DE1258215B

DE1258215B - Ummantelte Rohrleitung zur Foerderung von Gasen oder Fluessigkeiten und Verfahren zur Vorspannung eines Rohrleitungsabschnittes

Info

Publication number: DE1258215B
Application number: DE1964W0036409
Authority: DE
Inventors: Gerhard Winter
Original assignee: Winter & Co
Current assignee: Winter & Co
Priority date: 1964-03-18
Filing date: 1964-03-18
Publication date: 1968-01-04
Also published as: CH428346A; FR1428387A; NL6503436A

Description

Ummantelte Rohrleitung zur Förderung von Gasen oder Flüssigkeiten und Verfahren zur Vorspannung eines Rohrleitungsabschnittes Die Erfindung bezieht sich auf eine ummantelte Rohrleitung zur Förderung von Gasen oder Flüssigkeiten, deren Temperatur über der Umgebungstemperatur liegt, bestehend aus zwei koaxialen, z. B. durch Abstandhalter im radialen Abstand voneinander gehaltenen Rohrschalen.
Bei bekannten Rohrleitungen dieser Art mit vorspannungsfreier Verbindung zwischen Innen- und Außenrohrschale treten bei der Inbetriebnahme und während des Betriebs der Rohrleitung durch Förderung von Medien im Innenmantel Druckspannungen auf, die aus der Längendehnung des Innenrohres infolge der Erwärmung durch das Fördermedium mit gegenüber der Umgebungstemperatur höherer Temperatur hervorgerufen werden. Diese Druckspannungen im Innenrohr übertragen sich über die Verbindungsstellen zwischen beiden Rohrschalen auch auf das Außenrohr und erzeugen in diesem Zugspannungen. Die sich in der Rohrleitung einstellenden Spannungen sind abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Fördermediums und der Umgebungstemperatur und können bei entsprechend großen Differenzwerten erhebliche, vielfach die Elastizitätsgrenze des verwendeten Materials überschreitende Werte annehmen. Während des gesamten Betriebszustandes bleibt das Innenrohr und damit auch das Außenrohr in dem durch die Temperaturdifferenz bedingten Spannungszustand.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine ummantelte Rohrleitung zu schaffen; bei der im Betrieb durch die unterschiedliche Erwärmung der Rohrschalen nur geringe Spannungen auftreten. Die Erfindung ist ausgehend von einer Rohrleitung der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch eine derartige Vorspannung der Rohrschalen gegeneinander, daß die innere Rohrschale auf Zug und- die äußere Rohrschale auf Druck beansprucht ist, wenn beide Rohrschalen die gleiche Temperatur aufweisen. Bei einer Rohrleitung derartiger Ausgestaltung vermindert sich bei Inbetriebnahme und dementsprechend während des Betriebs der Rohrleitung durch Förderung eines Mediums die Vorspannung entsprechend der herrschenden Temperaturdifferenz. Dies ermöglicht es, die Innenrohrschale und damit auch die Außenrohrschale während des Betriebs lediglich mit einer Restspannung oder spannungsfrei zu betreiben. Ferner besteht die Möglichkeit, bei Vorspannung der Innenrohrschale auf Zug bis nahe an die Materialelastizitätsgrenze die Rohrleitung mit einem Medium zu beaufschlagen, dessen Temperaturdifferenz im Betrieb in der Innenrohrschale unter Durchlaufen des Spannungsnullzustandes eine Druckspannung erzeugt, so daß mit der Rohrleitung nach der Erfindung unter gegenüber bekannten Rohrleitungen jedenfalls nicht schlechteren Bedingungen Fördermedien mit einer Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur betrieben werden können, die doppelt so hoch ist wie diejenige Temperaturdifferenz, die bei den bekannten Rohrleitungen bewältigt werden kann. Unter den üblichen Bedingungen der Praxis führt der mögliche Betrieb der Rohrleitung in einem lediglich geringere Spannungen oder gar keine Spannungen mehr aufweisenden Zustand zu einem außerordentlich hohen Sicherheitsfaktor gegen Überschreiten der bei der Auslegung der Rohrleitung zugrunde gelegten Temperaturwerte für das zu fördernde Medium. Die Rohrleitung nach der Erfindung ist demzufolge in weit weniger hohem Maß an die Einhaltung im wesentlichen gleichmäßiger und vorbestimmter Temperaturen im Fördermedium gebunden und in der Lage, ohne Überschreitung der Sicherheitsvorschriften auch stärkere Temperaturschwankungen aufzunehmen. Die Verringerung der im Betrieb auftretenden Spannungen bewirkt ferner eine Erhöhung der Lebensdauer bei herabgesetzter Gefahr des Entstehens von Leckstellen infolge Spannungsrißbildungen.
Vorzugsweise ist der Ringraum zwischen beiden Rohrschalen in an sich bekannter Weise mit Isoliermaterial ausgefüllt, um das Bestehen einer Temperaturdifferenz zwischen der Innenrohrschale und der Außenrohrschale im Betrieb aufrechtzuerhalten und einem Temperaturausgleich entgegenzuwirken, der infolge der ursprünglichen Vorspannung und des Spannungsabbaus infolge der Temperaturdifferenz zu einer Erhöhung der in der Rohrleitung im Betrieb vorliegenden Spannungen führen würde.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Rohrleitung ferner dadurch gekennzeichnet, daß mit der inneren Rohrschale in axialen Abständen flanschartige, die äußere Rohrschale überragende Widerlagerscheiben starr verbunden sind, während auf der äußeren Rohrschale in der Nähe jeder Widerlagerscheibe je ein Stützring befestigt ist und die äußere Rohrschale zwischen jeder Widerlagerscheibe und dem benachbarten Stützring auf einem an die Widerlagerscheibe angrenzenden Teil ihrer Länge aus zwei eingeschweißten Rohrhalbschalen zusammengesetzt ist. Diese Ausbildung erleichtert die Herstellung der Rohrleitung außerordentlich und ermöglicht es, die Vorspannung bei der Verlegung der Rohrleitung an Ort und Stelle und mit einfachen Mitteln vorzunehmen.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Vorspannung eines Abschnitts einer Rohrleitung, das dadurch gekennzeichnet ist; daß mit Hilfe von zwischen eine der flanschartigen Widerlagerscheiben und einem auf dem benachbarten Druckring aufgesetzten Druckflansch eingesetzten Spannvorrichtungen, z. B. von hydraulischen Druckzylindern, die innere Rohrschale elastisch gedehnt und die äußere Rohrschale elastisch gestaucht wird und däß dann in den Zwischenraum zwischen der Widerlagerscheibe und der äußeren Rohrschale die Rohrhalbschalen eingepaßt und eingeschweißt werden. Eine andere Möglichkeit zur Erzielung der Vorspannung besteht nach der Erfindung darin, daß die die Vorspannung bestimmende Längenänderung der Rohrschalen gegeneinander durch. Erwärmen der Rohrinnenschale und/oder Kühlen der Rohraußenschale herbeigeführt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Rohrleitungsteils nach der Erfindung, F i g. 2 eine Einzelheit.
Die Rohrleitung besteht aus einer Rohrinnenschale 1, die aus einzelnen, miteinander verschweißten Innenrohrabschnitten gebildet ist. Konzentrisch zur Rohrinnenschale 1 ist eine Rohraußenschale 2 angeordnet und zur Rohrinnenschale 1 durch Abstandshalter 5 im Abstand gehalten. Der sich zwischen beiden Rohrschalen 1, 2 ergebende Ringraum ist mit Isoliermaterial ausgefüllt, wobei sich der Ringraum in seiner radialen Abmessung nach der wirtschaftlichsten Isolierstärke bestimmt: In axialen Abständen sind mit dem Innenrohr über Stege 3 flanschartige Widerlagerscheiben 4 verschweißt. An diesen sind die Rohraußenschalen 2 angeschweißt. Im Verlegezustand wird die Rohrinnenschale in Vorspannung gegenüber der Rohraußenschale auf Zug und die Rohraußenschale auf Druck beansprucht. Im Betriebszustand, unter Förderung eines warmen Mediums und bei wechselnden Außentemperaturen, vermindern sich durch die Längendehnung der Rohrinnenschale 1 die Spannungen und bewegen sich um den Spannungsnullpunkt herum.
An der Rohraußenschale 2 sind jeweils zwischen zwei Widerlagerscheiben 4, durch die der Ringraum zwischen Rohrschalen 1, 2 abgeteilt wird, Füllstutzen 6 vorgesehen, über die Isoliermaterial in den Ringraum eingeblasen werden kann.
Der Rohraußenschalenabschnitt 2 weist jeweils 'zwischen zwei Widerlagerscheiben 4 zwei, zu einem Rohrring vereinigte Rohrhalbschalen 7 auf, die zwischen einer Widerlagerscheibe 4 und einem Stirnende der Außenschale 2, zu dieser fluchtend eingefügt und mit der Scheibe sowie dem Stirnende der Außenschale verschweißt sind. Zur Herstellung einer unter Vorspannung stehenden Rohrleitung wird zunächst auf einen Rohrinnenschalenabschnitt ein Rohraußenschalenabschnitt aufgeschoben und in seiner Lage zur Rohrinnenschale 1 durch Abstandhalter 5 festgelegt. Nach Verbindung der beiden Rohrschalen 1, 2 an einer Seite wird auf die in axialem Abstand von der Verbindungsstelle 8 zwischen Rohraußenschale 2 und Rohrhalbschalen 7 mit einem Druckring 9 versehene Rohraußenschale 2 ein Druckflansch 10 in der Art einer Rohrschelle befestigt. Dann wird zwischen dem Druckflansch 10 und der Widerlagerscheibe 4 eine Spannvorrichtung, z. B. hydraulische Spannzylinder 11, eingesetzt. Die Spannvorrichtung vergrößert unter elastischer Dehnung der Rohrinnenschale 1 und elastischer Stauchung der Rohraußenschale 2 den Abstand zwischen der Widerlagerscheibe 4 und dem Stirnende 12 der Rohraußenschale 2. In den so erweiterten Abstand 13 werden nun die Rohrhalbschalen 7 eingepaßt, die miteinander, mit dem Stirnende 12 und der Widerlagerscheibe 4 verschweißt werden. Danach wird die Spannvorrichtung entfernt und der Druckflansch 10 abgenommen. Nach Anschweißen eines weiteren Innenrohrabschnitts wiederholt sich beim Verlegen der Rohrleitung der vorbeschriebene Vorgang in gleicher Weise, wodurch schnell und einfach ein vorgespannter Rohrleitungsstrang beliebiger Länge verlegbar ist.
Ein derartiger Rohrleitungsstrang kann jedoch auch aus einzelnen, miteinander zu verbindenden, fertig vorgespannten und in sich abgeschlossenen Rohrleitungseinheiten bestehen, bei denen über die Füllstutzen 6 Isoliermaterial bereits eingefüllt ist, das bei kontinuierlicher Strangbildung jeweils abschnittsweise in die abgeteilten Ringräume zwischen zwei Ankerflanschen 4 eingeblasen wird. Bei dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Rohrleitungsteil ist das linke Ende in einer Verbindung der Rohrschalen miteinander ohne Ankerflansch dargestellt, wobei die Rohraußenschale über einen radialen Flansch 14 an einem Verstärkungsring 15 an der Rohrinnenschale befestigt, z. B. angeschweißt ist, der seinerseits mit der Rohrinnenschale durch Verschweißen verbunden ist. Die Rohrinnenschale trägt an ihrem Ende einen Verbindungsflansch 1', der mit einem entsprechenden Flansch einer anderen Einheit verbindbar ist. Am rechten Ende des dargestellten Rohrleitungsteils ist eine Widerlagerscheibe 4 vorgesehen, die aus Gründen der Steifigkeit beim Vorspannen sich bis zum Rand erstreckende Stege 3' aufweist. Von diesen Stegen 3' wird nach dem Vorspannen der die äußere Rohrschale 2 überragende Teil abgeschnitten.

Claims

Patentansprüche: 1. Ummantelte Rohrleitung zur Förderung von Gasen oder Flüssigkeiten, deren Temperatur über der Umgebungstemperatur liegt, bestehend aus zwei koaxialen, z. B. durch Abstandshalter in radialem Abstand voneinander gehaltenen Rohrschalen, die miteinander fest verbunden sind, g ekennzeichnet durch eine derartige Vorspannung der Rohrschalen (1 und 2) gegeneinander, daß die innere Rohrschale (1) auf Zug und die äußere Rohrschale (2) auf Druck beansprucht ist, wenn beide Rohrschalen die gleiche Temperatur aufweisen.
2. Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum zwischen den Rohrschalen (1 und 2) in an sich bekannter Weise mit Isoliermaterial ausgefüllt ist.
3. Rohrleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der inneren Rohrschale (1) in axialen Abständen flanschartige, die äußere Rohrschale (2) überragende Widerlagerscheiben (4) starr verbunden sind, während auf der äußeren Rohrschale in der Nähe jeder Widerlagerscheibe je ein Stützring (9) befestigt ist und die äußere Rohrschale zwischen jeder Widerlagerscheibe und dem benachbarten Stützring auf einem an die Widerlagerscheibe angrenzenden Teil ihrer Länge aus zwei eingeschweißten Rohrhalbschalen (7) zusammengesetzt ist.
4. Verfahren zur Vorspannung eines Abschnittes einer Rohrleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von zwischen eine der flanschartigen Widerlagerscheiben (4) und einem auf den benachbarten Druckring (9) aufgesetzten Druckflansch (10) eingesetzten Spannvorrichtungen, z. B. von hydraulischen Druckzylindern (11), die innere Rohrschale (1) elastisch gedehnt und die äußere Rohrschale (2) elastisch gestaucht wird und daß dann in den Zwischenraum (13) zwischen der Widerlagerscheibe und der äußeren Rohrschale die Rohrhalbschalen (7) eingepaßt und eingeschweißt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4 zur Vorspannung eines Abschnitts einer Rohrleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vorspannung bestimmende Längenänderung der Rohrschalen (1, 2) gegeneinander durch Erwärmen der Rohrinnenschale (1) und/oder Kühlen der Rohraußenschale (2) herbeigeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 698 851, 843 333, 1001555; USA: Patentschriften Nr. 2 475 635, 2 696 835.