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Die Erfindung bezieht sich auf eine
thermische Isolation mit einer Wärmedämmung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Solche thermischen Isolationen kommen vorzugsweise
bei baulichen Einrichtungen zur Anwendung, die unter Wasser installiert
und für
die Förderung
von Rohöl
oder Erdgas vorgesehen sind.
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Die Ölförderung vom Meeresboden aus
erfordert eine Vielzahl von Rohrleitungen sowie Ventil- und Steuersysteme,
die unterseeisch montiert werden müssen. Diese baulichen Einrichtungen
müssen thermisch
isoliert werden, da die Temperaturen des Förderguts bei regelmäßigen Unterbrechungen
der Förderung
durch Wärmeabgabe
an die Umgebung stark absinken. Das zu fördernde Rohöl enthält Bestandteile, die sich in
den Rohrleitungen und Ventilen ablagern, wenn die Temperaturen in
diesen Bauelementen unter einen Wert von 17°C absinken. Dieser Wert kann
je nach Tiefe und Ölzusammensetzung auch
variieren. In baulichen Einrichtungen, die über keine, oder nur eine unzureichende
thermische Isolation verfügen,
bilden sich Hydrat- und Wachs-Ablagerungen,
deren Beseitigung aufwendig und teuer ist.
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In der
US-PS
6 000 438 ist eine thermisch isolierte Rohrleitung für den Transport
von strömenden
Medien in unterseeischen Bereichen beschrieben. Die das Medium führende innere
Rohrleitung ist von einer thermischen Isolierschicht umgeben, welche
die Eigenschaften eines Latentwärmespeichers aufweist.
Die Isolierschicht ist von einem konzentrisch zur inneren Rohrleitung
angeordneten metallischen Mantelrohr umgeben.
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Die Speicherung von latenter Wärme in der Isolierschicht
wird durch Verwendung eines Phasenänderungsmaterials erreicht,
welches beim Übergang
vom festen in den flüssigen
Zustand eine hohe Schmelzenthalpie als latente Wärme aufnimmt. Wird das geschmolzene
Phasenänderungsmaterial
abgekühlt,
so gibt es bei der Erstarrungstemperatur die aufgenommene Schmelzenthalpie
wieder ab, und geht wieder in einen festen Zustand über. Durch
die zusätzliche
Abgabe der latenten Wärme
wird die Abkühlzeit
des geförderten
Mediums verlängert.
Doppelwandige Förderleitungen
wie sie hier beschrieben sind, sind teuer und wegen ihres großen Durchmessers
nicht überall
nutzbar. Bei baulichen Einrichtungen in Form von Ventilen und Verteilern
sind doppelwandige Ausführungen
weder wirtschaftlich noch können
sie technisch sinnvoll ausgebildet werden.
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Aus der
US-PS 6058979 ist eine Isolation für bauliche
Einrichtungen der eingangs genanten Art bekannt, die aus einem Polymer
in Form von Polypropylen, Polyethylen, Polyurethan, Epoxiden und Elastomeren
hergestellt wird. Eine Wärmeleitfähigkeit
von etwa 0,2 W/mK, gute mechanische Eigenschaften, sowie das ebenfalls
geringe Gewicht dieser Werkstoffe sind für die Verwendung als Wärmedämmmaterial
von Vorteil. Die Wärmedämm-Eigenschaften
des Polymers werden durch den Zusatz von Hohlkugeln in Form von
Glas und/oder Kunststoff verbessert. Durch die Hohlkugeln wird die
spezifische Dichte der Isolierung zudem verringert. Um den Füllgrad zu
erhöhen,
und die Wärmeleitfähigkeit
zu minimieren, werden unterschiedlich große Hohlkugeln verwendet. Trotz
einer solchen thermischen Isolation lässt sich die Bildung von Ablagerungen
in unterseeischen Einrichtung, die zur Förderung von Rohöl vorgesehen
ist, nicht vollständig
ausschließen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
thermische Isolation für
unterseeische Einrichtungen zur Förderung von Rohöl und Erdgas
aufzuzeigen, mit der Ablagerungen der eingangs genannten Art vermieden
werden können,
und die eine Ummantelung der Einrichtungen auf einfache Weise ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Weitere erfinderische Merkmale sind
in den abhängigen
Ansprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend an
Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße thermischen Isolation,
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2 ein
Bauelement der Isolation gemäß 1,
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3 eine
weitere Ansicht des in 2 dargestellten
Bauelements,
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4 das
in 2 gezeigte Bauelement
im Vertikalschnitt,
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5 eine
Variante des in 1 gezeigten Bauelements,
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6 eine
Isolation für
eine Rohrleitung.
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Die in 1 dargestellte
Isolation 1 ist aus einer Vielzahl von Bauelementen 2 zusammengesetzt.
Die Bauelement 2 weisen alle den gleichen konstruktiven
Aufbau auf. Zudem haben sie bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
alle die gleichen Abmessungen. Es wird deshalb nur der Aufbau eines
Bauelements 2 näher
erläutert,
das in den 2, 3 und 4 im Detail dargestellt ist. Das Bauelement 2 ist
plattenförmig
ausgebildet, wobei die beiden großen, im Abstand einander gegenüber liegenden
Begrenzungsflächen 2S und 2U als
Rechtecke ausgebildet sind. Alle Bauelemente 2 werden bei
der Montage der Installation immer so angeordnet, dass die Begrenzungsflächen 2U den
zu ummantelnden Einrichtungen zugewandt sind. Das Gerüst 2G des Bauelements 2 wird
durch eine Matrix gebildet, die aus einem Polymer gefertigt ist.
Vorzugsweise wird ein Polymer mit geschlossener Porosität und geringer
Wärmeleitfä higkeit
verwendet. Das Gerüst 2 wird vorzugsweise
aus einem Epoxid oder ein Polyuhrethanschaum hergestellt. Alternativ
kann das Gerüst 2G auch
aus einem Elastomer in Form von Ethylen-Propoylen-Dien-Copolymer
gebildet werden, um dem Bauelement 2 eine erhöhte Flexibilität zu verleihen.
Falls es die Gegebenheiten erfordern, kann das Bauelement auch eine
andere Form, beispielsweise die eines Dreiecks oder Sechsecks aufweisen.
In jedem Fall muss es so ausgebildet sein, dass es eine geschlossene
Fläche
aufweist.
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Jeweils zwei unmittelbar im rechten
Winkel aneinander grenzende Seitenflächen 2A, 2B des Bauelements 2 sind
konvex gewölbt,
während
die beiden anderen, ebenfalls im rechten Winkel unmittelbar aneinander
grenzenden Seitenflächen 2C, 2D konkav
gewölbt
sind. Wie den 3 und 4 desweiteren zu entnehmen
ist, ist die Begrenzungsfläche 2U mittig
mit einer rechteckigen Ausnehmung 3 versehen, deren Grundfläche etwa
zwei Drittel von der Größe der Begrenzungsfläche 2U aufweist.
Die Tiefe der Ausnehmung 3 kann bis zu 60% von der Dicke des
Bauelements 2 betragen. Diese Ausnehmung 3 ist
mit einem Phasenänderungsmaterial 4 ausgefüllt, welches
die Eigenschaften eines Latentwärmespeichers
besitzt. Es handelt sich hierbei um ein Phasenänderungsmaterial 4,
das beim Übergang
vom festen in den flüssigen
Zustand eine hohe Schmelzenthalpie als latente Wärme aufnimmt. Wird das geschmolzene
Phasenänderungsmaterial 4 abgekühlt, so
gibt es beim Erreichen der Erstarrungstemperatur die aufgenommene
Schmelzenthalpie wieder ab, und geht wieder in den festen Zustand über. Durch
die zusätzliche
Abgabe der latenten Wärme
wird die Abkühlzeit
des geförderten
Mediums verlängert.
Als Phasenübergangsmaterial 4 eignen
sich Paraffine und Salzhydrate. Das Phasenänderungsmaterial 4 ist
in eine flexible Hülle 5 eingefüllt, deren
Abmessungen an die Abmessungen der Ausnehmung 3 angepasst
sind. Die Hülle 5 ist
bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einer metallisierten Polymerfolie gefertigt. Diese Polymerfolie
ist ausreichend flexibel und wärmedurchlässig, und
verhindert zudem die Wasserdiffusion. Die Stärke der Folie wird < 0,3mm gewählt. Die
Hülle 5 kann
auch aus einem anderen Material gefertigt werden, das die gleichen
Eigenschaften aufweist. Die Hülle 5 wird
beispielsweise mit Hilfe eines Klebers (hier nicht dargestellt)
in der Ausnehmung 3 befestigt.
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Wie 5 zu
entnehmen ist, kann die Ausnehmung 3 auch mit einem konischen
Querschnitt versehen werden, der sich nach außen zu verjüngt. Die Hülle 5 ist an diese
Form der Ausnehmung 3 so angepasst, dass das Phasenänderungsmaterial 4 auch
diese Ausnehmung 3 vollständig ausfüllt. Die Hülle 5 schließt, ebenso
wie bei den Ausführungsbeispielen,
die in den 3 und 4 gezeigt und in den zugehörigen Beschreibungen
erläutert
sind, in einer Ebene mit der Begrenzungsfläche 2U abschließt. Durch
die konische Ausbildung der Ausnehmung 3 wird die Hülle 5 ohne
zusätzlichen
Kleber in der Ausnehmung 3 gehalten.
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Die Isolation 1 gemäß 1, ist auf der Außenfläche einer
baulichen Einrichtung 10 installiert, die einen Querschnitt
mit acht Ecken aufweist. Für die
Ausbildung eines ersten Abschnitts 1A der Isolation 1 sind
in einer Richtung senkrecht zur Längsachse der Einrichtung 10 Bauelemente 2 so
hintereinander angeordnet, dass an jeweils eine konvexe Seitenfläche 2A, 2B eines
ersten Bauelements 2 eine konkave Seitenfläche 2C, 2D eines
zweiten Bauelements 2 angefügt ist. Dadurch wird, wie 1 zu entnehmen ist, eine
zusammenhängende
Isolation 1 ausgebildet, deren Form an die Kontur der Einrichtung 10 angepasst
ist. Da die Abmessungen der konvexen Begrenzungsflächen 2A, 2B und
der konkaven Begrenzungsflächen 2C, 2D aufeinander
abgestimmt sind, kommt es an den Fügestellen nur zu sehr geringen
Wärmeverlusten.
Bei der Ausbildung eines weiteren unmittelbar daran angrenzenden
Abschnitts 1B der Isolation 1 wird in gleicher
Weise verfahren. Dabei wird jedes Bauelemente 2 des zweiten Abschnitts 1B zusätzlich mit
seiner zweiten konvexen Seitenfläche 2A, 2B bündig an
die zweite konkave Seitenfläche 2C, 2D jeweils
eines Bauelements 2 des ersten Abschnitts 1A angefügt. Die
Bauelemente 2 werden entweder durch Verklebung oder mechanisch
mittels Spanngurten oder Umwicklungen (hier nicht dargestellt) mit
der Außenfläche der
baulichen Einrichtung 10 verbunden.
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6 zeigt
eine Isolation 1, die auf der Außenfläche einer Rohrleitung 11 angeordnet
ist, und dieses eng umschießt.
Die Rohrleitung 11 über
ein Befestigungselement 12 an einer Tragekonstruktion (hier
nicht dargestellt) befestigt. Die Isolation 1 ist auch
hierbei aus mehreren Bauelementen 2 zusammengefügt. Diese
weisen den gleichen Aufbau wie das in den 2, 3 und 4 dargestellte und in den
zugehörigen
Beschreibungen erläuterte
Bauelement 2 auf. Abweichend von der in 1 dargestellten und in der zugehörigen Beschreibung
erläuterten
Isolation 1 ist die hier gezeigte Isolation 1 nicht
als Ganzes an die Struktur der Rohrleitung 11 angepasst,
sondern jedes Bauelement 2 wird bei der Anordnung auf der
Außenfläche der
Rohrleitung 11 an die jeweilige Krümmung der Rohrleitung 11 angepaßt. Um diese Anpassung
zu ermöglichen,
ist das Gerüst 2G der hierfür verwendeten
Bauelemente 2 aus einem flexiblen Elastomer gefertigt.
Jedes Bauelement 2 überdeckt
einen definierten Abschnitt auf dem Umfang der Rohrleitung 11.
Bei der Installation der Isolation 1 auf der Außenfläche des
Rohres 11 werden die Bauelemente 2 so positioniert,
dass die mit dem Phasenänderungsmaterial 4 gefüllten Hüllen 5 unmittelbar
auf der Außenfläche der
Rohrleitung 11 aufliegen. Dabei wird jeweils ein Bauelement 2 nach
dem anderen so auf dem Umfang der Rohrleitung 11 in einer
Richtung senkrecht zu der Längsachse
der Rohrleitung 11 positioniert, dass eine konvex gewölbte Seitenfläche 2A eines
ersten Bauelements 2 an eine konkav gewölbte Seitenfläche 2C eines
zweiten Bauelements 2 angefügt wird. Die Anzahl und die
Abmessungen der Bauelemente 2 wird so gewählt, dass die
Verbindung zwischen der Rohrleitung 11 und dem Befestigungselement 12 frei
bleibt. Der so ausgebildete Ring weist bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel
drei Bauelementen 2. Weitere Ringe mit diesem Aufbau (hier
nicht dargestellt) können sich
in beiden Richtungen der Rohrleitung 11 anschließen. Dabei
werden die Bauelemente 2 von zwei unmittelbar aufeinander
folgenden Ringen so aneinander gesetzt, dass immer konvexe Seitenflächen unmittelbar
an konkave Seitenflächen
angefügt werden.
An den Stellen der Rohrleitung 11, an denen keine Aussparung
für ein
Befestigungselement 12 benötigt wird, sind die Abmessungen
der Bauelemente etwas größer zu wählen, so
dass geschlossene Ringe ausgebildet werden können. Die Bauelemente 2 können entweder
durch Verklebung oder mechanisch mit der Rohrleitung 11 verbunden
werden. Mechanische Befestigungen erleichtert die Anpassung und
Anpassung der Isolation 1 an die Kontur der Rohrleitung 11.
Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Bauelemente 2 mit Hilfe eines Spannbandes 13 dauerhaft
in der gewünschten
Position gehalten. Die Bauelemente 2 können auch auf die Außenfläche der
Rohrleitung 11 aufgeklebt oder über Klettbänder fläche der Rohrleitung 11 aufgeklebt
oder über
Klettbänder
(hier nicht dargestellt) gegeneinander fixiert werden.
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Die Erfindung beschränkt sich
nicht nur auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele der Isolation.
Vielmehr umfasst sie alle Variationen der Isolation, die dem Kern
der Erfindung zugeordnet werden können.