DE102010031449A1

DE102010031449A1 - Rohrleitungsanordnung

Info

Publication number: DE102010031449A1
Application number: DE201010031449
Authority: DE
Inventors: Oliver Mauss
Original assignee: Flagsol GmbH
Current assignee: Flagsol GmbH
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-01-19
Also published as: WO2012007218A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Rohrleitungsanordnung umfassend eine Rohrleitung (112, 212) mit einem ersten Endabschnitt (114, 214) und einem dem ersten Endabschnitt (114, 214) gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt (116, 216), wobei der erste Endabschnitt (114, 214) und der zweite Endabschnitt (116, 216) jeweils an einem Lagerelement (118, 218) gelagert sind. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass zwischen dem ersten Endabschnitt (114, 214) und dem zweiten Endabschnitt (116, 216) der Rohrleitung (112, 212) ein Zugelement (126, 226) vorgesehen ist und die Rohrleitung (112, 212) zwischen ihrem ersten Endabschnitt (114, 214) und ihrem zweiten Endabschnitt (116, 216) bogenförmig ausgebildet ist, so dass zwischen dem ersten Endabschnitt (114, 214) und dem zweiten Endabschnitt (116, 216) der Rohrleitung (112, 212) die Rohrleitung (112, 212) beabstandet zu dem Zugelement (126, 226) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Rohrleitungsanordnung umfassend eine Rohrleitung mit einem ersten Endabschnitt und einem dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt, wobei der erste Endabschnitt und der zweite Endabschnitt jeweils an einem Lagerelement gelagert sind.
Die Rohrleitungsanordnungen gemäß der Erfindung sind vorzugsweise als Überlandrohrleitungsanordnungen ausgebildet, welche beispielsweise in Kraftwerken, beispielsweise an einem Dampferzeuger als Frischdampfrohrleitung oder Zwischenüberhitzerrohrleitung, vorgesehen sind. Dabei umfasst eine Rohrleitungsanordnung üblicherweise mehrere hintereinander angeordnete Rohrleitungen, wobei die Rohrleitungen an ihren Endabschnitten an Lagerelementen, auch Auflager genannt, aufgesetzt bzw. gelagert sind. Die Rohrleitung kann dabei freitragend ausgebildet sein oder in einer Stützstruktur geführt sein.
Die Rohrleitungen einer Rohrleitungsanordnung dienen dazu, Medien, wie beispielsweise Wasser, Dampf oder chemische Substanzen, mit wechselnder Temperatur zu führen, wobei die Rohrleitungen dabei die Temperatur des sie führenden Mediums annehmen, was zu einer Temperaturänderung der Rohrleitung selber führt. Erhöht sich die Temperatur des Mediums und damit die Temperatur der Rohrleitung, führt dies zu einer Ausdehnung der Rohrleitung bzw. einer Ausdehnung der Wandung der Rohrleitung. Sinkt die Temperatur des Mediums und damit die Temperatur der Rohrleitung, führt dies zu einer Schrumpfung bzw. Stauchung der Rohrleitung bzw. der Wandung der Rohrleitung. Ist die Rohrleitung an den Lagerelementen frei beweglich, beispielsweise indem die Lagerelemente als Gleitlager ausgebildet sind, führt eine Temperaturerhöhung oder eine Temperaturreduzierung der Rohrleitung zu einer Längenänderung der Rohrleitung. Bei einer Rohrleitung aus Stahl mit einer Länge von 18 m und einer Temperaturzunahme von 400°C kann dies zu einer Längenänderung der Rohrleitung von bis zu 86 mm führen. Ist das Lagerelement hingegen als Festlager ausgebildet, kann keine Längenänderung der Rohrleitung stattfinden. Aufgrund der unterbundenen Längenänderung treten stattdessen in Richtung der unterbundenen Längenänderung Zwangskräfte auf, was zu hohen Spannungen innerhalb der Rohrleitung und an den Endabschnitten der Rohrleitung und damit auch an den Lagerelementen führt. Bei einer Rohrleitung aus Stahl mit einer Länge von 18 m, einer Wandstärke von 6,3 mm und einer sich daraus ergebenden Querschnittsfläche von 21,4 cm² tritt bei einer Temperaturzunahme von 400°C eine Zwangskraft von 2045 kN auf. In der Praxis ist es bisher nicht möglich, Rohrleitungen weder für freie Längenänderungen noch für Zwangskräfte in dieser Größenordnung auszulegen. Es werden daher üblicherweise zwei verschiedene Konstruktionen verwendet, mittels welcher die bei einer Temperaturänderung der Rohrleitung auftretenden Längenänderungen und/oder die auftretenden Zwangskräfte zumindest teilweise kompensiert werden können.
Eine bekannte Konstruktion besteht darin, entlang der horizontal, üblicherweise geradlinig, verlaufenden Rohrleitungen abschnittsweise Biegungen, insbesondere u-förmige Biegungen, vorzusehen, welche eine Aufnahme von Längenänderungen der Rohrleitung aufgrund von Temperaturänderungen bei reduzierten Zwangskräften ermöglichen. Die Größe der möglichen Reduzierung der Zwangskräfte ist abhängig von der Geometrie der Biegungen sowie der Wandstärke der Rohrleitung im Bereich der Biegung und dem Biegeradius der Biegungen. Bei dieser Konstruktion ist es jedoch nicht möglich, die Zwangskräfte vollständig zu kompensieren, so dass trotzdem weiterhin Zwangskräfte und damit Spannungen in den Rohrleitungen, insbesondere den Endabschnitten der Rohrleitungen, und an den Lagerelementen, auftreten, wodurch der Verschleiß der Rohrleitungen gefördert und damit die Lebensdauer einer solchen Rohrleitungsanordnung reduziert wird. Zudem ist die Montage derartiger Rohrleitungen mit Biegungen sehr kostenintensiv, da die Einzelstücke der Rohrleitungsanordnung, insbesondere der Rohrleitung, auf der Baustelle zusammengeschweißt werden müssen. Ferner benötigen derartige Rohrleitungsanordnungen aufgrund der abschnittsweise vorgesehenen, seitlich herausragenden Biegungen entlang der Länge der Rohrleitung einen erhöhten Platzbedarf. Zudem erhöht sich aufgrund der zusätzlichen Biegungen die Gesamtlänge einer derartigen Rohrleitung, was zu einem erhöhten Volumen des die Rohrleitung durchströmenden Mediums, einem erhöhten Wärmeverlust des durchströmenden Mediums und einem erhöhten Druckverlust des Volumenstroms in der Rohrleitung führt.
Eine zweite bekannte Konstruktion besteht darin, entlang der Rohrleitung Kompensatoren, beispielsweise Wellrohrkompensatoren, in Form von Axial-Kompensatoren und/oder Lateral-Kompensatoren vorzusehen. Die Axial-Kompensatoren erlauben eine Längenänderung der Rohrleitung in axialer Richtung. Die Lateral-Kompensatoren erlauben eine seitliche Verschiebung der Rohrleitung. Die Größe der möglichen Reduzierung der Zwangskräfte hängt von der Steifigkeit der verwendeten Kompensatoren ab. Auch diese Ausgestaltung einer Rohrleitungsanordnung bzw. einer Rohrleitung erlaubt jedoch keine vollständige Kompensation der Zwangskräfte. Zudem sind Kompensatoren teuer in der Herstellung und sie benötigen zusätzliche Auflager bzw. Lagerpunkte entlang der Rohrleitung. Ferner muss die Bewegung der Kompensatoren bei der Auslegung der Rohrleitung berücksichtigt werden. Auch ist die Lebensdauer derartiger Kompensatoren aufgrund ihrer geringen Wandstärke sowie der auftretenden elektrochemischen Korrosion an dem Übergang zwischen Kompensator und Rohrleitung durch Verwendung unterschiedlicher Materialien für Kompensator und Rohrleitung begrenzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, mittels welcher eine Rohrleitungsanordnung mit einer verbesserten Kompensationsfähigkeit von aufgrund von Temperaturänderungen auftretenden Längenänderungen und/oder Zwangskräften bei gleichzeitig reduzierten Kosten und einem verringerten Platzbedarf der Rohrleitungsanordnung zur Verfügung gestellt wird.
Bei einer Rohrleitungsanordnung der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt der Rohrleitung ein Zugelement vorgesehen ist und die Rohrleitung zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt bogenförmig ausgebildet ist, so dass zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt der Rohrleitung die Rohrleitung beabstandet zu dem Zugelement vorgesehen ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Rohrleitung einer erfindungsgemäßen Rohrleitungsanordnung ist somit nicht horizontal zur Erdoberfläche ausgebildet, sondern sie ist zwischen ihren beiden Endabschnitten, an welchen die Rohrleitung gelagert ist, bogenförmig aufgespannt, indem sich der Abstand zwischen dem Boden bzw. der Erdoberfläche und der Rohrleitung vorzugsweise kontinuierlich verändert und nicht wie bei einer horizontalen Ausbildung einer Rohrleitung gleichbleibend ausgebildet ist. Die Rohrleitung ist dabei zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt über ihre gesamte Länge bogenförmig, in Form vorzugsweise eines einzigen Bogens, ausgebildet, so dass die Rohrleitung in diesem Bereich vorzugsweise als eine Art bogenförmige Rohrbrücke ausgebildet ist. Das Zugelement ist insbesondere im Ruhezustand, d. h. wenn keine Verschiebung bzw. Verformung aufgrund einer Temperaturänderung der Rohrleitung erfolgt, vorzugsweise horizontal zum Boden bzw. zur Erdoberfläche ausgebildet. Das Zugelement dient als Spannelement, indem mittels des Zugelements die Endabschnitte der Rohrleitung in einer bestimmten Position zueinander, auch bei einer Temperaturänderung der Rohrleitung, gehalten werden. Es können dabei auch mehr als ein Zugelement zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt der Rohrleitung vorgesehen sein. Die Rohrleitung ist aufgrund ihrer bogenförmigen Ausbildung zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt derart ausgebildet, dass die Rohrleitung in vertikaler Richtung von dem Zugelement beabstandet, sich wegerstreckend angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Rohrleitungsanordnung ermöglicht es, dass die Rohrleitung aufgrund ihrer bogenförmigen Ausbildung bei vertikal auf die Rohrleitung wirkenden Kräften, beispielsweise in Form des Eigengewichts der Rohrleitung und dem Gewicht des Mediums in der Rohrleitung, Druckkräfte und Querkräfte aufnehmen kann, während die auftretenden Zugkräfte von dem Zugelement aufgenommen werden können. Im Falle einer Temperaturerhöhung der Rohrleitung kann die Rohrleitung aufgrund ihrer bogenförmigen Ausbildung zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt infolge ihrer Längenänderung in vertikaler Richtung nach oben ausweichen, wobei sich der Biegeradius der bogenförmigen Ausbildung dabei verringert. Im Falle einer Temperaturreduzierung der Rohrleitung kann die Rohrleitung aufgrund ihrer bogenförmigen Ausbildung zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt infolge ihrer Längenänderung in vertikaler Richtung wieder nach unten, vorzugsweise bis hin zu ihrer ursprünglichen Ausgangsbiegung, ausweichen, wobei sich der Biegeradius der bogenförmigen Ausbildung dabei vergrößert. Dadurch können im Bereich der Endabschnitte der Rohrleitung und damit an den Stellen, wo die Rohrleitung an den Lagerelementen gelagert ist, sowohl Längenänderungen der Rohrleitung als auch Zwangskräfte bei einer Temperaturänderung der Rohrleitung fast vollständig vermieden werden. Dadurch, dass nun keine Kräfte mehr von der Rohrleitung auf die Lagerelemente übertragen werden, können durch Temperaturänderungen hervorgerufene ungewollte translatorische Bewegungen der Lagerelemente vermieden werden. Zudem kann im Vergleich zu einer üblicherweise horizontal zum Boden bzw. zur Erdoberfläche verlaufenden Rohrleitung aufgrund der bogenförmigen Ausgestaltung der Rohrleitung die Tragfähigkeit der Rohrleitung um ein Vielfaches erhöht werden, so dass die Anzahl der bei freitragenden Rohrleitungen häufig verwendeten Zwischenstützen weitestgehend reduziert werden kann oder gar nicht mehr benötigt werden. Durch die mögliche Reduzierung der Anzahl der Zwischenstützen steht unter der Rohrleitung in länglicher Ausrichtung der Rohrleitung mehr Platz zur Verfügung, so dass beispielsweise Einschränkungen für Fahrstraßen unterhalb der Rohrleitung in Bezug auf die Breite der Fahrstraße vermieden werden können.
Aufgrund der bogenförmigen Ausgestaltung der Rohrleitung sind zudem abschnittsweise vorgesehene Biegungen, insbesondere u-förmige Biegungen, der Rohrleitung nicht mehr notwendig. Gegenüber Rohrleitungen mit Biegungen können bei der erfindungsgemäßen Rohrleitungsanordnung Rohrleitungen mit geringerer Länge verwenden werden, um die gleiche Strecke zu überspannen wie Rohrleitungen mit Biegungen. Durch die geringere notwendige Rohrleitungslänge kann das notwendige Volumen des die Rohrleitung passierenden Mediums und zudem die Wärmeverluste des Mediums reduziert werden und der prozesstechnische Druckverlust kann vermindert werden. Zudem sind bei der erfindungsgemäßen Rohrleitungsanordnung auch keine Kompensatoren mehr notwendig, so dass die Lebensdauer einer Rohrleitung durch Kompensatoren nicht mehr eingeschränkt wird und zudem die Herstellungskosten und auch Installationskosten einer derartigen Rohrleitungsanordnung reduziert werden können.
Die bogenförmige Ausgestaltung der Rohrleitung ist vorzugsweise in Form eines Kreissegmentes, einer Parabel oder eines Polygonsegmentes ausgebildet. Die Rohrleitung ist dabei vorzugsweise zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt in Form eines Torbogens ausgebildet, wobei die Rundung der Rohrleitung zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt in Form eines Kreissegmentes, einer Parabel, eines Polygons, beispielsweise eines Dreiecks, oder aber auch einer beliebig anderen Form ausgebildet sein kann. Ist die bogenförmige Ausgestaltung in Form eines Kreissegmentes oder einer Parabel ausgebildet, weist die Rohrleitung vorzugsweise eine kontinuierlich verlaufende Krümmung entlang ihrer Länge auf, wobei sich lediglich die Krümmung der Rohrleitung in ihrem Scheitel verändert, wobei bei einer Ausgestaltung in Form einer Parabel die Rohrleitung vorzugsweise eine kleinere Krümmung im Scheitel aufweist, als bei einer Ausgestaltung in Form eines Kreissegmentes. Ist die bogenförmige Ausgestaltung in Form eines Polygonsegmentes ausgebildet, sind entlang der Krümmung der Rohrleitung ein oder mehrere abgewinkelte Bereiche vorgesehen.
Um die Stabilität der erfindungsgemäßen Rohrleitungsanordnung zu erhöhen, ist es weiter bevorzugt vorgesehen, dass die Rohrleitung zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt mittels ein oder mehrerer Stabilisierungselemente mit dem Zugelement verbunden ist. Die Stabilisierungselemente sind vorzugsweise aus einem formsteifen Material, beispielsweise aus Baustahl, ausgebildet, so dass mittels der Stabilisierungselemente eine gegenseitige Abstützung der Rohrleitung und des Zugelements zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt bzw. den Lagerelementen realisiert werden kann. Das Stabilisierungselement ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass bei einer Verformung in Form einer Längenänderung der Rohrleitung aufgrund einer Temperaturerhöhung oder Temperaturreduzierung das Stabilisierungselement der Verformung der Rohrleitung durch eine Bewegung vertikal nach oben oder nach unten folgt, wobei das Stabilisierungselement dabei selber nicht verformt wird, sondern lediglich eine Verschiebung des Stabilisierungselements vertikal nach unten oder oben erfolgt. Ist das Stabilisierungselement einteilig, beispielsweise als ein einteiliges Profil ausgebildet, kann das Zugelement derart ausgebildet sein, dass es der Verschiebung des Stabilisierungselements folgen kann.
Das Stabilisierungselement ist vorzugsweise stabförmig, dreiecksförmig oder halbkreisförmig ausgebildet. Ist das Stabilisierungselement stabförmig ausgebildet, ist vorzugsweise ein Zugelement pro Rohrleitung einer Rohrleitungsanordnung vorgesehen, wobei das stabförmige Stabilisierungselement als Verbindungselement zwischen dem einen Zugelement und der Rohrleitung dient. Ist das Stabilisierungselement dreiecksförmig oder halbkreisförmig ausgebildet, sind vorzugsweise zwei Zugelemente pro Rohrleitung einer Rohrleitungsanordnung vorgesehen, wodurch eine besonders hohe Stabilität der Rohrleitungsanordnung erreicht werden kann und damit auch die Länge einer Rohrleitungsanordnung bei gleich bleibender Stabilität erhöht werden kann.
Die Stabilisierungselemente sind vorteilhafterweise mittels Rohrschellen an der Rohrleitung befestigt. Die Rohrschellen ermöglichen eine verrutschsichere, lösbare Befestigung der Stabilisierungselemente an der Außenumfangsfläche der Rohrleitung. Die Rohrschellen können ferner ein Verkippen der Stabilisierungselemente, beispielsweise durch Auftreffen einer Windböe auf die Stabilisierungselemente, verhindern. Zudem ermöglicht die Verwendung einer Rohrschelle eine schnelle Montage und Demontage eines Stabilisierungselements an der Rohrleitung. Ebenso können die Stabilisierungselemente mittels angeschweißter Laschen an der Rohrleitung befestigt werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Rohrleitungsanordnung wird erreicht, dass an den Endabschnitten der Rohrleitung und damit auch an den Lagerelementen, an welchen die Endabschnitte gelagert sind, keine Verschiebungen aufgrund von Längenänderungen oder Zwangskräfte aufgrund von unterbundenen Längenänderungen auftreten. Durch die bogenförmige Ausgestaltung der Rohrleitung erfolgt ausschließlich eine Verformung bzw. Längenänderung der Rohrleitung zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt vertikal nach oben oder nach unten, bei der Zwangsmomente an den Endabschnitten der Rohrleitung auftreten können.
Zur Kompensation dieser Zwangsmomente ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Lagerelemente verdrehsicher ausgebildet sind, wobei zwischen den Lagerelementen und den Endabschnitten jeweils ein Zwischenrohrabschnitt der Rohrleitung vorgesehen ist, wobei der Zwischenrohrabschnitt verdrehbar ausgebildet ist. Durch das Vorsehen vorzugsweise von zwei zu der Rohrleitung gehörenden, verdrehbar ausgebildeten Zwischenrohrabschnitten, welche jeweils zwischen einem Lagerelement und dem ersten Endabschnitt bzw. dem zweiten Endabschnitt der Rohrleitung vorgesehen sind, kann eine zwangsfreie Verdrehung der gesamten Rohrleitung zum Ausgleich eines Zwangsmomentes bei einer Verformung der Rohrleitung aufgrund einer Temperaturänderung erreicht werden. Bei dieser Ausgestaltung ist die Rohrleitung vorzugsweise nicht mit ihren Endabschnitten, sondern mittels der Zwischenrohrabschnitte unmittelbar an den Lagerelementen gelagert bzw. befestigt. Die Zwischenrohrabschnitte verlaufen vorzugsweise im Gegensatz zu dem Bereich der Rohrleitung, welcher zwischen den beiden Endabschnitten vorgesehen ist, horizontal zum Boden bzw. zur Erdoberfläche. Bei dem Ausgleich eines Zwangsmomentes erfolgt eine Verdrehung des Zwischenrohrabschnittes vorzugsweise um seine Axialachse.
Zur Realisierung der Verdrehbewegung eines Zwischenrohrabschnittes weisen die Zwischenrohrabschnitte vorzugsweise eine Drehdurchführung auf. Die Drehdurchführung kann dabei unmittelbar an dem Bereich der Zwischenrohrabschnitte vorgesehen sein, welche an dem Lagerelement befestigt ist, so dass die Drehdurchführung gleichzeitig als eine Art Auflager für die Rohrleitung dienen kann.
Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass im Bereich der Endabschnitte die Rohrleitung eine Biegung, insbesondere eine 90°-Biegung, aufweist. Im Bereich der Biegung geht der Bereich der Rohrleitung, welcher bogenförmig ausgebildet ist, in den vorzugsweise horizontal ausgebildeten Zwischenrohrabschnitt der Rohrleitung über. Durch das Vorsehen einer Biegung der Rohrleitung in diesem Bereich kann erreicht werden, dass bei einer Verformung des bogenförmig ausgebildeten Bereichs der Rohrleitung sich dieser Bereich der Rohrleitung um die Axialachse der Zwischenrohrabschnitte verdrehen kann, indem sich die Zwischenrohrabschnitte um ihre Axialachse verdrehen. Dadurch ist ein einfach zu realisierender Ausgleich des bei einer Temperaturveränderung entstehenden Zwangsmomentes an einer Rohrleitung bzw. an den Endabschnitten der Rohrleitung möglich.
Alternativ zu der verdrehsicheren Ausbildung der Lagerelemente zur Kompensation der bei einer Temperaturänderung der Rohrleitung entstehenden Zwangsmomente können die Lagerelemente selber auch verdrehbar ausgebildet sein. Sind die Lagerelemente selber verdrehbar ausgebildet, können diese selber einer Verformung des bogenförmig ausgebildeten Bereichs der Rohrleitung durch eine Verdrehung folgen. Die Zwischenrohrabschnitte zwischen den Lagerelementen und den Endabschnitten sind dabei vorzugsweise torsionsweich ausgebildet bzw. so ausgebildet, dass die Zwischenrohrabschnitte die bei einer Verformung und einer dabei entstehenden Verdrehung des bogenförmig ausgebildeten Bereichs vorherrschenden Torsionsmomente aufnehmen kann. Alternativ ist es auch möglich, eine Drehdurchführung vorzusehen. Die verdrehbare Ausbildung der Lagerelemente kann beispielsweise durch das Vorsehen eines Gelenkes oder eines Scharniers erreicht werden.
Weiter Alternativ kann es zur Kompensation der bei einer Temperaturänderung der Rohrleitung entstehenden Zwangsmomente vorgesehen sein, dass die Rohrleitung im Bereich der Lagerelemente eine größere Wandstärke aufweist, als im Bereich zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt. Bei dieser Ausgestaltung sind die Lagerelemente vorzugsweise verdrehsicher, fest ausgebildet und die Rohrleitung ist über ihre Endabschnitte unmittelbar an den Lagerelementen gelagert bzw. angeordnet, wobei die Rohrleitung selber auch keinen Bereich aufweist, welcher verdrehbar ausgebildet ist. Dadurch, dass die Rohrleitung in dem Bereich, wo sie an den Lagerelementen gelagert ist, d. h. im Bereich ihrer Endabschnitte, eine stärker ausgebildete Wandung aufweist, kann bei einer Verformung der Rohrleitung aufgrund einer Temperaturänderung die dabei entstehenden Zwangsmomente durch eine elastische Verformung der Rohrleitung im Bereich der größeren Wandstärke kompensiert werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer wie vorstehend aus- und weitergebildeten Rohrleitungsanordnung in einer Energieerzeugungsanlage, einem Kraftwerk, insbesondere einem solarthermischen Kraftwerk, einer chemischen Anlage und/oder einer Raffinerie, bei welchen Medien mit veränderbarer Temperatur in der Rohrleitungsanordnung transportiert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Ausgestaltung einer Rohrleitungsanordnung;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Ausgestaltung einer Rohrleitungsanordnung;
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Rohrleitungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Rohrleitungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
5 eine schematische Darstellung einer Aneinanderreihung mehrerer erfindungsgemäßer Rohrleitungsanordnungen gemäß der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform.
1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Rohrleitungsanordnung 10, insbesondere einer Überlandrohrleitungsanordnung, welche zum Transport von Medien mit wechselnder Temperatur dient. Die Rohrleitungsanordnung 10 weist eine horizontal zum Boden bzw. zur Erdoberfläche verlaufende Rohrleitung 12 auf, welche einen ersten Endabschnitt 14 und einen dem ersten Endabschnitt 14 gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt 16 aufweist, wobei die Endabschnitte 14, 16 an jeweils einem Lagerelement 18 gelagert bzw. angeordnet sind und die Lagerelemente 18 jeweils an einem Hauptträgerstützelement 34 angeordnet sind. Zum Ausgleich der bei einer Temperaturänderung des die Rohrleitung 12 durchfließenden Mediums und damit auch einer Temperaturänderung der Rohrleitung 12 selber erfolgenden Längenänderung der Rohrleitung 12 sind entlang der Länge der Rohrleitung 12 zwei u-förmige Biegungen 20 der Rohrleitung 12 vorgesehen, wobei auch im Bereich der Biegungen 20 die Rohrleitung 12 horizontal zum Boden bzw. zur Erdoberfläche verläuft. Im Bereich der Biegungen 12 und im weiteren Verlauf der Rohrleitung 12 sind ferner zwei zusätzliche Zwischenstützelemente 22 vorgesehen, um eine ausreichende Stützung der Rohrleitung 12 entlang ihrer Länge zu gewährleisten.
2 zeigt eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Rohrleitungsanordnung 10, welche zum Transport von Medien mit wechselnder Temperatur dient, wobei bei dieser Rohrleitungsanordnung keine u-förmigen Biegungen 20 zum Ausgleich einer Längenänderung im Falle einer Temperaturänderung der Rohrleitung 12 vorgesehen sind, sondern ein Kompensator 24, insbesondere ein Wellrohrkompensator, vorgesehen ist, welcher bei der hier gezeigten Ausführungsform im Bereich des ersten Endabschnittes 14 der Rohrleitung 12 angeordnet ist. Auch bei dieser Ausgestaltung ist die Rohrleitung 12 selber horizontal zum Boden bzw. zur Erdoberfläche ausgebildet und entlang der Länge der Rohrleitung 12 sind zusätzliche Zwischenstützelemente 22 vorgesehen, welche die Rohrleitung 12 entlang ihrer Länge abstützen.
Bei keiner der in 1 oder 2 gezeigten bekannten Rohrleitungsanordnung 10 können jedoch Längenänderungen und/oder Zwangskräfte im Bereich der Endabschnitte 14, 16 der Rohrleitung 12 und damit an den Lagerelementen 18 ausreichend gut und möglichst kostengünstig kompensiert werden. Dies ist jedoch mit dem in 3 bis 5 gezeigten erfindungsgemäßen Rohrleitungsanordnungen 110, 210, 310 möglich.
3 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rohrleitungsanordnung 110 zum Transport von Medien mit veränderbarer Temperatur. Die Rohrleitungsanordnung 110 weist eine einen ersten Endabschnitt 114 und einen zweiten Endabschnitt 116 aufweisende Rohrleitung 112 auf, welche zwischen ihrem ersten Endabschnitt 114 und ihrem zweiten Endabschnitt 116 entlang ihrer gesamten Länge bogenförmig in Form eines Kreissegmentes ausgebildet ist. Die Rohrleitung 112 verläuft dabei zwischen ihrem ersten Endabschnitt 114 und ihrem zweiten Endabschnitt 116 nicht horizontal zum Boden bzw. zur Erdoberfläche sondern der Abstand zwischen dem Boden bzw. der Erdoberfläche und der Rohrleitung 112 verändert sich kontinuierlich in vertikaler Richtung bzw. in der hier gezeigten z-Richtung. Bei einer Längenänderung der Rohrleitung 112, beispielsweise aufgrund einer Temperaturerhöhung, kann sich die Rohrleitung 112 zwischen den Endabschnitten 114, 116 in z-Richtung ausdehnen oder, bei einer Temperaturreduzierung, in z-Richtung schrumpfen bzw. verkürzen. An den Endabschnitten 114, 116 selber erfolgt dabei keine Längenänderung.
Um die Endabschnitte 114, 116 bei einer Temperaturänderung der Rohrleitung 112 in ihrer Position zu halten, ohne dass diese sich insbesondere zueinander bewegen können, ist zwischen dem ersten Endabschnitt 114 und dem zweiten Endabschnitt 116 ein horizontal zum Boden bzw. zur Erdoberfläche verlaufendes Zugelement 126, beispielsweise in Form eines Stahlseiles, vorgesehen, wobei zwischen dem ersten Endabschnitt 114 und dem zweiten Endabschnitt 116 der Rohrleitung 112 das Zugelement 126 beabstandet zu der Rohrleitung 112 vorgesehen ist.
Zwischen der Rohrleitung 112 und dem Zugelement 126 sind mehrere Stabilisierungselemente 128 vorgesehen, welche jeweils mit der Rohrleitung 112 und dem Zugelement 126 verbunden sind. Die Stabilisierungselemente 128 sind bei dieser Ausführungsform stabförmig, beispielsweise in Form eines Stahlprofiles, ausgebildet.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform sind die Endabschnitte 114, 116 unmittelbar an den an Hauptträgerstützelementen 134 angeordneten Lagerelementen 118 gelagert, wobei die Lagerelemente 118 hierbei verdrehbar ausgebildet sind, so dass bei einer durch eine Temperaturänderung der Rohrleitung 112 hervorgerufene Verformung des bogenförmig ausgebildeten Bereichs der Rohrleitung 112 eine Verdrehung der Lagerelemente 118 erfolgen kann, wodurch die an den Endabschnitten 114, 116 der Rohrleitung 112 durch die Verformung des bogenförmigen Bereichs der Rohrleitung 112 hervorgerufenen Zwangsmomente kompensiert werden können.
4 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rohrleitungsanordnung 210. Die in 4 gezeigte Rohrleitungsanordnung 210 unterscheidet sich von der in 3 gezeigten Rohrleitungsanordnung 110 unter anderem dadurch, dass nicht nur ein Zugelement 226, sondern dass zwei Zugelemente 226 vorgesehen sind, welche horizontal zum Boden bzw. zur Erdoberfläche verlaufend zwischen dem ersten Endabschnitt 214 und dem zweiten Endabschnitt 216 der Rohrleitung 212 vorgesehen sind. Aufgrund des Vorsehens von zwei Zugelementen 228 sind die Stabilisierungselemente 228 hierbei dreiecksförmig ausgebildet, so dass sie eine besonders gute Stabilisierung zwischen den beiden Zugelementen 226 und der Rohrleitung 212 erreichen können, indem die Stabilisierungselemente 228 eine Verbindung zwischen den beiden Zugelementen 226 und der Rohrleitung 212 ausbilden.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform sind die Endabschnitte 214, 216 nicht unmittelbar an den an den Hauptträgerstützelementen 234 angeordneten Lagerelementen 218 angeordnet, sondern jeweils über einen Zwischenrohrabschnitt 230 der Rohrleitung 212 an den Lagerelementen 218 angeordnet. Im Bereich der Endabschnitte 214, 216 weist die Rohrleitung 212 hierbei jeweils eine 90°-Biegung 232 auf, welche den Übergang zu den Zwischenrohrabschnitten 230 und der bogenförmigen Rohrleitung 212 zwischen den Endabschnitten 214, 216 darstellen. Die Zwischenrohrabschnitte 230 sind im Gegensatz zu der bogenförmigen Rohrleitung 212 zwischen den Endabschnitten 214, 216 horizontal zum Boden bzw. zur Erdoberfläche verlaufend ausgebildet. Zum Ausgleich der bei einer Verformung der Rohrleitung 212 zwischen den Endabschnitten 214, 216 entstehenden Zwangsmomente sind die Zwischenrohrabschnitte 230 verdrehbar ausgebildet, indem sich die Zwischenrohrabschnitte 230 bei einer Verformung des bogenförmigen Bereichs der Rohrleitung 212 um ihre Axialachse verdrehen können. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, indem die Zwischenrohrabschnitte 230 eine hier nicht dargestellte Drehdurchführung aufweisen. Die Lagerelemente 218 selber sind bei dieser Ausführungsform im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Ausführungsform verdrehsicher, beispielsweise als Festlager, ausgebildet.
5 zeigt eine Aneinanderreihung dreier erfindungsgemäßer Rohrleitungsanordnungen 110 gemäß der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform, bei der die Rohrleitungsanordnungen 110 jeweils eine zwischen zwei Endabschnitten 114, 116 bogenförmig ausgebildete Rohrleitung 112 aufweisen und jeweils ein horizontal zum Boden bzw. zur Erdoberfläche verlaufendes Zugelement 126 zwischen den Endabschnitten 114, 116 vorgesehen ist. Die Stabilisierungselemente 128 sind hier, ebenso wie bei der in 3 gezeigten Ausführungsform, stabförmig ausgebildet. Die Endabschnitte 114, 116 sind, wie bei der in 3 gezeigten Ausführungsform, unmittelbar an den an den Hauptträgerstützelementen 134 angeordneten Lagerelementen 118 gelagert, wobei die Lagerelemente 118 verdrehbar ausgebildet sind, um bei einer durch eine Temperaturänderung der Rohrleitung 112 hervorgerufene Verformung des bogenförmig ausgebildeten Bereichs der Rohrleitung 112 eine Verdrehung der Lagerelemente 118 ermöglichen zu können, um die an den Endabschnitten 114, 116 der Rohrleitung 112 durch die Verformung des bogenförmigen Bereichs der Rohrleitung 112 hervorgerufenen Zwangsmomente kompensieren zu können.
Die erfindungsgemäße Rohrleitungsanordnung 110, 210, welche in den 3 bis 5 in verschiedenen möglichen Ausführungsformen gezeigt ist, zeichnet sich durch eine kostengünstige und schnell zu fertigende und zu montierende Ausgestaltung aus. Eine Einschränkung der Lebensdauer durch abgeminderte Rohrwandstärken entlang der Rohrleitung 112, 212, wie dies beim Einsatz von Kompensatoren 24 der Fall ist, kann bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung verhindert werden, da die Rohrleitung 112, 212 keine Kompensatoren aufweist und zumindest im Bereich ihrer bogenförmigen Ausgestaltung vorzugweise eine gleichbleibende Wandstärke und damit eine gleichbleibende Querschnittsfläche aufweist. Zudem können, bei gleichzeitiger Kompensation der durch Temperaturänderungen hervorgerufene Wärmedehnung der Rohrleitung 112, 212, große Distanzen mit einer erfindungsgemäßen Rohrleitungsanordnung 110, 210 überspannt werden, ohne dass zusätzliche Zwischenstützelemente 22 zur Abstützung der Rohrleitung 112, 212 entlang ihrer Länge vorgesehen werden müssen. Ferner können die Endabschnitte 114, 116, 214, 216 der Rohrleitung 112, 212 verschiebungsfrei und kräftefrei an den Lagerelementen 118, 218 gelagert werden.

Claims

Rohrleitungsanordnung, umfassend eine Rohrleitung (112, 212) mit einem ersten Endabschnitt (114, 214) und einem dem ersten Endabschnitt (114, 214) gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt (116, 216), wobei der erste Endabschnitt (114, 214) und der zweite Endabschnitt (116, 216) jeweils an einem Lagerelement (118, 218) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Endabschnitt (114, 214) und dem zweiten Endabschnitt (116, 216) der Rohrleitung (112, 212) ein Zugelement (126, 226) vorgesehen ist und die Rohrleitung (112, 212) zwischen ihrem ersten Endabschnitt (114, 214) und ihrem zweiten Endabschnitt (116, 216) bogenförmig ausgebildet ist, so dass zwischen dem ersten Endabschnitt (114, 214) und dem zweiten Endabschnitt (116, 216) der Rohrleitung (112, 212) die Rohrleitung (112, 212) beabstandet zu dem Zugelement (126, 226) vorgesehen ist.
Rohrleitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bogenförmige Ausbildung der Rohrleitung (112, 212) in Form eines Kreissegmentes, einer Parabel oder eines Polygonsegmentes ausgebildet ist.
Rohrleitungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (112, 212) zwischen ihrem ersten Endabschnitt (114, 214) und ihrem zweiten Endabschnitt (116, 216) mittels ein oder mehrerer Stabilisierungselemente (128, 228) mit dem Zugelement (126, 226) verbunden ist.
Rohrleitungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungselemente (128, 228) stabförmig, dreiecksförmig oder halbkreisförmig ausgebildet sind.
Rohrleitungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungselemente (128, 228) mittels Rohrschellen an der Rohrleitung (112, 212) befestigt sind.
Rohrleitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (218) verdrehsicher ausgebildet sind, wobei zwischen den Lagerelementen (218) und den Endabschnitten (214, 216) jeweils ein Zwischenrohrabschnitt (230) der Rohrleitung (212) vorgesehen ist, wobei die Zwischenrohrabschnitte (230) verdrehbar ausgebildet sind.
Rohrleitungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenrohrabschnitte (230) eine Drehdurchführung aufweist.
Rohrleitungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Endabschnitte (214, 216) die Rohrleitung (212) eine Biegung (232), insbesondere eine 90°-Biegung, aufweist.
Rohrleitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (118, 318) verdrehbar ausgebildet sind.
Rohrleitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung im Bereich der Lagerelemente eine größere Wandstärke aufweist als im Bereich zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt.
Verwendung einer Rohrleitungsanordnung (110, 210) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Energieerzeugungsanlage, einem Kraftwerk, insbesondere einem solarthermisches Kraftwerk, einer chemischen Anlage und/oder einer Raffinerie.