11/081—Thermal shields; Thermal linings, i.e. for dissipating heat from gamma radiation which would otherwise heat an outer biological shield ; Thermal insulation consisting of a non-metallic layer of insulating material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S138/00—Pipes and tubular conduits
    • Y10S138/05—Pre-stress

Definitions

  • the invention relates to a transport line with ceramic inner insulation for guiding hot fluids, which has hollow hollow bodies surrounding the flow space of the transport line within an outer wall for insulation, which is enclosed on its side facing the outer wall by tensioning elements which enclose the hollow bodies preload on unloaded pressure.
  • Internal insulation for transport lines is required in order to protect the outer walls of the transport line, which are usually made of metallic materials and are subjected to internal pressure, from overheating. Ceramic foils or fiber materials and solid ceramic insulation are known for internal insulation. The latter have proven particularly useful for prestressed concrete tanks.
  • German Offenlegungsschrift 1 804 143 German Offenlegungsschrift 1 804 143.
  • sealing elements are required at least at the joints between the individual hollow bodies in the transport line in order to suppress the occurrence of parasitic gas flows in the space between the inner insulation and the outer wall.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to provide a transport line, the ceramic, prestressed inner insulation in the transport line without impairing the desired strength properties of the inner wall stressed inner wall and without influencing the stress on the wall as a result of the change in expansion during operation - And the voltage condition of the inner insulation can be used in a simple manner so that gas flows outside the intended flow space in the transport line are avoided.
  • the transport line has, within an outer wall 1, a ceramic inner insulation surrounding the flow space 2 of the fluid and designed as a hollow body 3.
  • a steel tube is provided as the outer wall 1.
  • the inner insulation is formed by a plurality of segments, of which the interconnected segments 3a to 3c are shown in FIG. 2.
  • the ceramic hollow body 3 is enclosed on its side facing the outer wall 1 by clamping elements 5, which prestress the hollow body under pressure.
  • Rings are provided as tensioning elements 5, which are shrunk onto the nested segments of the hollow body 3 in the usual way to achieve the desired prestressing. This creates closed, hollow-cylindrical insulating pieces that can be inserted axially into the transport line. Centering 6 ensure mutual alignment of the lined up hollow body.
  • the clamping elements 5 are welded gas-tight with a tight peripheral seam 7 on a thin intermediate wall 8.
  • the intermediate wall 8 is - likewise gas-tight - connected to the outer wall 1 and, in the exemplary embodiment, welded to the outer wall 1 at welding points 7 '.
  • the intermediate wall 8 advantageously also reduces the space between the insulation and the outer wall, so that heat losses and asymmetries in the temperature distribution - caused by the occurrence of free convection in the space - are reduced.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Transportleitung mit keramischer Innenisolierung zur Führung heisser Fluide, die innerhalb einer auf Innendruck beanspruchten äusseren Wandung zur Isolation den Strömungsraum der Transportleitung umgebende keramische Hohlkörper aufweist, die auf ihrer der äusseren Wandung zugewandten Seite von Spannelementen umschlossen werden, die die Hohlkörper im unbelasteten Zustand auf Druck vorspannen.
  • Eine Innenisolierung bei Transportleitungen ist erforderlich, um die meist aus metallischen Werkstoffen bestehenden, auf Innendruck beanspruchten äusseren Wandungen der Transportleitung vor einer Überhitzung zu schützen. Zur Innenisolierung sind keramische Folien oder Faserwerkstoffe und Festkeramikisolierungen bekannt. Letztere haben sich insbesondere für Spannbetonbehälter bewährt.
  • Bei einer keramischen Innenisolierung in einer Transportleitung für heisse Fluide treten vor allem zwei Probleme auf: Durch den erwünschten Temperaturabbau in der Innenisolierung zwischen Strömungsraum und äusserer Wandung treten an der äusseren kalten Seite der Isolierung Zugspannungen auf, die das keramische Material nur in sehr begrenztem Umfang aufnehmen kann. Die Rissgefahr bei keramischen Innenisolierungen ist infolgedessen insbesondere bei hohen Temperaturgradienten zwischen Strömungsraum und äusserer Wandung ausserordentlich hoch. Um dies zu vermeiden, wurde daher bereits vorgeschlagen, die keramische Innenisolierung in mehrere Segmente zu unterteilen, britische Patentschrift 1 119469. Dabei lässt sich jedoch infolge der in Strömungsrichtung des Fluids bestehenden Druckgradienten eine parasitäre Gasströmung in den Fugen zwischen aneinanderliegenden Isolierungssegmenten sowie im Zwischenraum zwischen Innenisolierung und äusserer Wandung der Transportleitung nicht vermeiden. Diese unerwünschte Gasströmung setzt die Isolierwirkung in häufig unkontrollierbarer Weise stark herab, so dass örtlich für die Aufnahme der Kräfte in der Wandung unzulässig hohe Temperaturen auftreten.
  • Für hohen Fluiddruck und bei hohen axialen Strömungsverlusten ist es bekannt, keramische Hohlkörper mittels Spannelementen, die den Hohlkörper auf seiner äusseren Seite umschliessen, im unbelasteten Zustand auf Druck vorzuspannen, Deutsche Offenlegungsschrift 1 804 143. Werden derart vorgespannte keramische Hohlkörper in Transportleitungen mit einer äusseren drucktragenden Wandung eingesetzt, sind zumindest an den Stosstellen zwischen den einzelnen Hohlkörpern in der Transportleitung Dichtelemente erforderlich, um das Auftreten parasitärer Gasströmungen im Zwischenraum zwischen Innenisolierung und äusserer Wandung zu unterdrücken.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 243 995 ist es bekannt, als Spannelemente für den keramischen Hohlkörper verformbare, doppelwandige Ringe zu benutzen. Die gewünschte Vorspannung wird dadurch erzeugt, dass - nach Einschieben der von den Ringen umgebenen keramischen Hohlkörper in die Transportleitung - in den Hohlraum des Ringes unter Druck ein Fluid eingeleitet wird. Dabei verformt sich der Ring und verspannt sich zwischen Innenisolierung und äusserer drucktragender Wandung. Neben dem damit verbundenen Aufwand bei der Montage der Transportleitung ist es nachteilig, dass die auf diese Weise erzeugte Vorspannung in erheblichem Masse vom Betriebszustand in der Transportleitung abhängig ist und dass wegen der starren Kopplung der Innenisolierung mit der äusseren durcktragenden Wandung auch der Spannungszustand dieser Wandung beeinträchtigt wird. Darüber hinaus sind insbesondere bei häufigeren Druck- oder Temperaturänderungen unerwünschte plastische Verformungen des Ringes nicht auszuschliessen, die im kalten Zustand zu einer Lockerung der Isolation führen können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Transportleitung zu schaffen, deren keramische, auf Druck vorgespannte Innenisolierung in die Transportleitung ohne Beeinträchtigung der erwünschten Festigkeitseigenschaften der Innendruck beanspruchten äusseren Wandung und ohne Beeinflussung der Beanspruchung der Wandung infolge des sich bei Betrieb ändernden Dehnungs- und Spannungszustandes der Innenisolierung in einfacher Weise so einsetzbar ist, dass Gasströmungen ausserhalb des vorgesehenen Strömungsraumes in der Transportleitung vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird bei einer keramischen Innenisolierung der eingangs genannten Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass an der äusseren Wandung eine Zwischenwand gasdicht befestigt ist, mit der die Spannelemente mit einer gasdichten Umfangsnaht verschweisst sind. Das Verschweissen der Spannelemente an der Zwischenwand schliesst den Zwischenraum zwischen Innenisolierung und äusserer Wandung gasdicht ab und verhindert so eine parasitäre Fluidströmung. Ein Verschweissen ist insbesondere im Bereich von Rohranschlusstellen vorgesehen. Als Zwischenwand sind dünnwandige Rohrteile verwendbar, die vor dem Glühen der drucktragenden äusseren Wandung mit dieser verschweisst werden. Das spätere Einschweissen der Spannelemente der vorgespannten Hohlkörper verursacht somit keine Verschlechterung der erwünschten Festigkeitseigenschaften der äusseren Wandung.
  • Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen
    • Fig. 1 Transportleitung mit keramischer Innenisolierung im Axialschnitt gemäss Schnittlinie I/I nach Fig. 2,
    • Fig. 2 Querschnitt einer Transportleitung nach Fig. gemäss Schnittlinie 11/11.
  • Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist die Transportleitung innerhalb einer äusseren Wandung 1 eine den Strömungsraum 2 des Fluids umgebende, als Hohlkörper 3 ausgebildete keramische Innenisolierung auf. Im Ausführungsbeispiel ist als äussere Wandung 1 ein Stahlrohr vorgesehen. Die Innenisolierung wird von mehreren Segmenten gebildet, von denen in Fig. 2 die ineinander gefügten Segmente 3a bis 3c wiedergegeben sind. Der keramische Hohlkörper 3 wird auf seiner der äusseren Wandung 1 zugewandten Seite von Spannelementen 5 umschlossen, die den Hohlkörper auf Druck vorspannen.
  • Als Spannelemente 5 sind Ringe vorgesehen, die in üblicher Weise auf die ineinander gefügten Segmente des Hohlkörpers 3 zur Erzielung der gewünschten Vorspannung aufgeschrumpft werden. Es entstehen so geschlossene hohlzylindrische Isolierstücke, die in die Transportleitung axial einsetzbar sind. Zentrierungen 6 sorgen für eine gegenseitige Ausrichtung der aneinandergereihten Hohlkörper.
  • Um eine axiale Gasströmung im Zwischenraum 4 an der äusseren Wandseite der Innenisolierung zu vermeiden, sind die Spannelemente 5 mit einer dichten Umfangsnaht 7 an einer dünnen Zwischenwand 8 gasdicht verschweisst. Die Zwischenwand 8 ist - ebenfalls gasdicht - mit der äusseren Wandung 1 verbunden und im Ausführungsbeispiel an Schweisstellen 7' mit der äusseren Wandung 1 verschweisst. Die Zwischenwand 8 verringert in vorteilhafter Weise zugleich den Zwischenraum zwischen Isolierung und äusserer Wandung, so dass Wärmeverluste sowie Unsymmetrien in der Temperaturverteilung - verursacht durch das Auftreten freier Konvektion im Zwischenraum-vermindertwerden.

Claims (2)

1. Transportleitung mit keramischer Innenisolierung zur Führung heisser Fluide, die innerhalb einer auf Innendruck beanspruchten äusseren Wandung (1) zur Isolation den Strömungsraum der Transportleitung umgebende keramische Hohlkörper (3) aufweist, die auf ihrer der äusseren Wandung zugewandten Seite von Spannelementen (5) umschlossen werden, die die Hohlkörper im unbelasteten Zustand auf Druck vorspannen, dadurch gekennzeichnet, dass an der äusseren Wandung (1) eine Zwischenwand (8) gasdicht befestigt ist, mit der die Spannelemente (5) mit einer gasdichten Umfangsnaht (7) verschweisst sind.
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