DE1515139C

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Publication number: DE1515139C
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Transportieren einer Flüssigkeit in einer Rohrleitung unter erhöhter Temperatur, die mindestens ein Wärmeerzeugungsrohr aus ferroma'gnetischem Material enthält, welches im wesentlichen achsparal-IeI zu der. Rohrleitung angebracht ist.

Es ist schwierig, eine Flüssigkeit, die eine hohe Viskosität hat oder auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden muß, durch eine Rohrleitung an einen entfernten Platz zu transportieren. Zum Beispiel müssen solche hochviskose Flüssigkeiten, wie schweres Heizöl, durch Rohrleitungen mittels Pumpen großer Leistung und Kapazität gefördert werden, wobei sich auf Grund der zu berücksichtigenden Viskosität als schwieriges Problem die Auswahl geeigneter Pumpen ergibt. Eine bekannte Maßnahme zur Verminderung der Viskosität des Öls in solchen Fällen besteht darin, das öl während des Transportvorgangs auf einer erhöhten Temperatur zu halten. Zu diesem Zweck hat man schon die Transportleitung ao mit einer besonderen Dampfleitung versehen, wenn der Transportweg nicht sehr groß ist, wie dies beispielsweise für Rohrleitungen innerhalb einer Werkanlage zutrifft. Dieses Verfahren ist jedoch nicht geeignet, wenn die Rohrleitungen über längere Strecken geführt werden und Berge und Felder überqueren müssen.

In der Zeitschrift »Neue Pipeline-Konstruktion für schweres Heizöl«, Fachzeitschrift für angewandte Energie und allgemeine Technik, Dezember 1962, S. 433 bis 438, ist ein Verfahren beschrieben, nach welchem erhitztes Schmieröl verwendet wird, das an Stelle von Dampf in den Heiz-Spurleitungen (tracing pipes) fließt. Wenn man die kleinere spezifische Wärme des Schmieröls berücksichtigt, ist es offensichtlich, daß dieses Verfahren einerseits eine große Menge Schmieröl und andererseits Heiz-Spurrohre mit großen Abmessungen erfordert. Dieses Verfahren kann demgemäß nicht als wirtschaftlich angesehen werden. Es sind auch andere Verfahren bekannt, bei welchen die Ohmsche Wärme ausgenutzt wird, indem man etwa elektrischen Strom unmittelbar in den Transportrohren fließen läßt oder Wärmeerzeugungselemente außen auf die Transportrohre aufwickelt. Alle diese Verfahren unterliegen jedoch einem schwierigen Problem im Hinblick auf die elektrische Isolation und sind daher nicht ausreichend für Langstreckenrohrleitungen. Vor allem dann, wenn es sich_ um brennbare Flüssigkeiten handelt, ist es schwierig, diese Verfahren anzuwenden.

Bei Vorrichtungen, in denen ein elektrisch beheizbarer Graphitkörper Bohrungen oder Kanäle zum Durchleiten der Flüssigkeiten aufweist, ist es auch bekannt, mit Induktionsspulen zu heizen und den Effekt der Eindringtiefe des Wechselstroms in den Graphitkörper auszunutzen. Überlandleitungen lassen sich so nicht herstellen.

Es ist auch eine Einrichtung bekannt, bei der die Flüssigkeit zuerst ein Außenrohr in einer Richtung und anschließend ein hierzu konzentrisches Innen-. rohr in der entgegengesetzten Richtung durchläuft und beide Rohre in Hintereinanderschaltung mittels Wechselstrom erhitzt werden. Auch nach diesem Prinzip ist öl in einer Überlandleitung praktisch nicht beheizbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache Vorrichtung zum Transport von Flüssigkeiten, die bei Raum- oder Umgebungstemperatur eine hohe Viskosität haben oder auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden müssen, nach einem entfernten Ort zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wärmeerzeugungsrohr in Längsrichtung von einem gegen die Innenwand des Rohres isolierten elektrischen Leiter durchzogen ist, wobei der eine Anschluß einer Wechselstromquelle mit dem Halter am Rohranfang und der andere Anschluß der Wechselstromquelle mit dem Rohranfang selbst verbunden ist und Leiterende und Rohrende über den Anschluß miteinander elektrisch verbunden sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben; es zeigt

Fig. la einen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäß ausgebildetes heizbares Leitungsrohr,

Fig. Ib einen Schnitt durch dieses Rohr entlang, der Linie X-Y in F i g. 1 a,

F i g. 2 a einen Längsschnitt durch ein anderes erfindungsgemäß ausgebildetes Leitungsrohr,

Fig. 2b einen Schnitt durch dieses Rohr nach der Linie Af-,Y in F i g. 2 a,

F i g. 3 einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Anschluß für einen elektrischen Leiter,

F i g. 4 einen vergrößerten Querschnitt durch das Wärmeerzeugungsrohr entsprechend den Fig. 2 a und 2 b,

F i g. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Prinzips.

Nach F i g· 5 sind ein Wärmeerzeugungsrohr 2 und ein elektrischer Leiter 3 durch einen elektrischen Isolator 10 gegeneinander isoliert. Wechselstrom von einem Speisetransformator 13 fließt über einen Anschluß 12, den Leiter 3 und einen anderen Anschluß 4 nach einem Ende des Wärmeerzeugungsrohres 2. Der durch das Wärmeerzeugungsrohr 2 hindurchfließende Strom wird nach dem Speisetransformator 13, wie durch Pfeile dargestellt, mittels eines Anschlusses 11 zurückgeführt. Wenn Stahlrohre als Wärmeerzeugungsrohre verwendet werden, ist auf Grund des Hauteffekts von Wechselstrom in ferromagnetischen Substanzen die Stromdichte über den Rohrquerschnitt hinweg nicht gleichförmig verteilt, sondern konzentriert sich stark innerhalb des Innenteiles der Rohrwand und ist an deren.Außenteil praktisch Null. In diesem Fall wird im inneren Teil der Rohrwand infolge des dort konzentrierten Stromes Joulsche Wärme erzeugt und zur Außenoberfläche des Rohres geleitet, ohne daß ein merklicher Stromfluß in der Außenoberfläche auftritt. Die so zur Außenoberfläche des Rohres geführte Wärme wird zur Außenoberfläche des Transportrohres (F i g. 1 a, Ib) oder direkt zur Flüssigkeit im Transportrohr (Fig. 2a, 2b) weitergeleitet. Der Bereich, durch den der Strom fließt, wird die Eindringtiefe genannt. Wenn diese als S (cm), der Innendurchmesser des Rohres als d (cm) bezeichnet wird und d sehr viel größer ist als S, so kann S ungefähr durch folgende Formel ausgedrückt werden:

S [cm] = 50301/-^ρ—,

\ f'r-f

wobei η der charakteristische Widerstand des verwendeten Rohrmaterials (.Ocm), μ, die Permeabilität des Leiters und / die Wechselstromfrequenz in

Hertz ist. In dieser Formel ist der Wert μ_Γ abhängig von dem durch das Rohr fließenden Strom und der Temperatur des Rohres, und wenn der Strom und die Temperatur solche Werte haben, daß sie nur die Rohrleitung zum Zweck der Temperaturaufrechterhaltung heizen, liegt der Wert 5 bei etwa 1 mm·. Auch wenn 5 aus Sicherheitsgründen zu 2 bis 3 mm gewählt wird, fließt kein Strom in der äußeren Oberflächenzone des Wärmeerzeugungsrohres bei dem Stromkreis nach Fig. 5. Demnach hat bei den üblicherweise verwendeten Rohren mit Wanddicken über 2 bis 3 mm die Impedenz in bezug auf den Speisetransformator 13 nichts mit der Rohrdicke zu tun, sondern sie ist nur abhängig vom Innendurchmesser und von der Länge des Rohres. Daher ist es auf diese Weise möglich, die Rohrleitung und die in dieser befindliche Flüssigkeit zu heizen.

Nach F i g. 1 ist ein Wärmeerzeugungsrohr 2 aus ferromagnetischem Material auf die Außenfläche des Flüssigkeitstransportrohres 1 in Längsrichtung kontinuierlich oder diskontinuierlich aufgeschweißt. Der Leiter 3 tritt in das Wärmeerzeugungsrohr 2 an einem Ende 7 des Rohres ein, läuft durch das Rohr 2 hindurch und ist mit dem Wärmeerzeugungsrohr 2 an dessen anderem Ende mittels einer Verbindungsleitung verbunden, die am anderen Ende des Leiteranschlusses 4 angeschweißt oder angelötet ist. Wechselstrom aus dem nicht gezeigten Speisetransformator tritt in den Leiter 3 an einem Anschluß 12 ein, verläßt ihn über den Anschluß 4, gelangt in die Wand des Wärmeerzeugungsrohres und fließt, wie in F i g. 3 gezeigt, zum Speisetransformator zurück. Wenn der Strom fließt, erzeugt das Wärmeerzeugungsrohr . Wärme durch den Hauteffekt, durch welchen die Flüssigkeitstransportleitung und die in dieser befindliche Flüssigkeit aufgeheizt werden. Die Außenfläche des Flüssigkeitstransportrohres ist durch die Wärmeisolierschicht 6 umhüllt. Wenn die Flüssigkeitstransportrohre ' einen relativ großen Innendurchmesser haben, ist es möglich, am Umfang mehrere Sätze von Wärmeerzeugungsrohren nach der vorerwähnten Ausführung anzubringen. Es ist ebenfalls möglich, einen Dreiphasenabgleich durch Phasenkombination, in allen Abschnitten vorzusehen. Bei. der erfindungsgemäßen Rohrkonstruktion ist es zweckmäßig, das Wärmeerzeugungsrohr gleichzeitig mit dem Schweißen des Flüssigkeitstransportrohres durch Verschweißen herzustellen, den elektrischen Leiter einzubringen und den letzteren mit dem Wärmeerzeugungsrohr in jeder Rohrlängeneinheit zu verbinden und den gleichen Vorgang über die ganze Länge eines Abschnitts und schließlich aller Abschnitte zu wiederholen. Auf diese Weise kann die ganze Rohrleitung installiert werden, wobei jedoch auf Grund der vorerwähnten Konstruktion weder eine Isolation zwischen der Rohrleitung und dem Wärmeerzeugungsrohr noch ein Erdanschluß erforderlich sind.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei welcher das Wärmeerzeugungsrohr 2 im Inneren des Flüssigkeitstransportrohres angeordnet ist. Das Wärmeerzeugungsrohr durchquert das Flüssigkeitstransportrohr 1 bei 7 und ist mit diesem bei 5' luftdicht verschweißt. In geeigneten Abständen sind Tragarme 8 vorgesehen, die das Wärmeerzeugungsrohr im Inneren des Flüssigkeitstranportrohres halten. Diese Tragarme können an der Außenfläche des Wärmeerzeugungsrohres, wie bei 9 gezeigt, festgeschweißt oder durch andere geeignete Mittel festgehalten sein.

Da bei der Anordnung nach F i g. 2 die Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeerzeugungsrohr und dem Flüssigkeitstransportrohr größer ist als nach Fig. 1, sollte aus Sicherheitsgründen eine Ausgleichsmöglichkeit vorgesehen werden, indem man z. B. das Wärmeerzeugungsrohr flexibel ausbildet, so daß es relativ zum Flüssigkeitstransportrohr beim Ausdehnen oder Zusammenziehen gleiten kann. Diese Ausführung ergibt einen besseren thermischen Wirkungsgrad, da das Wärmeerzeugungsrohr im Inneren" des Flüssigkeitstransportrohres angebracht ist, sie ist jedoch ungeeignet, wenn die zu transportierende Flüssigkeit dazu neigt, eine Schichtablagerung, wie beispielsweise Kesselstein, zu bilden.

F i g. 3 zeigt die Ausbildung des Anschlußstücks des in F i g. 2 dargestellten Rohres. Die Stelle, an welcher das Wärmeerzeugungsrohr 2 die Wand des Flüssigkeitstransportrohres 1 durchdringt, erfordert keine Isolation. Es ist lediglich eine feste und unmit-

so telbare Schweißvorrichtung bei 5' notwendig. Zwischen dem Leiter 3 und dem Wärmeerzeugungsrohr 2 ist ein geeignetes Isoliermaterial 10, wie beispielsweise ein wärmebeständiges synthetisches Kunstharzrohr, eine Porzellanbuchse oder ein Porzellan-Isolier-

»5 rohr eingesetzt. Statt dessen kann auch ein asbestisolierter Leiter verwendet werden. Das Leiterende 12 durchdringt die am Ende des Wärmeerzeugungsrohres 2 angeschweißte Abschlußplatte 11, und beide können aneinander befestigt und gegeneinander isoliert sein/Elektrische Spannung von dem Speisetransformator 13 wird zwischen die Abschlußplatte und das Ende des Leiters angelegt. Die hier zur Anwendung kommende elektrische Schaltung ist in F i g. 5 gezeigt.

Es muß nicht besonders hervorgehoben werden, daß das Einfüllen von Inertgas, wie Luft, Stickstoff od. dgl., in das Innere des in den F i g. 1 bis 5 gezeigten Wärmeerzeugungsrohres für die elektrische Isolation %"orteilhaft ist; wenn man den Druck des Gases gegenüber dem atmosphärischen Druck positiv macht, so können Störungserscheinungen, wie Spalten und Löcher, im Wärmeerzeugungsrohr, die sich z. B. durch Korrosion bilden, mittels eines Gasdruckprüfapparats leicht festgestellt werden. Das Gas kann durch einen beispielsweise im Bereich des Anschlußteiles 7 vorgesehenen, nicht gezeigten Rohrzweig eingefüllt werden. ■

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Flüssigkeitstransportvorrichtung lassen sich verschiedene Vorteile erzielen. Zunächst betrifft die Erfindung eine einfach aufgebaute Vorrichtung. Zuverlässigkeit gegen Betriebsunterbrechungen und niedrige Unterhaltungskosten sind der bedeutende Faktor für Rohrleitungen, vor allem dann, wenn diese sehr lang sind, z. B. sich über Hunderte von Meilen erstrecken. Die erfindunssgemäße Vorrichtung entspricht in dieser Hinsicht allen Anforderungen. Sie kann sogar bei Rohrleitungen angewendet werden, die" in Wasser oder unter Tage zusammengebaut werden. Wenn auch die Beheizung durch elektrischen Strom ausgeführt wird, so besteht doch keine Notwendigkeit, besonders auf die Isolation und die Brennfähigkeit der zu transportierenden Flüssigkeiten zu achten.

Da die Erfindung den Öltransport verbilligt, erleichtert sie die einzuhaltenden Bedingungen zur Auswahl des Standortes für eine Werkanlage, die große Mengen Schweröl verbraucht, wie Schweröl verbrennende Dampfkraftanlagen.

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Transportieren einer Flüssigkeit in einer Rohrleitung unter erhöhter Temperatur, die mindestens ein Wärmeerzeugungsrohr aus fcrromagnetischem Material enthält, welches im wesentlichen achsparallel zu der Rohrleitung angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeerzeugungsrohr in Längsrichtung von einem gegen die Innenwand des Rohres isolierten elektrischen Leiter (3) durchzogen ist,wobei der eine Anschluß (12) einer Wechselstromquelle mit dem Leiter (3) am Rohranfang und der andere Anschluß (11) der Wechselstromquelle mit .dem Rohranfang selbst verbunden ist und Leiterende und Rohrende über den Anschluß (4) miteinander elektrisch verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen