DE2063231A1

DE2063231A1 - Verfahren zum Ausgleich der Temperatur einer elektrisch geheizten Rohrleitung

Info

Publication number: DE2063231A1
Application number: DE19702063231
Authority: DE
Inventors: Masao Yokohama Kanagawa Hon Masao Hino Tokio Ando (Japan) P
Original assignee: Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp
Priority date: 1969-12-27
Filing date: 1970-12-22
Publication date: 1971-07-08
Also published as: US3678243A; DE2063231B2; DE2063231C3; CA933435A

Description

Chisso Corporation, Osaka, Japan

Verfahren zum Ausgleich der Temperatur einer elektrisch geheizten Rohrleitung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der örtlichen Temperaturänderungen in einer bei einer erhöhten Temperatur zu haltenden Rohrleitung auf ein Minimum, und insbesondere ein Verfahren zum Befördern eines Strömungsmediums durch eine Rohrleitung mit elektrischen Heizeinrichtungen längs der Rohrleitung unter Halten des Strömungsmediums bei einer erhöhten Temperatur.

Es ist bekannt und weitgehend verwendete Praxis, eine Rohrleitung durch elektrische Heizung zu heizen und bei einer erhöhten Temperatur zu halten, wenn eine Flüssigkeit hoher Viskosität bei Umgebungstemperatur oder eine Flüssigkeit, welche sich bei Umgebungstemperatur verfestigt, unter Verringerung der Viskosität oder Verhinderung der Verfestigung durch Heizen durch eine Rohrleitung befördert wird, oder wenn ein durch eine Rohrleitung be-

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fördertes Gas bei einer erhöhten Temperatur gehalten werden soll. Einer der Vorteile des Haltens der Temperatur durch elektrisches Heizen gegenüber anderen Heizarten, z.B. mit mitlaufenden Dampf- oder Wasserrohren, ist die einfache Steuerung der Temperatur, d.h. das genaue Halten der Heiztemperatur auf Kosten der Fähigkeit, die in Längsrichtung der Rohrleitung erzeugte Wärme auszugleichen. Selbst wenn jedoch die erzeugte Wärme gleichmäßig gehalten werden könnte, kann die Temperatur in Längsrichtung der Rohrleitung nicht ausgeglichen werden, wenn die Isolierung nicht gleichmäßig ist. Bei der Rohrleitung bereitet es beträchtliche Schwierigkeiten, die Isolierung in Längsrichtung gleichmäßig zu machen,und es ist nicht leicht, die Änderungen in den WärmeVerlusten, welche gewöhnlich örtlich im Bereich von Längen kleiner als einige Meter der Rohrleitung auftreten, gesteuert in einem Bereich von +10$ zu halten. Da die Rohrleitung weiter Säulen oder Befestigungsstützen an entsprechenden Stellen aufweisen muß, sind die Wärmeverluste von diesen Teilen natuigpmäß größer als in anderen Teilen, was zu einer Ungleichmäßigkeit der Temperatur führt.

Wenn ein Strömungsmedium befördert wird, führen solche Gründe für eine Ungleichmäßigkeit der Temperatur infolge der temperaturausgleichenden Wirkung d?s beförderten Strömungsmediums zunächst zu keinen Schwierigkeiten. Sie führen jedoch zu Schwierigkeiten, wenn die Menge des zu befördernden Strömungsmediums sehr klein ist, wenn die Beförderung des Strömungsmediums angehalten wird, oder wenn die Rohrleitung einen kleinen Durchmesser und eine größe Länge hat. In solchen Fällen wird fast immer eine elektrische Heizung erforderlich. Dann ist jedoch die temperaturausgleichende Wirkung des durch die Rohrleitung beförderten Strömungsmediums ungenügend oder kaum zu erhalten, und so tritt infolge ungleichmäßiger Isolierung und ungleichmäßiger Wärmeverluste wie oben erwähnt, eine Temperaturänderung in Längsrichtung der Rohrleitung auf.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verringerung von Temperaturänderungen, welche in einer elektrisch geheizten Rohrleitung auftreten, zu schaffen.

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Dieses Ziel wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß längs der Rohrleitung mindestens ein von der Beförderung des Strömungsmediums durch die Rohrleitung unabhängiges Hilfsrohr angeordnet wird, und daß durch dieses' mindestens ein Hilfsrohr ein Strömungsmedium zum Ausgleichen der Temperatur der Rohrleitung in deren Längsrichtung geschickt wird.

Als Beispiel für das genannte, bei erhöhter Temperatur zu befördernde Strömungsmedium werden Schweröl, Rohöl, Schwefel, Phthalsäureanhydrid, mit Wasserdampf gesättigtes Chlorgas usw. genannt.

Für das Strömungsmedium, welches durch das Hilfsrohr geschickt werden soll, wird vorzugsweise ein Strömungsmedium mit einem großen Wärmeübertragungskoeffizienten relativ zur Wandung des Hilfsrohres verwendet, und nach diesem Gesichtspunkt ist eine Flüssigkeit zweckmäßiger als Gas. Solche Flüssigkeiten sind z.B. Wasser, eine eutektische Mischung aus Biphenyl und Diphenyläther mit einem Gewichtsverhältnis 1:3, eine eutektische Mischung aus Biphenyl und Naphthalin mit einem Gewichtsverhältnis von 85:15, 0-Dichlorbenzol, chloriertes Diphenyl, chloriertes Triphenyl, eine Mischung aus chloriertem Diphenyl und chloriertem Triphenyi usw.

Für das Verfahren zum Schicken von Strömungsmedium durch das Hilfsrohr können zwei oder mehr Hilfsrohre entlang einer Rohrleitung in Längsrichtung und in zwei Sätze getrennt angeordnet sein, von denen ein Satz als Hilfsführungsrohre und der andere Satz als Rückführungsrohre verwendet wird, wobei das Strömungsmedium zum Zirkulieren durch diese Rohre gebracht wird. Für ein alternatives Verfahren ist ein Satz von Hilfsrohren in Längsrichtung entlang einer Rohrleitung angeordnet, und mit Pumpen und Tanks an beiden Seiten der Hilfsrohre versehen, und ein Strömungsmedium wird durch einen solchenSatz Hilfsrohre abwechselnd hin- und herbewegt.

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Die oben erwähnten elektrischen Heizeinrichtungen umfassen wärmeerzeugende Rohre unter Verwendung von elektrischen Strömen aufgrund des Skineffekts, wie sie in den US-Patentschriften 3 293 407 und 3 515 837 beschrieben sind, mit Butylgummi isolierte vinylüberzogene Kabel, mineralisolierte, metaTlüberzogene Kabel, und weiter eine Einrichtung zum Heizen durch direktes Durchschicken eines elektrischen Stromes durch das oben erwähnte Transportrohr für Strömungsmedium.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektrisch zu heizenden Rohrleitung, bei welcher eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 charakteristische Temperaturkurven in Längsrichtung einer Rohrleitung,

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer elektrisch zu heizenden Rohrleitung, bei welcher eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, und

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Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die oben erwähnten Hilfsrohre in zwei Sätze getrennt sind. Ein Satz besteht aus Hilfsrohren, durch welche einStrömungsmedium geschickt wird, während der andere Satz aus solchen besteht, durch welche das Strömungsmedium zurückgeführt wird, und das Strömungsmedium wird zum Zirkulieren durch diese Hilfsrohre gebracht. In Fig. 1 ist ein elektrischer Heizkörper 1 gezeigt, welcher gewöhnlich längs eines Transportrohres 2 für Strömungsmedium angeordnet ist, um längs der gesamten Länge des

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Transportrohres 2 gleichmäßig Wärme zu erzeugen. Weiter kann an solchen Teilen wie Säulen, Befestigungsstützen, Ventilen usw. an der Rohrleitung, welche nicht gezeigt sind, die Wärmeerzeugung örtlich entsprechend den jeweils auftretenden Wärmeverlusten eingestellt werden. Die Bezugsziffer 9 zeigt eine elektrische Energiequelle, von welcher Spannung und Strom entsprechend den Heizerfordernissen des Heizkörpers 1 abgegeben werden. Die Steuerung der Temperatur der Rohrleitung wird durch öffnen oder Schließen eines Schalters 11 durch ein Temperatursteuergerät 10 oder durch Einstellung der Spannung der Energiequelle durchgeführt. Mit der Bezugsziffer 7 ist eine Pumpe zum Fördern des Strömungsmediums und mit 8 ein Tank zur Aufnahme des geförderten Strömungsmediums gezeigt. Die Bezugsziffern 3 und 4 zeigen Hilfsrohre. DieBezugsziffer 5 zeigt eine Pumpe. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine Ausführungsform, bei welcher sowohl die Hilfsrohre als auch der elektrische Heizkörper 1 entlang des Transportrohres 2 für Strömungsmedium angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind die Hilfsrohre 3 und 4 auf der Außenseite des Transportröhres 2 für Strömungsmedium angeordnet, sie können jedoch auch innerhalb abs Transportrohres angeorndet werden. Die Bezugsziffer 6 zeigt eine wärmeisolierende Schicht, welche in Fig. 1 weggelassen ist.

Das durch die Hilfsrohre 3 und 4 strömende Strömungsmedium führt der Rohrleitung über die Hilfsrohre 3 und 4 in Bereichen geringerer Temperatur der Rohrleitung Wärme zu und nimmt In Bereichen höherer Temperatur Wärme von cfer Rohrleitung durch die Hilfsrohre auf. Weiter kann die Temperatur durch Vergrößern oder Verringern der durch die Hilfsrohre 3 und 4 fließenden Menge anStrömungsmedlum in gewünschtem Maße ausgeglichen werden. Ein solcher Zusammenhang ist in Fig· > gezeigt. In dieser Fig. ist als Ordinate die Temperatur θ eines Transportrohres für Strömungsmedium und als Abszisse die Entfernung 1 in Längsrichtung dsr Rohrleitung aufgetragen. Die Kurve 12 zeigt die Temperaturverteilung des zu befördernden Strömungsmediums in Längsrichtung des Transportbandes 2 zu einem Zeitpunkt, an welchem die Beförderung angehalten wird. In einem solchen Fall ist es möglich, die Temperatur des Strömungsmediums in dem Transportrohr 2, wie sie durch die Kurve 13 dargestellt wird, durch

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Fördern von Strömungsmedium durch die Hilfsrohre j? und 4 auszugleichen. Zu diesem Zweck wird das zirkulierende Strömungsmedium so eingestellt, daß der Mittelwert der Temperaturen der Kurve 13 nahezu gleich derjenigen der Kurve 12 ist, außer wenn das Strömungsmedium durch die Hilfsrohre 3 und 4 zu strömen beginnt. Offensichtlich führt die ungleichmäßige Temperaturverteilung dazu, daß die Temperatur des zirkulierendenStrömungsmediums auf eine wesentlich höhere oder niedrigere Temperatur als erwünscht angehoben wird. Mit anderen Worten wird das zirkulierende Strömungsmedium auf eine vernünftige Temperatur aufgeheizt, welche genügt, um es als wärmeübertragendes Medium in den Hilfsrohren wirken zu lassen, so daß es automatisch entweder als Wärmequelle oder Wärme aufnahme mjit el entsprechend den Temperaturhöhen der Rohrleitung entlang deren Gesamtlänge arbeitet.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei welcher ein Satz von Hilfsrohren mit Pumpen und Tanks an beiden Enden der Hilfsrohre ausgerüstet ist und ein Strömungsmedium abwechselnd durch den Satz von Hilfsrohren hin- und her bewegt wird. In Fig. 4 bezeichnen die Bezugsziffern 1, 2, J, 8, 9» 10 und 11 gleiche Teile wie in Fig. 1. Die Bezugsziffer 14 zeigt ein Hilfsrohr,welches zum besseren Verständnis an der Außenseite des Transportrohres 2 angeordnet gezeigt ist, jedoch wie in Fig. 5 gezeigt, auch innerhalb des Transportrohres 2 angeordnet sein kann. Mit 15 und 15' sind Pumpen an beiden Enden des Plilfsrohres bezeichnet, und 16 und 16' zeigen Tanks zum Speichern des durch das Hilfsrohr zu schickenden Strömungsmediums .

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher sowohl ein Hilfsrohr als auch ein elektrischer Heizkörper 1 entlang eines Transportrohres 2 für Strömungsmedium angeordnet sind. In dieser Ausführungsform ist das Hilfsrohr innerhalb eines Transportrohres für Strömungsmedium angeordnet, kann jedoch selbstverständlich auch außerhalb des Transportrohres angeordnet sein. Die Bezugsziffer 6 in Flg. 5 zeigt eine wärmeisolierende Schicht, welche in Fig. 4 weggelassen ist.

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Unter der Annahme, daß ein Strömungsmedium zum Ausgleich der Temperatur einer Rohrleitung in Längsrichtung zunächst in den Tank l6 gefüllt ist, wird das Strömungsmedium mit Hilfe der Pumpe 15 durch das Hilfsrohr 14 in den Tank l6' geschickt, welcher zunächst leer ist In diesem Falle versteht es sich von selbst, daß das durch das Hilfsrohr 14 strömende Strömungsmedium durch einen in der Zeichnung nicht gezeigten Nebenschluß zum Tank I6¹ geführt wird, ohne durch die Pumpe 15' zu laufen. Wenn das Strömungsmedium aus den Tank ΐβ fast geleert und der Tank I6¹ fast auf seine volle Kapazität aufgefüllt ist. wird das Strömungsmedium dann durch Ersetzen der Pumpe 15 durch die Pumpe I5¹ von demTank l6^f zu dem Tank l6 geführt. So wird das Strömungsmedium durch das Hilfsrohr l4 hin- und herbewegt, führt der Rohrleitung in Bereichen geringerer Temperatur Wärme zu und nimmt von der Rohrleitung in Bereichen höherer Temperatur Wärme auf, um zu dem Ausgleich der Temperatur der Rohrleitung beizutragen. Die in Fig. 3 gezeigte Beziehung gilt auch für das Verfahren nach Fig. 4. Bei dem Verfahren nach Fig. 4 sollten die entsprechenden Mittelwerte "der Temperaturen Kurven 12 und IJ in Fig. 3 ebenfalls auf nahezu gleiche Größe eingestellt werden, ausgenommen beim Beginn des Strömensdes Strömungsmediums durch das Hilfsrohr l4. Zu diesem Zweck kann das durch das Hilfsrohr strömende Strömungsmedium nötigenfalls im Tank l6 oder 16' oder an einer geeigneten Stelle in deren Nachbarschaft erwärmt oder gekühlt werden.

Das in Fig. 1 gezeigte Verfahren erfordert mindestens zwei Hilfsrohre, während für das in Fig. 4 gezeigte Verfahren ein einziges Hilfsrohr ausreicht. Da jedoch bei dem in Fig. 4 gezeigten Verfahren zusätzlich die Pumpe 15^f und der Tank l6' erforderlieh sind, sollte unter Berücksichtigung der anderen Bedingungen jeweils abgewogen werden, ob das in Fig. 4 oder in Fig. 1 gezeigte Verfahren wirtschaftlicher ist.

Als nächstes sollen einige wichtige, beim Entwurf der vorliegenden Anordnung zu beachtende Punkte, welche auch die in Fig. 1 und 4 gezeigten Ausführungsformen betreffen, beschrieben werden.

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Z.B. sollte, wenn ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ungleichmäßigkeit der Wärmeverteilung in Längsrichtung der Rohrleitung 10 kcal pro Meter Rohrleitungslänge und pro Stunde (d.h. 10 kcal/m Std) verglichen mit dem Mittelwert beträgt, der Wärmeübertragungskoeffizient pro Meter Rohrleitungslänge zwischen dem Transportrohr 2 für Strömungsmedium und den Hilfsrohren 3 und 4 oder"14 5 kcal/mStd oder mehr sein, um die Ungleic· mäßigkeit der Temperatur entsprechend der Erfindung in einem Bereich von _+ 2 C zu halten. Zu diesemZweck ist es erforderlich, daß die Hilfsrohre 3 und 4 oder l4 mit dem Transportrohr 2 verschweißt sind, oder daß das Spiel zwischen den Hilfsrohren und dem Transportrohr mit einem wärmeleitenden Bindemittel gefüllt ist oder daß manchmal das Transportrohr 2 mit einem äußeren Schutzrohr zum Aufbau einer Dualstruktur versehen ist.

Wenn die durch das Transportrohr 2 und das Hilfsrohr 14 strömenden Strömungsmedien beide Flüssigkeiten sind, wird im allgemeinen Y?o der gewöhnlich durch das Transportrohr 2 zu befördernden Flüssigkeit als Menge für die durch das Hilfsrohr 14 zu-fördernde Flüssigkeit ausreichen, obwohl diese Menge entsprechend der Ungleic; mäßigkeit der thermischen Isolation schwankt. So wird es entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, ohne einen hohen Grad an Isolierung eine Substanz zu befördern, welche unter strengen Bedingungen befördert werden muß, wie z.B. Schwefel, welcher bei etwa 115 C flüsäg wird und bei etwa l60 C hochviskos ist. Zusätzlich wird als durch das Hilfsrohr zu schickendes Strömungsmedium beim Befördern einer Substanz wie Schwefel bei hoher Temperatur vorzugsweise eine Substanz wie chloriertes Diphenyl oder dgl. verwendet, welche sich bei Umgebungstemperatur nicht verfestigt und sich selbst bei höheren Temperaturen nicht verschlechtert.

Zusammengefaßt umfaßt die Erfindung mindestens ein Hilfsrohr, durch welches ein Strömungsmedium geschickt wird, und welches entlang einer Rohrleitung geführt ist, die durch elektrische Heizung geheizt und auf einer erhöhteriTemperatur gehalten werden soll, wodurch die oft auftretende Ungleichmäßigkeit der Temperatur in Längs- ■ richtung der Rohrleitung verhindert werden kann. nRiriMAI

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Claims

Patentansprüche

.,/Verfahren zum Befördern eines Strömungsmediums durch eine Rohrleitung mit elektrischen Heizeinrichtungen längs der Rohrleitung unter Halten des Strömungsmediums bei einer erhöhten Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Rohrleitung mindestens ein von der Beförderung des Strömungsmediums durch die Rohrleitung unabhängiges Hilfsrohr angeordnet wird, und daß durch dieses mindestens eine Hilfsrohr ein Strömungsmedium zum Ausgleichen der Temperatur der Rohrleitung in deren Längsrichtung geschickt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch das mindestens eine Hilfsrohr geschickte Strömungsmedium eine Flüssigkeit ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Hilfsrohr in zwei Sätze aufgeteilt ist, von denen ein Satz aus mindestens einem Hilfsrohr besteht, durch welches ein Strömungsmedium in einer Richtung geschickt wird, während der andere Satz aus mindestens einem Hilfsrohr besteht, durch welches das Strömungsmedium zurückgeführt wird, und daß das Strömungsmedium durch die beiden Sätze von Hilfsrohren zum Zirkulieren gebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das durch das mindestens eine Hilfsrohr geschickte Strömungsmedium eine Flüssigkeit ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Hilfsrohr ein mit Pumpen und Tanks an beiden Enden versehener Satz ist, und daß ein Strömungsmedium durch den einen Satz des Hilfsrohrs hin- und herbewegt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzei ohne t, daß das durch den einen Satz des Hilfsrohrs hin- und herbewegte Strömungsmedium eine Flüssigkeit ist.

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