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Die Erfindung betrifft ein thermisch isoliertes Rohrleitungssystem zum Transport oder zur
Speicherung von Stoffen mit anderer als Umgebungstemperatur, bestehend aus einem Aussenrohr auf
Umgebungstemperatur, einem den zu transportierenden oder zu speichernden Stoff enthaltenden Innen- rohr auf Betriebstemperatur und einer thermischen Isolation, die aus Superisolation in einem vom
Innenrohr nach innen und vom Aussenrohr nach aussen begrenzten Hochvakuumraum gebildet wird, wobei das Aussenrohr starr und das Innenrohr flexibel ist, das Innenrohr in starren Abstands- halterrohren liegt, welche konzentrisch oder nahezu konzentrisch zum starren Aussenrohr gehalten werden, und wobei die Abstandshalterrohre aussen mit Superisolation versehen sind.
Unter Superisolation wird hiebei eine die Wärmestrahlung reflektierende Anordnung, welche im allgemeinen aus einer Anzahl von voneinander thermisch isolierten reflektierenden Folien be- steht, verstanden. Die Abstandshalterrohre sind Bestandteile der Abstandshalteeinrichtung, die die Aufgabe hat, das Innenrohr zu tragen, um eine mechanische Belastung der Superisolation durch das Gewicht des Innenrohres zu vermeiden.
Insbesondere eignet sich die Erfindung als Behälter oder Transportleitung für Flüssigkei- ten oder Gase mit sehr tiefen Temperaturen-wie z. B. flüssiges Helium, flüssiger Wasserstoff, flüssiger Stickstoff oder flüssiges Erdgas - oder auch als thermisches Isoliersystem für elektrische
Tieftemperaturkabel, deren Kühlmittel sich auf tiefsten Temperaturen befinden. Eine Anwendung der Erfindung als verlustarme Pipeline über lange Strecken für z. B. Heisswasser oder Dampf zu
Fernheizzwecken oder für andere heisse Flüssigkeiten oder Gase ist ebenfalls möglich.
Die im Hinblick auf thermische Verluste effektivste Wärmeisolation für elektrische Tieftemperaturkabel und Transportleitungen für tiefstgekühlte Flüssigkeiten und Gase besteht derzeit aus Hochvakuum zur Verminderung der Wärmeleitung und einer in diesem Vakuum lose gewickelten Superisolation zur Verminderung der Wärmestrahlung. Die die Superisolation mechanisch entlastenden Abstandshalteeinrichtungen können aus mehreren Einzelteilen bestehende Anordnungen sein, die entweder direkt oder kontinuierlich über die Rohrlänge verteilt sind. Die wichtigsten Bestandteile einer solchen Abstandshalteeinrichtung sind dabei die Halteelemente. Diese Halteelemente sind die eigentlichen Abstandshalter, die zwischen den beiden unterschiedlichen Temperaturniveaus liegen und die Kräfte übertragen. Sie müssen zur Begrenzung der Wärmeverluste möglichst schlechte Wärmeleiter sein.
Das Aussenrohr kann entweder flexibel oder starr ausgeführt sein. Flexible Aussenrohre enthalten vorteilhafterweise auch flexible Innenrohre. Dabei bestehen im allgemeinen sowohl die Aussenals auch die Innenrohre aus Wellrohren, die neben ihrer Biegsamkeit auch den Vorteil besitzen, keine Kompensationselemente zum Ausgleich der thermischen Kontraktion des Innenrohres zu benötigen. Solche Tieftemperaturkabel oder Kältemittelleitungen werden je nach Dicke in Stücken von einigen hundert oder tausend Metern hergestellt, die auf Trommeln transportiert und im Feld zusammengeschweisst werden.
Für vollflexible Wellrohrsysteme werden gewöhnlich auf Druck beanspruchte Abstandshalter verwendet. Diese sind zwar einfacher herstellbar als auf Zug beanspruchte, verursachen aber wegen der notwendigen grösseren mechanischen Festigkeit höhere Wärmeverluste durch Wärmeleitung.
Ausserdem müssen die Abstandshalter in vollflexiblen Systemen in geringen axialen Abständen voneinander angeordnet sein, um Druckbelastungen auf die Superisolation vor allem bei Krümmungen, wo die thermischen Kontraktionskräfte vorwiegend abgestützt werden müssen, zu vermeiden. Sehr hoch sind die Belastungen der Abstandshalteeinrichtungen auch, wenn das Wellrohrsystem aufge- trommelt wird. Meist werden daher bei vollflexiblen Systemen statt der direkt verteilten Abstandshalter in axialer Richtung kontinuierliche Abstandshalter - etwa schlecht wärmeleitende, schraubenförmig um das Innenrohr angeordneter Bänder - verwendet.
In der DE-OS 2242566 wird ein Verfahren angegeben, mit auf Zug beanspruchter Abstandshalter, welche auch für vollflexible Wellrohrsysteme geeignet sind, herzustellen. Danach werden Löcher durch die auf das Innenrohr aufgewickelte Superisolation gebrannt und gleichzeitig oder danach die etwa aus schlecht wärmeleitenden Drähten bestehenden Halteelemente durch diese Löcher geführt und mit dem Innenrohr verbunden. Diese Verbindung geschieht entweder durch Einhängen in Ösen, Haken od. dgl. an der Aussenseite des Innenrohres oder durch Verschweissen oder Verkleben der Halteelemente mit dem Innenrohr. Beim Verschweissen muss die Schweisselektrode mit dem Halte-
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element gleichzeitig durch das entsprechende Loch durch die Superisolation geführt werden.
Statt die Halteelemente direkt mit dem Innenrohr zu verbinden, können sie nach der
DE-OS 2242566 auch in Befestigungselemente gehängt werden, die sich auf einem zusätzlich über dem Innenrohr angebrachten Träger befinden. Dieser Träger kann aus einem Abstandshalterrohr bestehen, das entweder die Befestigungselemente trägt oder gelocht ist. Das Abstandshalterrohr muss bei vollflexiblen Systemen offensichtlich ebenfalls flexibel sein. Statt in einem Abstandshalter- rohr zu liegen, kann das Innenrohr auch über ein Drahtnetz, ein gelochtes Band usw. von den
Halteelementen getragen werden. Die Halteelemente können auch mit einem geeigneten Träger ver- klebt oder verschweisst werden.
Die Herstellung eines Isoliersystems nach der DE-OS 2242566 ist trotz des einfachen Prinzips aufwendig. Das Einhängen der Halteelemente in die Befestigungselemente oder Löcher ist wegen der Sichtbehinderung durch die Superisolation schwierig, auch ein Verschweissen ist aufwendig.
Eine solche Schweissstelle bildet ebenso wie eine Klebestelle eine mechanische Schwachstelle des
Abstandshalters. Wegen der benötigten grossen Anzahl von Halteelementen in vollflexiblen Systemen ist es daher sehr aufwendig, derartige Abstandshalter mit ausreichender Festigkeit auf die be- schriebene Weise zu montieren.
Vollflexible Wellrohrsysteme haben zusätzlich noch den Nachteil, dass derzeit grössere Wellrohr- durchmesser nur schwierig, d. h. nur bis zu bestimmten Grössen wirtschaftlich herstellbar sind.
Ausserdem geht für dicke Wellrohre der Vorteil der grossen Transportlängen verloren.
Mit starren Rohrleitungssystemen werden die angeführten Probleme der flexiblen Systeme ver- mindert bzw. vermieden. Die derzeit bekannten starren Anordnungen weisen dafür aber je nach
System andere schwerwiegende Nachteile auf.
Im allgemeinen wird bei derzeit bekannten starren Isoliersystemen für Tieftemperaturkabel und Kältemittelleitungen die Superisolation bereits in der Fabrik auf Teilstücke des starren Innenrohres aufgewickelt. Diese Innenrohrstücke werden dann mit den Abstandshalter fest mit entsprechenden Längen des Aussenrohres verbunden. Da nur Rohrstücke bis zu etwa 20 m Länge wirtschaftlich transportiert werden können, müssen am Verlegeort entsprechend viele vakuumdichte Schweissnähte hergestellt werden. Besonders problematisch sind die Schweissstellen am inneren Rohr, da diese den extremen Betriebstemperaturen des Kältemittels ausgesetzt sind. Durch die vielen notwendigen hochwertigen Schweissstellen wird die Verlegung solcher starrer Kälteschutzsysteme sehr aufwendig. Ausserdem sind entweder für die Innen- oder die Aussenrohre aufwendige Kompensatoren (z.
B. Faltenbälge) notwendig, die die thermischen Kontraktionen der inneren Rohre kompensieren.
Die Nachteile des beschriebenen starren Isoliersystems können durch ein Rohrleitungssystem nach der DE-AS 1817085 vermindert werden. Danach bestehen die Abstandshalteeinrichtungen im wesentlichen aus Abstandshalterrohren, an deren Enden feste und teilweise auf Druck beanspruchte Halteelemente montiert sind. An den Aussenseiten der Halteelemente befinden sich über den Umfang verteilt jeweils mindestens drei Rollen, so dass diese Anordnung axial im Aussenrohr verschiebbar ist. Die Abstandshalterrohre sind mit Superisolation bewickelt. Auf diese Weise bilden die Abstandshalteeinrichtungen samt der Superisolation verschiebbare Isolierelemente. Bei der Verlegung des Rohrleitungssystems wird zuerst ein bis zu mehrere hundert Meter langes Stück des starren Aussenrohres verlegt. Die Isolierelemente und das Innenrohr werden dann gemeinsam in das Aussenrohr eingeschoben.
Das Innenrohr kann dabei entweder starr oder flexibel sein. Ein starres Innenrohr muss, wie oben beschrieben, am Verlegeort zusammengeschweisst und mit Kompensationselementen versehen werden. Wird aber nach einer andern Variante der DE-AS 1817085 ein langes flexibles Innenrohr verwendet, müssen die verschiebbaren Isolierelemente am Verlegeort über dem Innenrohr und dieses umgreifend angeordnet werden um gemeinsam mit dem Innenrohr in das bereits verlegte Mantelrohr gezogen werden zu können. Um nun diese Isolierelemente über dem im allgemeinen von einer Trommel ablaufenden flexiblen Innenrohr montieren zu können, müssen die Abstandshalterrohre samt den Halteelementen längsgeteilt sein. Die beiden Abstandshalterrohrhälften werden dann über dem Innenrohr verbunden und erst danach kann die Superisolation gewickelt werden. Dieser Montagevorgang ist kompliziert und aufwendig.
Weitere Nachteile des Isoliersystems nach der DE-AS 1817085 bestehen darin, dass die Halteelemente wegen der Druckbeanspruchung einerseits starr ausgeführt sein müssen und deshalb verlustreich und anderseits sehr aufwendig herzustellen sind.
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KrümmungsradienFig. 2 zeigt eine andere Ausführungsart der Erfindung. In diesem Beispiel wird nur ein Teil- stück wie in Fig. 1b mit Halteelementen --4-- versehen. Die Enden der Abstandshalterrohre --3-- werden z. B. durch Ineinanderschieben kraftschlüssig in bezug auf radiale Kräfte verbunden. Da- durch können die Halteelemente der Teilstücke nach Fig. 1a entfallen.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsart der Erfindung analog zur letzteren, die sich dann ergibt, wenn Teilstücke nach Fig. la mit Halteelementen --4-- versehen sind, während die Abstands- halterrohre-3-nach Fig. lb durch eine kraftschlüssige Verbindung von den benachbarten Ab- standshalterrohren mitgetragen werden.
Fig. 4 und 5 zeigen weitere, thermisch etwas schlechtere Ausführungsarten der Erfindung die sich dann ergeben, wenn die Halteelemente --4-- der Fig. 1 bzw. 2 rechtwinkelig zur Rohrachse angeordnet werden.
Die Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Abstandshalterrohre --3-werden in diesem Falle nur an je einem Ende von Halteelementen --4-- getragen, während das jeweils andere Ende vom benachbarten Abstandshalterrohr --3-- gehalten wird.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der wieder nur ein Halteelement - pro Abstandshalterrohr-3-- verwendet wird, die Enden der Superisolationen sich jedoch vorteilhafterweise überlappen. In diesem Falle sind die Abstandshalterrohre --3-- bei auf Zug beanspruchten Halteelementen --4-- sowohl in axialer als auch in radialer Richtung kraftschlüssig miteinander verbunden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Thermisch isoliertes Rohrleitungssystem zum Transport oder zur Speicherung von Stoffen mit anderer als Umgebungstemperatur, bestehend aus einem Aussenrohr auf Umgebungstemperatur, einem den zu transportierenden oder zu speichernden Stoff enthaltenden Innenrohr auf Betriebstemperatur und einer thermischen Isolation, die aus Superisolation in einem vom Innenrohr nach innen und vom Aussenrohr nach aussen begrenzten Hochvakuumraum gebildet wird, wobei das Aussenrohr starr und das Innenrohr flexibel ist, das Innenrohr in starren Abstandshalterrohren liegt, welche konzentrisch oder nahezu konzentrisch zum starren Aussenrohr gehalten werden, und wobei die Abstandshalterrohre aussen mit Superisolation versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Aussenrohr (1), Superisolation (5) und Abstandshalterrohren (3)
gebildete Isoliermantel des Rohrsystems aus transportierbaren Teilstücken zusammengesetzt ist.