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Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierung, insbesondere für
Rohrleitungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Isolierungen,
wie man sie benötigt. um die Wärmeabgabe von Bauteilen an die Umgebung zu vermindern
und gleichzeitig die Bauteile gegen Korrosion zu schützen. Vor allem bezieht sie
sich auf Isolierungen, die auf Metallteile beliebiger Art aufgebracht «erden, insbesondere
auf solche, die in die Erde eingegraben werden, z. B. auf Rohre zur Leitung erhitzter
Medien: Bisher schützte man Bauteile der verschiedensten Art und besonders unterirdische
Rohrsysteme, speziell solche, in denen Dampf oder andere erhitzte Medien gefördert
werden, gegen Wärmeverlust und gegen Korrosion durch Bodenfeuchtigkeit, indem man
sie in mehrere Schichten Filz oder Asbest einhüllte und das Ganze mit Teer, Asphalt
od. ä. tränkte oder indem man die Rohre in einen wasserdichten konzentrischen Mantel
aus Stahl, Steingut oder Beton einbrachte und den ringförmigen Zwischenraum mit
Magnesia oder Schlackenwolle ausfüllte. Diese Anordnungen sind aber nicht nur teuer,
schwer und in der Herstellung zeitraubend, sondern sie bedürfen auch einer fortlaufenden
Wartung und erfordern, sofern sie unterirdisch verlegt werden, weite und tiefe Gräben,
Entwässerungsanlagen u. dgl.
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Es ist bekannt, Bitumen und natürlichen Asphalt, insbesondere Gilsonitasphalt,
als Isoliermittel. zu verwenden. Es ist auch bekannt, durch Wärmebehandlung die
zu isolierenden Metallflächen fest mit dem Isoliermaterial zu verbinden. Zur Befestigung
an der Rohrwand sind Isolierplatten aus Bitumen auch schon einseitig erwärmt worden.
Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem sich das um das zu isolierende Rohr bzw.
den zu isolierenden Bauteil gebrachte Isoliermaterial erst durch Erwärmung des Rohres
bzw. des Bauteiles auf eine bestimmte Temperatur zur eigentlichen Isolierung ausbildet.
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Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung einer Isolde-rung
aus einer feinzerteilten Masse von einem oder mehreren der bituminösen Materialen
aus der Gruppe der natürlichen Asphalte, insbesondere Gilsonit (Hütte I, 27. Auflage,
S. 964), Glanzpech und Grahamit (-Mayer, Chemisches Fachwörterbuch, Leipzig
1931, z. Band, S. 427). Diese natürlich vorkommenden Kohlenwasserstoffe haben
Erweichungspunkte (nach dem Ring- und Kugelverfahren am Pulverpreßstück ermittelt)
etwa zwischen 130 und 200° C und schmelzen in wenigen Ausnahmefällen bei etwa 310°
C. Bestimmte Arten der natürlichen Asphalt-Pyrobitumina, besonders Wurtzilit und
bestimmte Elaterite (Mayer, Chemisches Fachwörterbuch, Leipzig 1931, z. Band, S.
935 bzw. 336) können einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um eine partielle
Entpolymerisierung zu erzielen, sofern sie einen Erweichungspunkt im oberen Teil
des angegebenen Temperaturbereiches haben. Diese Stoffe sind für das Verfahren brauchbar.
Bei diesen Stoffen erfolgt das Erweichen nicht bei einer bestimmten Temperatur.
Beim Ansteigen der Temperatur ändern sich diiese Stoffe allmählich und unmerklich
vom brüchigen oder außergewöhnlich dick- und langsamfließenden Zustand zu weicheren
und weniger viskosen Flüssigkeiten. Bei dem Ring- und Kugelverfahren wird der Erweichungspunkt
als die Temperatur bestimmt, hei der eine Scheibe der vorher gepulverten und dann
in einer vorbestimmten Weise verdichteten sowie in einem waagerechten Ring gehaltenen
Probe unter dem Gewicht einer Stahlkugel um eine Strecke von 25 mm nach unten gedrückt
wird, wenn die Probe mit vorgeschriebener Geschwindigkeit in einem Wasser- oder
Glycerinbad erwärmet wird.
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Gegenüber den bisher bekannten Verfahren kenn, zeichnet sich das erfindungsgemäße
Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierung dadurch, daß auf den zu isolierenden
Körper eine Schicht pulverisierten Materials aus der Gruppe der natürlichen Asphalte
insbesondere Gilsonit, Glanzpech, Grahamit oder der asphaltartigen Pyrobitumina,
insbesondere Elaterit und Wurtzilit, aufgebracht wird und da.ß der Körper dann auf
wenigstens 90° erwärmt wird, so daß das Isoliermaterial an der Oberfläche des zu
isolierenden Körpers zu einer dichten Schicht zusammenschmilzt.
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Das Isoliermaterial muß zunächst zu Pulver gemahlen, werden. Wünschenswert
ist es, daß etwa 50 bis
80%, des Pulvers durch ein Maschensieb von
1,6 mm Maschenweite gehen, obwohl das Vorhandensein größere Stücke bis zu 25 mm
in der maximalen Ausdehnung nicht störend wirkt. Auch ein beachtlicher Anteil von
außerordentlich feinem Material, also staubartigem Pulver, steht dem Verfahren nicht
entgegen. Das pulverförmige Material bringt man in einer Dicke von 5 bis 13 cm auf
der zu isolierenden Konstruktion auf und heizt dann diese mit Dampf, heißem Gas,
elektrischem Strom od. d:gl. auf eine Temperatur, die etwas vom späteren Betriebsbereich
abhängt, aber im allgemeinen im Temperaturbereich etwa zwischen 90 und
260' C und vorzugsweise etwa zwischen 110 und 190' C liegt.
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Soll eine Rohrleitung zum Transport von Dampf oder anderen Flüssigkeiten
unterirdisch verlegt werden, so wird ein Graben oder eine Rinne von der gewünschten
Tiefe mit einer Breite, die 10 bis 26 cm größer als der Rohrdurchmesser ist, hergestellt.
Die gereinigten und vorbereiteten Rohrstücke werden miteinander verschweißt oder
auf andere Art fest miteinander zu einer durchgehenden Rohrleitung verbunden, die
im Graben ausgerichtet und behelfsmäßig in einem Abstand von. 5 bis 13 cm über der
Grabensohle gehalten wird. Die feinzerteilte Isoliermasse, beispielsweise Gilsonit,
wird in den Graben geschüttet, so. daß sie den Raum seitlich und unter dem Rohr
ausfüllt und das Rohr oben in einer Stärke von 5 bis 13 cm bedeckt. Dann wird das
Erdreich vorsichtig, ohne die Gilsonitlage zu zerstören, wieder über das bedeckte
Rohr geschüttet. Wenn die unterirdische Rohrleitung in dieser Weise bedeckt ist,
wird Dampf oder ein anderes wärmespendendes Mittel durch die Leitung geschickt,
um für eine Dauer von 10 bis 50 Stunden oder mehr, die vom benutzten Material, der
Temperatur des Erdbodens und den Korrosionsbedingungen abhängt, die Oberfläche des
Rohres auf eine Temperatur etwa zwischen 110 und 190' C zu bringen. Der Teil
des pulverisierten Materials, der mit der Rohrwandung in Berührung steht, wird verhältnismäßig
schnell zusammenschmelzen und sich mit der Oberfläche des Rohres verbinden. Es bildet
sich eine dichte, glasartige Schicht, die nach außen hin allmählich in eine gesinterte
Zone übergeht, die ihrerseits in einem Abstand, in dem die Hitze des Rohres nicht
mehr wirksam sein konnte, von unveränderten, nicht miteinander verbundenen. Teilchen
umgeben ist.
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Es ist festgestellt worden, daß die Stoffe aus der Gruppe der Asphalte,
besonders aber Gilsonit in feinzerteilter Form, außergewöhnlich stark wasserabweisend
sind, d. h. durch reines Wasser und: insbesondere durch. Bodenfeuchtigkeit nicht
schnell. feucht werden. Obwohl die Dichte des Gilsonits etwas größer als die des
Wassers ist, schwimmen trotzdem verhältnismäßig große Klumpen auf dem Wasser wegen
der wasserabweisenden Eigenschaft der Gilsonitoberfläche. Versuche an Rohrisolationen
der beschriebenen Art haben die bisher unbekannte Tatsache gezeigt, daß, obwohl
die Isolation keine durchgehende Schicht oder Haut besitzt, unter den hydrostatischen
Bedingungen, wie man sie bei unterirdischen Rohrleitungssystem antrifft, keine Feuchtigkeit
in das aus einzelnen Teilchen bestehende Gemenge eindringt.
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Weiterhin ist festgestellt worden, daß die nach diesem Verfahren hergestellte
Isolierung sowohl in vollständig trockenem wie auch in vollständig wassergesättigtem
überschwemmtem Erdreich eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,045 bis 0,06 kcal/m -
h - o C entsprechend 1,25 bis 1,7 - 10-4 cal/cm - sec -o C besitzt, die sich durchaus
mit derjenigen der bisher gebrauchten trockenen Isoliermaterialien, wie Magnesia,
Asbestfilz und pulverisiertem Kieselgur, Infusorienerde od. dgl., vergleichen läßt,
wobei die letzteren Stoffe aber sorgfältig vor Feuchtigkeit geschützt werden müssen,
damit sie eine wirksame Isolation darstellen.
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Als Beispiel wurde pulverisiertes Gilsonit aus der Bonanza Mine in
Ostutah, das einen Erweichungspunkt (Ring- und Kugelpreßstück) von etwa 138° C besitzt
und das so fein zermahlen war, daß es vollständig ein Maschensieb mit Öffnungen
von 1,6 mm Maschenweite passierte, in einer 7,5 cm starken Schicht um ein Rohr mit
12,5 mm Durchmesser gelegt und das Ganze, mit sandiger Erde umgeben, in eine Holzumkleidung
gebracht. Das Rohr wurde für etwa 50 Stunden auf eine Wandungstemperatur von etwa
127 bis 132' C erhitzt; nach dieser Zeit hatte sich ein thermisches Gleichgewicht
in der Isolierschicht eingestellt.
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Der Verlauf des Temperaturgradienten in der Gilsonitisolation bei
einer Rohrtemperatur von etwa
130'
und normaler Raumtemperatur außerhalb der
Holzumkleidung wurde mit Hilfe von in verschiedenem Abstand von der Rohroberfläche
angebrachten Thermoelementen gemessen. In der folgenden Tabelle sind die Temperaturunterschiede
zwischen der jeweiligen Meßstelle und der in Richtung zur Rohrwand nächsten Meßstelle
zusammengestellt.
| Temperaturunterschied in der Isolation in |
| radialem Abstand von der Rohroberfläche |
| bei einer Rohrtemperatur von 13,0' C |
| Abstand der Meßstelle von der |
| Rohroberfläche |
| 12,5 mm 1 25 mm 1 37,5 mm 1 50
mm |
| Über dem Rohr. . 19,50 C 16,60 C 11,1o C 11,10
C |
| Neben dem Rohr 27,80C 16,60C 11,1o C 11,10C |
| Unter dem Rohr 33,4'C 11,10c 11,10c 11,10c |
In 12,5 mm Abstand oberhalb des Rohres war somit die Temperatur der Isolierschicht
19,5' C niedriger als die Rohrtemperatur oder etwa 110° C. Neben dem Rohr
war die Temperatur in einem Abstand von 12,5 mm um etwa
28' niedriger und
betrug etwa 1020. Unterhalb des Rohres war die Isolation in einem Abstand, von 12,5
mm um etwa 33° kühler, betrug also an dieser Stelle etwa 97o. Die zweite senkrechte
Spalte gibt die Unterschiede zwischen den eben genannten Temperaturen und den Temperaturen
an, die bei einem zusätzlichem Abstand von. 12,5 mm, insgesamt also 25 mm, gemessen
wurden.
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Nach Abschluß der Untersuchung wurde gefunden, daß die Dicke der geschmolzenen
Gilsonitschicht an der Rohrwandung zwischen etwa 9,5 mm oberhalb des Rohres und
etwa dem Doppelten unterhalb des Rohres schwankte. Von der vollständig geschmolzenen
Zone an der Rohroberfläche aus verringerte sich der Anteil des gesinterten Materials
allmählich, und das Gefüge ging dann ummerklich in ein Gemenge von losen, einzelnen
Teilchen über, die noch in ihrer ursprünglichen Beschaffenheit vorlagen.
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Diese gemessenen Temperaturunterschiede zeigen an, daß von einer Entfernung
von etwa 25 mm von der Rohroberfläche an die Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht
im wesentlichen konstant bleibt.
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Wenn das die Isolierung umgebende Erdreich wassergesättigt war und
man das Rohr abkühlen und für mehrere 100 Stunden in kaltem Zustand ließ, so waren
die
Temperaturdifferenzen nach Wiedererhitzung des Rohres nicht wesentlich verschieden
von denen der obigen Tabelle. Daraus ist zu schließen, daß die wasserabweisende
Eigenschaft des losen, ungebundenen pulverisierten Materials das Eindringen von
Wasser aus dem Erdreich in die Isolierschicht verhindert hat.
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Obwohl das oben beschriebene Verfahren und seine Anwendung speziell
für den Fall gedacht ist, daß eine unterirdische Rohrleitung gegen Wärmeverlust
isoliert und gegen Korrosion geschützt werden soll, so ist es doch möglich, unter
Benutzung geeigneter Hilfsformen und -umhüllungen für die Isolierung auch oberirdische
Leitungen und andere Bauteile, wie z. B. flache Platten oder kompliziert geformte
Teile, genauso zu isolieren, wenn man aus den. obergenannten Gruppen die jeweils
geeigneten Isoliermaterialien auswählt und Erhitzungsdauer und -temperatur den jeweiligen
Verhältnissen entsprechend bemißt. Ebenso kann die Dicke der Schicht innerhalb weiter
Grenzen variiert werden. Die Schichtdicke richtet sich z. B. nach der Größe der
zu schützenden Bauteile und nach der Höhe der zulässigen Wärmeverluste.