DE2227162A1

DE2227162A1 - Insulation system for a metal pipeline for hot media

Info

Publication number: DE2227162A1
Application number: DE19722227162
Authority: DE
Inventors: Helge Valby Hoyer (Dänemark)
Original assignee: Rockwool AS
Current assignee: Rockwool AS
Priority date: 1971-06-08
Filing date: 1972-06-03
Publication date: 1972-12-28
Also published as: GB1394579A; CH558911A; DK126520B

Description

. _r - _.-.·, Köln, 3I05.1972. _r - _.-. ·, Cologne, 3I05.1972

Anmelder: " _m>Z: 2875 Applicant: "_{m> Z} : 2875

A/S Rockwool, DK-264o Hedehusene, Dänemark.A / S Rockwool, DK-264o Hedehusene, Denmark.

Isolationssystem für eine Metallrohrleitung für heisse Medien.Insulation system for a metal pipeline for hot media.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Isolationssystem für eine Metallrohrleitung für heisse Medien, insbesondere für · im Erdboden verlegte Fernheizungsleitungen, bestehend aus einem die Rohrleitung umschliessenden Mantel und einer um den Mantel ■ herum angeordneten Schicht aus Wärmeisolationsmaterial.The invention relates to an insulation system for a metal pipeline for hot media, in particular for District heating lines laid in the ground, consisting of a jacket surrounding the pipeline and one around the jacket ■ arranged around layer of thermal insulation material.

Isolationssysteme für Pernheizungsleitungen umfassen gewöhnlich eine Schicht aus wärmeisolierendem Material, die die Fernheizungsleitung gegen Wärmeverluste schützt. Das Material kann aus Schaumstoff, z. B.■Phenolschaum oder Polyurethanschaum, besteh-Include insulation systems for Pernheizungsleitung usually a layer of heat insulating material that protects the district heating pipe against heat loss. The material can made of foam, e.g. B. ■ phenolic foam or polyurethane foam,

da
en. Das Material ist hochporös, sbadcssa es 9o Volumenprozent Luft enthält.there
en. The material is highly porous, it contains 90 percent air by volume.

Bei der Isolierung von Pernheizungsleitungen aus Metall soll vermieden werden, dass Wasser aus dem umgehenden Erdboden in das wärmeisolierende Material hineindringt. Das Vorhandensein von Wasser in den Poren des Materials setzt nämlich die Wärmeisolierfähigkeit des Materials herab. In trockenem Zustand und bei den in einer Fernheizungsisolation gewöhnlich vorkommenden Temperaturen haben solche Materialien eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,05 W/m · ⁰C (Watt pro Meter pro Grad Celcius). Falls das Material eine massige Wassermenge aufnimmt, und sein Luftgehalt z.B. auf 75 Volumenprozent herabgesetzt worden ist, wird die Wärmeleitfähigkeit auf o,2 W/m · ⁰C bei 2o°C und auf 2,ο W/m ■ ⁰C bei 85⁰C erhöht. Ferner wird durch das Vorhandensein von Wasser im wärmeisolierenden Material die Metallrohrleitung einer Korrosionsgefahr ausgesetzt, wenn das Isolationsmaterial an der Aussenseite der Rohrleitung anliegt.When insulating perimeter heating lines made of metal, it should be avoided that water from the surrounding ground penetrates into the heat-insulating material. The presence of water in the pores of the material reduces the material's thermal insulation properties. In the dry state and at the temperatures usually occurring in district heating insulation, such materials have a thermal conductivity of less than 0.05 W / m · ⁰ C (watts per meter per degree Celsius). If the material absorbs a moderate amount of water and its air content has been reduced to 75 percent by volume, for example, the thermal conductivity is ^{0.2 W / m · 0} C at 20 ° C and to 2.0 ^{W / m · 0} C at 85 ⁰ C increased. Furthermore, the presence of water in the heat-insulating material exposes the metal pipeline to a risk of corrosion when the insulation material is in contact with the outside of the pipeline.

Die bisher verwendeten Wärmeisolationsmaterialien sind meistens leicht zusammendrückbar oder spröde, und es muss deshalb dafür Sorge getragen werden, dass der umgebende Erdboden das Material nicht zusammendrückt oder zerbricht, weil dadurch das Material seine Wärmeisolierfähigkeit·verliert.The thermal insulation materials used up to now are mostly easily compressible or brittle, and it must therefore care must be taken that the surrounding soil does not compress or break the material, as this would damage the material loses its thermal insulation properties.

Ein,bekanntes Isolationssystem besteht aus einemA well-known isolation system consists of one

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dränierten Betonkanal und einer Schicht Warmeisolationsmaterial, die die Metallrohrleitung umschliesst und an deren Auss.enseite anliegt. Der innere offene Querschnitt des Betonkanals ist so gross, dass zwischen der Aussenseite des Wärmeisolationsmaterials und der Innenseite des Kanals Luft vorhanden ist. Dieses Isolationssystem ist indessen sehr kostspielig.drained concrete channel and a layer of thermal insulation material, which surrounds the metal pipeline and rests on its outside. The inner open cross-section of the concrete sewer is like this large that air is present between the outside of the thermal insulation material and the inside of the duct. This isolation system however, is very expensive.

Ein anderes bekanntes Isolationssystem besteht aus einer wasserdichten und mechanisch festen Abdeckung und einer Schicht Warmeisolationsmaterial, die von der Abdeckung dicht umschlossen ist, wobei die Abdeckung wesentlich dünner als die Warmeisolationsmaterialschicht ist.Another known insulation system consists of a waterproof and mechanically strong cover and a Layer of thermal insulation material, which is tightly enclosed by the cover, the cover being much thinner than that Thermal insulation material layer is.

Es hat sich indessen in der Praxis als sehr schwierig erwiesen, eine Abdeckung zu. schaffen, die keine kleinen vereinzelten Lecke aufweist. Unter normalen Umständen, wo der Grundwasserspiegel niedriger als irgendein^ Teil ües Wärmeisolationsmaterials liegt, wird nichtsdestoweniger durch die Abdeckung zumindest gesichert, dass die inneren Teile des Materials, die hohe Temperaturen annehmen, trocken bleiben. Es kann indessen vorkommen, dass der Erdboden, in welchem die Metallrohrleitung verlegt ist, gelegentlich "überschwemmt wird, z.B. wegen unzulänglichen Abflusses bei starkem Regen. Der Erdboden'wird dadurch mit Wasser unter einem gewissen Überdruck gesättigt, und es können durch selbst ganz kleine Lecke bedeutende::Wassermassen hineingepresst werden, die durch offene kommunizierende Poren des Wärmeisolationsmaterials aufgenommen werden.However, it has proven to be very difficult in practice to fit a cover. create that no small isolated Has leaks. Under normal circumstances where the water table is lower than any part of thermal insulation material the cover at least ensures that the inner parts of the material, that accept high temperatures remain dry. However, it can happen that the ground in which the metal pipeline is relocated, is occasionally "flooded, e.g. because of inadequate Runoff in heavy rain. The earth 'becomes with it Water is saturated under a certain overpressure, and even very small leaks can cause significant masses of water to be pressed into it through open communicating pores of the thermal insulation material be included.

Ein Teil des Wassers kann in flüssigem Zustand durch die gleichen Lecke abfliessen, wenn der Grundwasserspiegel durch die natürliche Grundwasserbewegung oder durch eine geeignete Dränierung wieder auf den Normalzustand gebracht worden ist. Das hiernach im Wärmeisolationsmaterial kapillar zurückgehaltene Wasser wird indessen nur sehr langsam ausgetrocknet, weil es nur in Dampfform entweichen kann und durch die Abdeckung daran gehindert wird. Die Lecke bilden nämlich im allgemeinen nur einen unbedeutenden Diffusionsquerschnitt für den Dampf.Some of the water can flow away in a liquid state through the same leaks when the water table through the natural movement of the groundwater or by means of suitable drainage has been brought back to normal. That then capillary retained water in the thermal insulation material however, it is only dried out very slowly because it can only escape in vapor form and is prevented from doing so by the cover will. This is because the leaks generally form only an insignificant diffusion cross section for the vapor.

Ein weiteres bekanntes Isolationssystem umfasst einen die Rohrleitung umschliessenden Innenmantel, eine den Innenmantel umschliessende Schicht aus Polyurethanschaum und einen dieAnother known insulation system comprises an inner jacket surrounding the pipeline, one the inner jacket surrounding layer of polyurethane foam and a die

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Schicht aus Polyurethanschaum umschliessenden Aussenmantel. Die beiden Mantel bilden zusammen -die Aufschaumform bei der" Herstellung des Isolationss-ystems und schützen den Schaum gegen mechanische Schädigung. Nach dem Aufschäumen und Härten entsteht ein Isolationselement, das auf Teile der Metallrohrleitung eingeschoben werden kann, bevor diese in voller Länge zusammengefügt wird. * ' ■Outer jacket enclosing a layer of polyurethane foam. the The two sheaths together form the foam form in the "production" process of the insulation system and protect the foam against mechanical damage. After foaming and hardening, a Isolation element that is pushed onto parts of the metal pipeline before it is joined in full length. * '■

Die Erfindung bezweckt, ein Isolationssystem zuThe invention aims to provide an insulation system

schaffen, das eine äussere Abdeckung bzw. einen Aussenmantel überflüssig macht, und welches zulässt, dass Wasser, das entweder aus dem umgebenden Erdboden oder aus der Metallrohrleitungf in das Wärmeisolationsmaterial hinein gelangt ist, in den Zeiträumen, wo normale Verhältnisse wiederhergestellt sind' und der Grundwasserspiegel niedriger als irgendein«» Teil des Wärmeisolationsmaterials liegt, schnell vom Material abgeleitet wird. Es wird vorausgesetzt, dass die.genannten Zeiträume .den wesentlichen Teil der Lebensdauer der Metallrohrleitung .darstellen. ■create that an outer cover or an outer jacket superfluous and which allows water, either from the surrounding soil or from the metal pipeline, to flow into the Thermal insulation material got into it in the periods when normal conditions are restored 'and the water table lower than any «» part of the thermal insulation material, is quickly dissipated by the material. It is assumed that the. mentioned periods. the essential part of the Show the service life of the metal pipeline. ■

Das erfindungsgemässe Isolationssystem ist dadurch eigentümlich, dass als Wärmeisolationsmaterial ein starres Material mit einer hoh.en spezifischen Permeabilität und mit einem Wasserdampfdiffusionswiderstandsfaktor von zwischen 1 und 5 Verwendung findet ■ · The insulation system according to the invention is thereby It is peculiar that a rigid material with a high specific permeability and with a Water vapor diffusion resistance factor of between 1 and 5 is used ■ ·

Der Ausdruck "Isolationsmaterial mit einer hohen spezifischen Permeabilität" bedeutet, dass das Material eine gleiche oder höhere spez-ifische Permeabilität als der umge-The term "insulation material with a high specific permeability" means that the material has a same or higher specific permeability than the surrounding

das
bende Erdboden bzw ./Füllmaterial:hat.the
existing soil or ./filling material: hat.

Es handelvsich mit anderen Worten um ein Isolationsmaterial, das einen WasserdampfdiffusionswideJrstand aufweist, der nur 1 bis 5 mal so gross wie der von stillstehender Luft ist.In other words, it is an insulation material, which has a water vapor diffusion-wide element, which is only 1 to 5 times as large as that of still air.

Beim erfindungsgemässen Isolationssystem wird Wasser, das etwa in das Wärmeisolationsmaterial hineingedrungen ist, während der umgebende Erdboden bei einer ""Über schwemmung mit Was- ■ ser gesättigt war, sehr schnell vom Wärmeisolationsmaterial abdräniert, wenn der Grundwasserspiegel auf eine unter dem Wärmeisolationsmaterial liegenden Höhenlage herabgesunken ist. .Dies geschieht infolge der hohen spezifischen Permeabilität des Wärmeisolationsmaterials. Kommunizierende Poren des Wärmeisolationsmaterials, in welche das Wasser hineindragg, kommunizieren näm-In the insulation system according to the invention, water, which has penetrated into the thermal insulation material, while the surrounding soil is "" flooded with water water was saturated, very quickly drained away from the thermal insulation material, when the water table has dropped to an altitude below the thermal insulation material. .This happens due to the high specific permeability of the thermal insulation material. Communicating pores of the thermal insulation material, into which the water drifts communicate namely

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lieh unter normalen Verhältnissen mit Poren im umgebenden Erdboden. Die Kommunikation kann über die ganze Aussenflächer des Warmeisolationsmaterials stattfinden, indem diese mit dem umgebenden Erdboden in Berührung steht. Es kann zweckmässig sein, im Graben, worin die Metallrohrleitung mit dem Isolationssystem verlegt ist, als Füllmaterial Sand zu verwenden, anstatt die imborrowed under normal conditions with pores in the surrounding soil. Communication can take place over the entire outer surface of the Thermal insulation material take place by this with the surrounding Is in contact with the ground. It can be useful in the trench, in which the metal pipeline with the insulation system is laid to use sand as a filler instead of the im

es sich voraus aufgegrabene Erde wieder hineinzufüllen, falls <äx»©«xx;©d>ncto fill in the previously dug up earth again, if <äx »©« xx; © d> nc

um Erdreich handelt,, das ,. ,...,..... ...is about earth, that,. , ..., ..... ...

^^&&i verhältnismässig langsam dräniert wird.^^ && i is drained relatively slowly.

Es wird dann vorzugsweise Sand mit einer spezifischen Permeabilität der gleichen Grössenordnung wie die des Warmeisolationsmaterials gewählt.It is then preferably sand with a specific permeability of the same order of magnitude as that of the thermal insulation material chosen.

Zustand In vollständig wassergesättigtem ßfoo&ii. hat dasCondition In completely water-saturated ßfoo & ii. has the

Wärmeisolationsmaterial eine Wärmeleitfähigkeit der Grössenord-Thermal insulation material has a thermal conductivity of the order of magnitude

o wobeio where

nung o,5 W/m · C, xxxtexxi sie jedoch in unmittelbarer Nähe des Mantels infolge der dort herrschenden höheren Temperatur etwas höher sein kann. Im Gegensatz hierzu hat die umgebende Erde bzw. das umgebende Füllmaterial in wassergesättigtem Zustand eine Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 1,5 W/m · ⁰C. Nach Dränierung wird das Wärmeisolationsmaterial mit darin kapillar zurückgehaltenem Wasser einen Luftgehalt von z.B. 75 Volumenprozent haben, und die Wärmeleitfähigkeit ist dann auf o,2 W/m · ⁰C herabgefallen, während die Erde bzw. das Füllmaterial mit kapillar zurückgehaltenem Wasser etwa 15 Volumenprozent Luft enthält und -eine auf etwa 2,o W/m · ⁰C erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Nach dem Dränieren wird sich somit eine neue Temperaturverteilung einstellen, wo der Temperaturabfall von der Metallrohrleitung zur Erde bzw. zum Füllmaterial überwiegend über das Wärmeisolationsmaterial zu liegen kommt/. Es wird in der Richtung des Temperaturgefälles ein Gefälle der in der Luft im Isolationsmaterial enthaltenen Wasserdampfmenge hergestellt, wodurch in derselben Richtung eine Wasserdampfdiffusion erzeugt wird, bis der Wasserdampfgehalt im Wärmeisolationsmaterial der gleiche ist wie der der umgebenden Luft. Das Wärmeisolationsmaterial ist dann trocken, weil es eine höhere Temperatur als die Erde bzw. das Füllmaterial aufweist. Am Anfang der Austrocknungsphase kann in der Nähe der Aussenf lache des Warmeisolationsmaterials Wasser kondensiert werden, dieses Wasser stellt aber einen über das kapillar festgehaltene voltage 0.5 W / m · C, xxxtexxi, however, it can be somewhat higher in the immediate vicinity of the jacket due to the higher temperature prevailing there. In contrast to this, the surrounding soil or the surrounding filling material in a water-saturated state has a thermal conductivity of approximately 1.5 W / m · ⁰ C. After drainage, the thermal insulation material with capillary retained water will have an air content of, for example, 75 percent by volume, and the thermal conductivity has then fallen to 0.2 W / m · ⁰ C, while the soil or the filling material with capillary retained water contains about 15 percent by volume of air and has a thermal conductivity increased ^{to about 2.0 W / m · 0 C.} After the drainage, a new temperature distribution will be established, where the temperature drop from the metal pipeline to the ground or to the filler material mainly comes to lie via the thermal insulation material. A gradient of the amount of water vapor contained in the air in the insulation material is produced in the direction of the temperature gradient, whereby a water vapor diffusion is generated in the same direction until the water vapor content in the thermal insulation material is the same as that of the surrounding air. The thermal insulation material is then dry because it has a higher temperature than the earth or the filling material. At the beginning of the drying phase, water can be condensed near the outer surface of the thermal insulation material, but this water creates one above the capillary

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Wasser hinausgehenden Überschuss dar und wird deshalb abdräniert. Nach dem Austrocknen, für das nur ein verhältnisrnässig kleiner Teil der im'durchströmenden Heizmedium enthaltenen Wärmemenge erforderlich ist, ist die volle Isolierfähigkeit des Wärmeisolationsmaterials wiederhergestellt.Excess water and is therefore drained away. After drying out, only a relatively small amount of it small part of the amount of heat contained in the heating medium flowing through is required, the full insulation capacity of the thermal insulation material is restored.

Als ein Beispiel von Wärmeisolationsmaterialien mitAs an example of thermal insulation materials using

genannt den oben genannten Eigenschaften sei g>©86ötfa£ Mineralwolle⁷, worunter Glasswolle, Steinwolle und Schlackenwolle verstanden wird, die alle den weiteren besonderen"Vorteil haben, gegen chemischen und biologischen Abbau widerstandsfähig zu sein. Vorzugsweise wird Mineralwolle verwendet, worin die Pasern in den Punkten, wo sie sich berühren, mittels eines organischen Bindemittels aneinander gebunden sind, In den letzteren Jahren sind Bindemittel für Mineralwolle entwickelt worden, die auch nach wiederholten Wassersättigungen und Austrocknungen die Verbindungen zwischen den Fasern aufrechterhalten. Als ein Beispiel eines solchen Bindemittels sei ®α$χ&Κ3»ίχ Phenolformaldehydharz, das a-.-Aminopropyltriethoxysilan enthält ,genannt.The above-mentioned properties are called mineral wool ⁷ , which means glass wool, rock wool and slag wool, all of which have the further special advantage of being resistant to chemical and biological degradation. Mineral wool is preferably used in which the fibers in the points where they touch are bound to each other by means of an organic binder. In recent years binders for mineral wool have been developed which maintain the connections between the fibers even after repeated water saturation and drying out. An example of such a binder is ®α $ χ & Κ3 »ίχ Phenol-formaldehyde resin, which contains a -.- aminopropyltriethoxysilane, called.

Die spezifische Permeabilität von Mineralwolle liegt in der Grössenordnung 2,o-2o · Io m .The specific permeability of mineral wool is in the order of magnitude of 2, o-2o · Io m.

Der Mantel um die Metallrohrleitung kann z.B. aus einem Material mit einem sehr hohen Wasserdampfdiffusionswiderstandsfaktor bestehen. Z.B. hat Polypropylen einen Wasserdampf-, diffusionswiderstandsfaktor von etwa 5oo.ooo. Bei der Verwendung solcher Mäntel müssen längs der Metallrohrleitung Sickerbrunnen ■vorgesehen sein, die dazu dienen, wegen Undichtigkeiten der Metallrohrleitung etwa vorkommendes Wasser abzuleiten.The jacket around the metal pipeline can, for example, be made of a material with a very high water vapor diffusion resistance factor exist. For example, polypropylene has a water vapor, diffusion resistance factor of about 500,000. When using Such jackets must be provided along the metal pipeline septic wells, which serve to prevent leaks in the metal pipeline to divert any water that may occur.

Falls ein Mantel mit wesentlich kleinerem Wasserdampf diffusionswiderstandsfaktor z.B. bestehend aus Asbestzement, das einen Wasserdiffusionswiderstandsfaktor von etwa βο aufweist, verwendet wird, kann Feuchtigkeit, die im Zwischenraum zwischen der Metallrohrleitung und dem Mantel vorhanden ist, unternormalen Verhältnissen in Dampfform durch den Mantel und weit.er durch ■ das Wärmeisolationsmaterial hindurch diffundieren, um danach im umgebenden Erdboden kondensiert zu werden. Entscheidend für diese Diffusion ist die hohe Temperatur, die im Zwischenraum zwischen der MetallrohrJeitung und der Innenwand des Mantels herrsct. . 2» einer be¥Ox¹zugten Ausführungsform des erfindungs-If a jacket with a significantly lower water vapor diffusion resistance factor , e.g. consisting of asbestos cement, which has a water diffusion resistance factor of approximately βο, is used, moisture that is present in the space between the metal pipeline and the jacket can pass through the jacket and far below normal conditions in vapor form ■ diffuse through the thermal insulation material in order to then be condensed in the surrounding soil. The decisive factor for this diffusion is the high temperature that prevails in the space between the metal pipe and the inner wall of the jacket. . 2 »a be ¥ ¹ Ox ferred embodiment of Inventions

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gemässen Isolationssystem sind an der Metallrohrleitung Abstandshalter befestigt, die mit der Rohrleitung metallisch verbunden sind und die Metallrohrleitung in Abstand von der Innenwand des Mantels halten. Das Vorhandensein solcher Abstandshalter sichert, dass die Korrosion, die gegebenenfalls durch Feuchtigkeit innerhalb des Mantels verursacht wird, auf diejenigen Bereiche konzentriert wird, wo die Abstandshalter an der^Innenwand des Mantels anliegen, so dass an der Metallrohrleitung selbst keine Korrosion vorkommt. Eine- Korrosion der Abstandshalter ist weniger schädlich als eine Korrosion der Metallrohrleitung selbst. Die Abstandshalter bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie die Metallrohrleitun'g und sind vorzugsweise durch Schweissen an dieser befestigt.According to the insulation system, there are spacers on the metal pipeline attached, which are metallically connected to the pipeline and the metal pipeline at a distance from the inner wall of the Hold coat. The presence of such spacers ensures that there is no corrosion that may be caused by moisture within of the mantle is concentrated on those areas where the spacers on the ^ inner wall of the mantle so that no corrosion occurs on the metal pipeline itself. Corrosion of the spacers is less harmful than corrosion of the metal pipeline itself. The spacers are preferably made of the same metal as the metal pipeline and are preferably attached to this by welding.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist auf der Zeichnung veranschaulicht, die einen Querschnitt durch das Isolationssystem zeigt. An embodiment of the invention is illustrated in the drawing, which shows a cross section through the insulation system.

Auf der Zeichnung bezeichnet 1 heisses Wasser, das in einer Fernheizungsleitung 2 aus Stahl geleitet wird. An der Fernheizungsleitung 2 sind durch Schweissen Abstandshalter 3 befestigt, bestehend aus etwa 5 cm langen Rundeisenstücken, die mit einem gegenseitigen Abstand von etwa 1 m angebracht sind. Das Isolationssystem umfasst ferner einen Mantel 4 in Form eines Polypropylenrohres, das von einer auf der Aussenseite des Mantels angebrachten Schicht 5 aus Mineralwolle umschlossen wird.In the drawing, 1 denotes hot water, which is fed into a district heating pipe 2 made of steel. Spacers 3 are attached to the district heating line 2 by welding, consisting of round iron pieces about 5 cm long, which are attached at a mutual distance of about 1 m. The insulation system further comprises a jacket 4 in the form of a polypropylene pipe, which is enclosed by a layer 5 of mineral wool attached to the outside of the jacket.

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Claims

Patent claims:

1. Insulation system for a metal pipe for hot media, consisting of a pipe that surrounds the pipe Jacket and a layer of thermal insulation material arranged around the jacket, characterized in that that als.Wärmeisolationsmaterial a rigid material with a high specific permeability and with a water vapor diff ~ Fusion resistance factor of between 1 and 5 is used.

2. Insulation system according to claim I ₃ characterized ge ^ indicates that the thermal insulation material is mineral wool.

3 · Insulation system according to claim 1, characterized * that spacers on the metal pipeline - are attached, which are connected to the pipeline by metal and keep the metal piping at a distance from the inner wall of the jacket.

4. Isolation system according to claim 3 »characterized in that the spacers are made of the same Metal like that. Pipeline exist.

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