DE19837317C1 - Stahlmantelrohrleitungssystem zur unterirdischen Übertragung von Fernwärme - Google Patents

Abstract

Stahlmantelrohrleitungssystem zur unterirdischen Übertragung von Fernwärme mit einem ein Wärmemedium transportierendes Innenrohr, welches mit einer ringförmigen Isolierung und einem äußeren mit einem Korrosionsschutz versehenen Mantelrohr umgeben ist. Das Innenrohr ist über mindestens einen eine Mantelrohrscheibe umfassenden isolierten Festpunkt mit dem Mantelrohr verbunden. Es wird vorgeschlagen, daß das Mantelrohr im Bereich der Mantelrohrscheibe nach Art einer Hülse von einem Rohrstück umgeben ist, welches an seinen Enden über Reduzierteile fest mit dem Mantelrohr verbunden ist, so daß zwischen dem Rohrstück und dem Mantelrohr ein geschlossener Ringraum gebildet ist, der mit einem Isoliermaterial verfüllt ist. Ebenso wie das Mantelrohr sind das Rohrstück und die Reduzierteile auf ihren Außenflächen mit dem Korrosionsschutz versehen. Das Isoliermaterial in dem geschlossenen Ringraum begrenzt den Wärmeübergang im Bereich des Festpunktes, so daß das Stahlrohrleitungssystem auch mit sehr hohen Betriebstemperaturen einsatzfähig ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stahlmantelrohrleitungssystem zur unterirdischen Übertragung von Fernwärme gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Stahlmantelrohrleitungssysteme werden bereits seit langem verwendet, um Fernwärme durch im Erdreich verlegte Rohre zu transportieren. Dabei kommen Fernwärmewasser oder Fernwärme­ dampf oder andere temperierte Wärmemedien zum Einsatz, die in einem Innenrohr geführt sind.

Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei der Übertragung von Fernwärme zu erzielen, muß eine Abkühlung des Wärmemediums möglichst verhindert werden, und zu diesem Zweck ist das In­ nenrohr mit einer ringförmigen Isolierung umgeben. Außerdem werden das Innenrohr sowie die ringförmige Isolierung noch von einem Mantelrohr umhüllt, welches als äußeres Schutzrohr dient.

Das Mantelrohr kommt direkt mit dem Erdreich in Verbindung, und um einen Schutz gegen Korrosion zu gewährleisten, ist das Mantelrohr auf seiner Außenfläche mit einem Korrosionsschutz versehen, welcher durch eine Schicht aus Bitumen oder PE (Po­ lyethylen) gebildet werden kann.

Die Stahlmantelrohrleitungssysteme erstrecken sich in der Re­ gel über sehr große Entfernungen. Aufgrund der physikalischen Tatsache, daß sich Stahlrohre bei Erwärmung ausdehnen, sind in festgelegten Abständen sogenannte Festpunkte vorgesehen. Über diese isolierten Festpunkte wird das das heiße Wärmeme­ dium führende Innenrohr mit dem Mantelrohr verbunden. Somit wird durch den Festpunkt ein Bezugspunkt geschaffen, der dem Innenrohr die Richtung vorgibt, in welche es sich bei Erwär­ mung ausdehnen kann.

Die konstruktive Ausgestaltung eines Festpunktes muß zwei Forderungen erfüllen. Zum einen soll der Festpunkt große Kräfte aufnehmen, und zum anderen soll der Wärmeübergang bzw. der Wärmeverlust vom Innenrohr zum Mantelrohr möglichst ge­ ring sein.

Ein solcher isolierter Festpunkt umfaßt zwei im Abstand von­ einander angeordnete Innenrohrscheiben, die mit dem Innenrohr verschweißt sind, und die nicht mit dem Mantelrohr in Verbin­ dung stehen. Mittig zwischen den beiden Innenrohrscheiben be­ findet sich eine Mantelrohrscheibe, die mit dem Mantelrohr verschweißt ist und nicht mit dem Innenrohr in Verbindung steht. Die beiden Zwischenräume zwischen den Innenrohrschei­ ben und der mittigen Mantelrohrscheibe sind jeweils mit einem Isolierpaket ausgefüllt, welches durch aneinandergepreßte Isolierringe gebildet werden kann. Der Wärmeübergang von dem heißen Innenrohr zum äußeren Mantelrohr erfolgt also über die beiden Innenrohrscheiben, die Isolierpakete und die mittige Mantelrohrscheibe.

Ein solcher isolierter Festpunkt erfüllt in der Praxis seine Funktionen durchaus zufriedenstellend, sofern die Betrieb­ stemperaturen bzw. die Temperaturen des Wärmemediums im In­ nenrohr bis 200°C reichen. Der Wärmeübergang vom Innenrohr zum Außenrohr über die Mantelrohrscheibe ist dann so gering, daß am Außenrohr im Bereich der Mantelrohrscheibe Temperatu­ ren von etwa 30°C-40°C auftreten. Diese Temperatur des Mantelrohres ist gerade noch so gering, daß die Korrosions­ schutzschicht auf der Außenfläche des Mantelrohres, also Bi­ tumen oder PE nicht schmilzt.

Es besteht allerdings in zunehmendem Maße die Forderung nach höheren Betriebstemperaturen über 200°C. Beispielsweise ist man bestrebt, ein Wärmemedium mit einer Temperatur von bis zu 400°C zu verwenden. In solchen Fällen kann die Temperatur des Mantelrohres im Bereich des isolierten Festpunktes deut­ lich ansteigen. Dabei ergibt sich der Nachteil, daß die Kor­ rosionsschutzschicht zum schmelzen kommt und der Korrosions­ schutz des Mantelrohres im Bereich der Mantelrohrscheibe nicht mehr gewährleistet ist.

Hier greift die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, ein Stahlmantelrohrleitungssystem zur unterirdischen Übertragung von Fernwärme gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 zu schaffen, welches mit wirtschaftlichen Maßnahmen einen zuverlässigen Betrieb auch bei sehr hohen Betriebstem­ peraturen des Wärmemediums ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Bei der Erfindung ist vorgesehen, daß das Mantelrohr im Be­ reich der Mantelrohrscheibe nach Art einer Hülse von einem zusätzlichen Rohrstück umgeben ist, welches an seinen beiden äußeren Enden fest mit dem Mantelrohr verbunden ist, so daß zwischen dem Rohrstück und dem Mantelrohr ein geschlossener Ringraum gebildet wird. Dieser Ringraum ist mit einem Wärme- Isoliermaterial verfüllt, und das zusätzliche Rohrstück ist ebenso wie das Mantelrohr auf seiner Außenfläche mit einem Korrosionsschutz versehen.

Durch die beschriebenen Merkmale wird im Bereich des Fest­ punktes bzw. im Bereich der Mantelrohrscheibe eine zusätzli­ che Wärmeisolierung geschaffen. Zwar ist die Temperatur des Mantelrohres selbst im unmittelbaren Bereich der Mantelrohr­ scheibe bei hohen Betriebstemperaturen nach wie vor so groß, daß die Korrosionsschutzschicht schmelzen würde, jedoch tritt bei der Erfindung im Bereich der Mantelrohrscheibe praktisch das zusätzliche Rohrstück an die Stelle des Mantelrohres, und durch den mit dem Isoliermaterial verfüllten Ringraum wird erreicht, daß die Temperatur des mit dem Korrosionsschutz versehenen und mit dem Erdreich in Verbindung kommenden zu­ sätzlichen Rohrstückes so gering ist und bei nur etwa 30°C liegt, daß der Korrosionsschutz nicht gefährdet ist.

Somit kann das neuartige Stahlmantelrohrleitungssystem auch für hohe Betriebstemperaturen weit über 200°C eingesetzt werden, wobei ein weiterer Vorteil darin liegt, daß der iso­ lierte und bereits vorhandene Festpunkt selbst hinsichtlich seiner konstruktiven Ausgestaltung nicht verändert zu werden braucht. Man kann also nach wie vor auf die bekannten Stahl­ rohrleitungssysteme zurückgreifen, und es ist lediglich er­ forderlich, im Bereich der isolierten Festpunkte das zusätz­ liche Rohrstück vorzusehen, wodurch sich ein entscheidender wirtschaftlicher Vorteil sowie ein Vorteil in Bezug auf die Betriebssicherheit ergibt.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Isoliermaterial durch PUR-Schaum gebildet, und das Rohrstück besitzt eine verschließare Einfüllöffnung für das Isolierma­ terial.

Nachdem das zusätzliche Rohrstück über das Mantelrohr gescho­ ben und mit diesem zur Bildung des geschlossenen Ringraumes verschweißt ist, kann der PUR-Schaum über die Einfüllöffnung eingefüllt und anschließend die Einfüllöffnung verschlossen werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

In der Zeichnung ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stahlmantelrohrleitungssystems 10 im Bereich eines iso­ lierten Festpunktes 36 gezeigt. Das Stahlrohrleitungssystem 10 umfaßt ein Innenrohr 12 zum Transport eines Wärmemediums. An das Innenrohr 12 schließt sich eine ringförmige Isolierung 14 an. Die ringförmige Isolierung 14 ist unter Bildung eines Abstandes von einem Mantelrohr 16 umgeben. Der Ringraum 18, der durch den Spalt zwischen dem Innenrohr 12 und dem Mantel­ rohr 16 gebildet ist, wird unter Vakuum gesetzt und dient so­ mit einer weiteren Wärmeisolierung, um den Wärmeübergang von dem heißen Innenrohr 12 zum Mantelrohr 16 gering zu halten.

Das Stahlmantelrohrleitungssystem 10 besitzt mindestens einen isolierten Festpunkt 36, welcher durch zwei im Abstand von­ einander angeordnete Innenrohrscheiben 20 und einer dazwi­ schen befindliche Mantelrohrscheibe 24 gebildet ist. Die bei­ den Innenrohrscheiben 20 sind mit dem Innenrohr 12 ver­ scheißt, und der äußere Durchmesser der Innenrohrscheiben 20 ist so bemessen, daß sie ausschließlich im Bereich der Iso­ lierung 14 angeordnet und nicht mit dem Mantelrohr 16 verbun­ den sind. Demgegenüber ist die mittlere Mantelrohrscheibe 24 mit dem Mantelrohr 16 verschweißt, und der Innendurchmesser der Mantelrohrscheibe 24 ist so gewählt, daß sie das Innen­ rohr 12 nicht berührt.

Die beiden Zwischenräume zwischen der Mantelrohrscheibe 24 und den Innenrohrscheiben 20 sind mit Isolierpaketen 22 aus­ gefüllt, die sich im Bereich der ringförmigen Isolierung 14 erstrecken und im Abstand vom Innenrohr 12 angeordnet sind.

Um das Vakuum innerhalb des Ringraumes 18 durch Nachevakuie­ rung von einem Punkt der Leistung aus aufrechterhalten zu können, befindet sich in der Mantelrohrscheibe 24 eine schlitzförmige Öffnung 28, so daß das Vakuum über die gesamte Länge trotz mehrerer Festpunkte 36 gewährleistet ist.

Im Bereich der Mantelrohrscheibe 24 bzw. im Bereich des Fest­ punktes 36 ist das Mantelrohr 16 von einem Rohrstück 30 umge­ ben, welches an seinen beiden äußeren Enden über Reduziertei­ le 38 mit dem Mantelrohr 16 verschweißt ist. Durch dieses übergeschobene Rohrstück 30 wird zwischen dem Mantelrohr 16 und dem Rohrstück 30 eine Kammer gebildet, die mit einem PUR- Schaum 34 als Isoliermaterial verfüllt ist. Um das Verfüllen der Kammer mit dem PUR-Schaum 34 zu ermöglichen, besitzt das Rohrstück 30 eine Einfüllöffnung 32, die sich dauerhaft ver­ schließen läßt.

Das Mantelrohr 16 und das Rohrstück 30 mit den Reduzierteilen 38 sind mit einem Korrosionsschutz 26 auf ihren Außenflächen versehen, wobei dieser Korrosionsschutz 26 durchgehend ist, und sich im Bereich des Festpunktes auf der Außenfläche des Rohrstückes erstreckt.

Die Länge des Rohrstückes 30 sowie die Größe der mit dem PUR- Schaum 34 gefüllten Kammer werden so gewählt, daß die Tempe­ ratur sowohl des Mantelrohres 16 als auch des Rohrstückes 30 im Bereich des Korrosionsschutzes 26 unterhalb der zulässigen Temperatur des für den Korrosionsschutz verwendeten Materials liegt (vgl. DIN 30670 bzw. 30673), so daß der Korrosions­ schutz im Bereich des Festpunktes 36 auch dann gewährleistet ist, wenn die Betriebstemperatur des Stahlmantelrohrleitungs­ systems 10 über 200°C liegt.

Claims (5)

1. Stahlmantelrohrleitungssystem (10) zur unterirdischen Übertragung von Fernwärme, mit einem ein Wärmemedium führendes Innenrohr (12), welches mit einer ringförmigen Isolierung (14) umgeben ist, und mit einem das Innenrohr (12) und die ringförmige Isolierung (14) umhüllenden Mantelrohr (16), welches auf seiner Außenfläche mit ei­ nem Korrosionsschutz (26) versehen ist, wobei das Innen­ rohr (12) über mindestens einen isolierten Festpunkt (36) mit dem Mantelrohr (16) verbunden ist, welcher Festpunkt (36) eine mit dem Mantelrohr (16) verbundene Mantelrohrscheibe (24) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (16) im Bereich der Mantelrohrscheibe (24) nach Art einer Hülse von einem Rohrstück (30) umge­ ben ist, welches an seinen Enden fest mit dem Mantelrohr (16) verbunden ist, so daß zwischen dem Rohrstück (30) und dem Mantelrohr (16) ein geschlossener Ringraum ge­ bildet ist, daß der Ringraum mit einem Isoliermaterial (34) verfüllt ist, und daß das Rohrstück (30) ebenso wie das Mantelrohr (16) auf seiner Außenfläche einen Korro­ sionsschutz (26) besitzt.

2. Stahlmantelrohrleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (30) an seinen Enden über Reduzierteile (38) mit dem Mantelrohr (16) verbunden ist.

3. Stahlmantelrohrleitungssystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial (34) durch PUR-Schaum gebildet ist.

4. Stahlmantelrohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 4 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (30) eine verschließbare Einfüllöffnung (32) für das Isoliermaterial (34) besitzt.

5. Stahlmantelrohrleitungssystem nach einem der vorherge­ henden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr­ stück (30) mit dem Mantelrohr (16) über die Reduzierteile (38) verschweißt ist.