DE2333933A1 - Tieftemperaturisoliermantel - Google Patents
TieftemperaturisoliermantelInfo
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Description
Midweseo-Enterprise, Inc. 256/16
Tiefteraperaturisoliermantel
Die Erfindung betrifft einen Tieftemperaturisoliermantel
für eine Rohrleitung, in der Flüssigkeit von tiefer temperatur fließt und eine Erwärmung der Flüssigkeit weitestgehend
unterbunden werden soll.
Es ist bekannt, daß man Gase, wie beispielsweise Erdgas, bei tiefen Temperaturen (in der Gegend -155 C )
verflüssigen kann, wodurch ein wirtschaftlicher Transport des Gases ermöglicht wird, indem man die Flüssigkeit durch
eine Rohrleitung pumpt, um das Gas flüssig zu halten, muß
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■seine Erwärmung möglichst unterbunden werden. Es ist naheliegend,
die Rohrleitungen mit isolierenden Umhüllungen zu umgehen, und solche Umhüllungen sind auch theoretisch vorgeschlagen
worden. Wegen der ungewöhnlich tiefen Temperaturen hat sich doch die Umsetzung der Theorie in die Eat
ale sehr schwierig und aufwendig erwiesen.
Zur Tieftemperaturisolierung von .Rohrleitungen
werden a.Zt. zwei verschiedene Isolierungen verwendet, nämlich Polyurethanschaum und Umhüllungen nach Art von
Thermosflaschen. Polyurethanschaum hat einen relativ
hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, so daß die Innenfläche der Umhüllung, die ar der .Rohrleitung anliegt und
auch als die kalte Fläche des Isolators bezeichnet wird, sich stärker zusammenzieht als die Außenfläche der Umhüllung.
Dieser Unterschied in der Zusammenziehung des Polyurethanschaums erzeugt einen Spannungsgradienten,
der zu einem Beißen der Umhüllung an der kalten Fläche führt und dadurch eine erhöhte Wärmezufuhr zum flüssigen
Erdgas ermöglicht oder auch zu mechanischen Schäden der Umhüllung führen kann.
Isolierende Umhüllungen hat man auch aus Edelstahlmänteln hergestellt, und zwar in einer Weise, die
von Thermosflaschen her bekannt ist. Dabei wird der Zwischenraum zwischen der inneren und äußeren Edelstahlwandung
evakuiert, womit man sehr gute Wärmedämmeigenschaften
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erzielt. Um diese aufrecht zu erhalten, müssen die Mantel
jedoch laufend aufs[neue evakuiert werden. Darüber hinaus
muß der Mantel vor Beschädigungen geschützt werden, so daß er normalerweise noch mit einem schweren und teuren Schutzmantel
versehen ist. In evakuierten Isolatoren hat man als Schüttfüllung auch "bereits expandiertes Perlit verwendet,
welches ein natürlich vorkommendes, Silicium dioxyd enthaltendes
vulkanisches Gestein mit geringem Ausdehnungskoeffizient ist. Diese Isolatoren erfordern jedoch ein periodisch
wiederholtes Evakuieren, um wirksam zu "bleiDen.
In der US-Patentschrift 3 379 330 ist zur Verwendung bei einem Tank für Raketentreibstoff eine Isolierplatte ohne festes
Gefüge offenbart, bei der ein kondeasierbares Gas in eine im wesentlichen undurchlässige Kunststoffhülle
eingeschlossen ist, die Polyurethan—Abstandhalter aufweist, so daß das Gas kondensiert, wenn die Platte tiefen
Temperaturen ausgesetzt ist, so daß die Umhüllung weitgehend evakuiert wird. Diesen Vorgang kann man auch als
Kryopumpen bezeichnen;
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung , einen Tieftemperaturisolator für Rohrleitungen zu schaffen,
der ohne großen Aufwand die theoretische Vorhersage einer guten Isolierwirkung in der Praxis erfüllt, keine erneute,
periodische Evakuierung erfordert und nur einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, so daß an der kalten
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Fläche kein Reißen auftritt. Dabei soll der Isolator so
beschaffen sein, daß er das Kryopumpen verwendet, eine dichte Außenhaut hat und eine Innenaufbau aufweist, der
ihm Gegensatz zu der in der US -PS 3 379 330 beschriebenen Isolierplatte ein festes inneres Gefüge verleiht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Tieftemperatürisoliermantel der eingangs genannten Art,
der leicht und vom Vakuumtyp ist und einen offenzelligen,
formstabilen, röhrenförmigen Kern aus untereinander verbundenen expandierten Perlitkörnern enthält, der von einer
dicht verschlossenen Umhüllung umgeben ist, die bei normalem Druck und normaler Temperatur mit einem kondensierbaren
Gas gefüllt ist, welches bei der tiefen Temperatur der in der Rohrleitung transportierten Flüssigkeit kondensiert»
wodurch die Umhüllung weitgehend evakuiert wird. Bei den,tiefen Temp türen bleibt der Perlitkern unverletzt,
da er einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt und somit nur eine geringe Differenz zwischen der
Schrumpfung an der kalten Fläche und jener an der Außenfläche auftritt. Darüber hinaus ist der Perlitkern hinreichend
fest, um die Rohrleitung zu tragen, ohne dabei zu zerbrechen. Da der Isolator nicht periodisch evakuiert
werden muß, stellt er eine wirtschaftli-ehe und praktikable
Lösung für einen Isoliermantel für eine Rohrleitung dar.
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Ein ΑμβΐϋΙιπη^ΒϋΘίΒρίΘΐ der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnung "beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 die Ansicht eines Eeils einer Rohrleitung
mit Isolator und Schutzmantel,
Pig. 2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des Isolators
und des Schutzmantels, und
Fig. 3 einen unvollständigen Querschnitt entlang der linie 3 - 3 in Fig. 2 in
stark vergrößertem Maßstab.
Die -Rohrleitung mit Isolierung ist insgesamt mit 10 bezeichnet und umfaßt eine .Rohrleitung 12, durch welche
bei tiefen ülemperaturen eine Flüssigkeit wie flüssiges
Erdgas fließt. Die !Rohrleitung ist von in Keihe angeordneten ,
untereinander verbundenen isolierenden Hüllen 14 und 15 umgeben. Diese Isolatoren weisen stufenförmige Enden 14a
und 14b auf, an denen die einzelnen Isolatorabschnitte untereinander verbunden sind. Bei dieser Art Endverbindung besteht
kein direkter Weg zwischen der Innenfläche 14d und der Außenfläche 14e des Isolators, so daß keine Infrarotstrahlung durch diese Verbindungen zur Rohrleitung 12 gelangen
kann. Als zusätzlichen Schutz gegen mechanische Beschädigungen und Umwelteinflüsse ist der Isolator weiterhin
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mit einem Isoliermantel 16 umgeben, der aus einem Polyurethankern
16a sowie aus einer Ummantelung 16b aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.
Ein jeder .der Isolatorabschnitte 15 und 16 besitzt einen rohrförmigen Kern aus expandierten Perlitkörnern,
die sämtlich untereinander verbunden sind. Perlit ist ein natürlich vorkommendes siliciumhaltiges Vulkangestein,
welches durch Erhitzen auf das 4- bis lOfache seines ursprünglichen Volumens expandiert werden kann. Expandiertes
Perlit besitzt eine Diciite in der Größenordnung von 0,03
bis 0,05 g/cn? und besteht im wesentlichen aus folgenden
Beatandteilen (Angaben ic Gewichtsprozenten):
SiO2 71. 0-75. 0$
O3 12. 5-18.
4. 0-5.
2O 2.9-4.
CaO 0. 5-2.
Fe2O5 0. 5-1. 5%
MgQ 0.1-0.
!DiO2 0. O3-O.
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Zusätzliche Angaben über Perlit kann man vom Perlite Insitute , Inc. , 45 West 45th. Street, New York,
ITew York IOO36 und Silbrico Corporation, 63OO River Road,
Hodgkins, Illinois 60525 beziehen. Die expandierten Perütkörner sind untereinander punktweise an ihren Oberflächen
verbunden und bilden auf diese Weise einen formstabilen Kern von offenzelliger Struktur, dessen Dichte etwa der
des Perlits selbst entspricht. Die wünschenswerte Dichte
für den Kern beträgt größenordnungsmäßig 0,03 bis 0,05 g/cm
Das Perlit wird durch ein inertes Bindemittel verbunden, welches aus Wasser, einem Geliermittel und einem
Katalysator besteht. Vorzugsweise ist das Geliermittel ein katalysiertes Harnstoff-Formaldehydharz und der Katalysator
Natriumbisulfat (NaHSO.). Der Katalysator und das Geliermittel
können von der American Cyanamid Company, Explosives und Mining Chemicals Department, Wayne, New Jersey unter
dem Handelsnamen 11CYANALOC 62 Chemical Grout" bezogen werden.
Im Sprachgebrauch der Firma Cyanamid bezeichnet "Katalysator" das Natriumbisulfat, und das "Geliermittel" ist durch den
Code S-3362 bezeichnet. Das chemische Bindemittel bindet selbsttätig ab, so daß weder Wärme noch Druck angewendet
werden müssen.
Das Bindemittel wird dem Perlit in solchen Mengen zugesetzt, die ausreichen, um die Perlitkörner anzufeuchten
und zusammen zu halten, ohne jedoch die Poren dazwischen zu verstopfen, was die offenzellige Struktur aufheben würde. Vor-
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zugsv/eise wird eine Lösung aus 50 Volumenprozent Geliermittel
und 50 Volumenprozent Wasser "bereitet, zu der weitere
2 Volumenprozent Katalysator hinzu gegeben werden. Anschließend wird Perlit in solchen Mengen der Lösung zugesetzt,
daß man einen Kern der gewünschten Dichte erhält, und die Mischung wird dann in eine Form gegeben, wo sie zu einem
rohrförmigen, formstabilen Kern abbindet.
Anschließend wird auf die Außenfläche der Hülle ein Infrarotschild 14f, in diesem Fall eins Aluminiumfolie,
aufgebracht und von innen her Kohlendioxyd in den Kern hineingepumpt, bis im wesentlichen die gesamte Luft im Kern
durch Kohlendioxyd ersetzt ist. Das Kohlendioxyd wird bei normaler Zimmertemperatur und bei Atmosphärendruck eingefüllt.
Der mit Aluminiumfolie eingehüllte und mit Kohlendioxyd gefüllte Kern wird dann allseitig mit einer Kunststoff
haut" umgeben, die eine vollständige und dichte Umhüllung des Kerns darstellt. Diese Umhüllung kann aus einer
Urethanfölie hergestellt werden, die hermetisch verschlossen
wird» es kann jedoch auch flüssiges Urethan aufgesprüht werden.
Wenn der Isolator für eine unter der Erde verlegte Kohrleitung verwendet wird, dann kann auf die vorbereiteten
Rohrleitungs- und Isolatorabschnitte ein Schutzmantel aufgebracht werden. Dies kann so geschehen, daß zunächst
verschiedene Isolatorabschnitte wie die mit 14 und
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15 "bezeichneten in der Fabrik auf die .Rohrleitung 12 aufgebracht
werden und anschließend ein Schutzmantel aus Polyurethanschaum mit einer glasfaserverstärkten Kunstharzhülle
darüber gebracht wird. Die einzelnen mit Isolierung und Schutzmantel versehenen Rohrabschnitte werden dann zur Baustelle
transportiert und dort miteinander verschweißt. Im Bereich der Schweißstellen wird dann die Isolierung durch
geteilte, manschettenartige Isolierabschnitte sowie durch einen Schutzmantel vervollständigt.
Wenn die Rohrleitung fertiggestellt ist, wird
ο flüssiges Erdgas mit einer Temperatur von annähernd -155 C hindurchgepumpt. Infolgedessen kondensiert das Kohlendioxyd
im Isolator 14, welcher dadurch weitgehend evakuiert wird. Das Perlit selbst besitzt einen sehr niedrigen Wärmeleitungskoeffizienten,
und das Vakuum in den Zellen leitet überhaupt keine Wärme. Deshalb ist der Wärmeübergang von der Außenseite
des Isolators zur Rohrleitung sehr gering, falls überhaupt einer auftritt. Infrarotstrahlung, die den Erdboden
und den äußeren Schutzmantel durchdringt, wird durch den Infrarotschild 14f abgefangen, der damit ebenfalls den Wärmeübergang
auf die Rohrleitung 12 verringert. Weiterhin verhindert die stufenförmige Ausbildung der Enden 14a und 14b
eines jeden Isolatorabschnitfcs den Durchgang von Infrarotstrahlung im Bereich dieser Verbindungsstellen. Somit weist
das beschriebene Beispiel auch im Bereich der Übergänge zwischen den einzelnen Isolatorabschnitten einen durchgehenden
Infrarotschild auf.
-PatentansprÜche-309884/0549
Claims (10)
- Patentansprüche[ "Iy Tief temperatur is oliermant el für eine Rohrleitung, in
der Flüssigkeit von tiefer Temperatur fließt und eine Erwärmung der Flüssigkeit weitestgehend unterbunden werden soll, dadurch gekennzeichnet^ daß er leicht und vom Vakuum-Typ ist und einen offenzelligen, formstaMlen, röhrenförmigen Kern (14c) aus untereinander verbundenen expandierten Perlitkörnern enthält, der von einer dicht verschlossenen Umhüllung (14g/ umgaben ist, die bei normalem Druck und
normaler Temperatur mit Pipern kondensierbaren Gas gefüllt ist, welches bei der tiefen Temperatur der in der Rohrleitung (12) transportierten Flüsigkeit kondensiert und
dadurch die Umhüllung (14g) weitgehend evakuiert. - 2. Isoliermantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das-Gas Kohlendioxyd ist.
- 3. Isoliermantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Infrarotschild (I4f) zwischen der Außenfläche des rohrförmigen Kerns (14c) und der Umhüllung (14g) vorgesehen ist.
- 4. Isoliermantel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarotschild (14f) eine Aluminiumfolie ist.309884/0549
- 5. Isoliermantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die isolierende Hülle hintereinander aus mehreren Abschnitten (14,15) "besteht und die Enden eines jeden Abschnitts mit Mitteln zum Anschluß an die "benachbarten Abschnitte versehen sind, wobei diese Verbindungsmittel geeignet sind, den direkten Durchgang von Infrarotstrahlung durch die jeweilige Verbindung zur .Rohrleitung (12) hin zu unterbinden.
- 6. Isoliermantel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet^ daß die Verbindungsmittel (14a, 14b) stufenförmig ausgeführt sind und das Ende des einen Abschnitts der isolierenden Hülle das Ende des benachbarten Abschnitts so überlappt, daß beide Enden zusammenpassen.
- 7. Isoliermantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Perlitkörner durch ein Bindemittel untereinander verbunden sind, welches im wesentlichen aus Natriumbisulfat, katalysiertem Harnstoff-Formaldehydharz und Wasser besteht.
- 8. Isoliermantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des expandierten Perlit in der Größenordnung von 0,02 bis 0,05 g/om5 liegt.
- 9. Isoliermantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer Schutzmantel (16) vorgesehen ist, der aus einer an die Umhüllung (14g) angrenzenden Schicht (16a) aus Polyurethanschaum mit einer Ummantelung (16b) aus glasfaserverstärktem Kunstharz besteht.309884/0549
- 10. Isoliermantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß die Temperatur im inneren der Rohrleitung (12) ausreichend tief ist, um Erdgas im flüssigen Zustand zu "bewahren.309804/054^
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MIDWESCO INC., CHICAGO, ILL., US |
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Free format text: HALLWOOD, HARRY, ARLINGTON HEIGHTS, ILL., US |
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