DE2500522A1

DE2500522A1 - Verfahren zum durchleiten eines isolierten drahtes durch das innere eines ferromagnetischen rohres zur ausbildung eines waerme erzeugenden rohres unter ausnutzung des stromskineffektes

Info

Publication number: DE2500522A1
Application number: DE19752500522
Authority: DE
Inventors: Masao Ando
Original assignee: Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp
Priority date: 1974-01-09
Filing date: 1975-01-08
Publication date: 1975-07-10
Also published as: CA1029175A; JPS50101943A; JPS5247583B2; GB1466212A; FR2257185A1; IT1026268B; AU7691674A; US3975819A

Description

26 331 t/wa

CHISSO CORPORATION, OSAKA / JAPAN

Verfahren zum Durchleiten eines isolierten Drahtes durch das Innere eines ferromagnetischen Rohres zur Ausbildung eines Wärme erzeugenden Rohres unter Ausnutzung des Stromskineffektes.

Das hier angesprochene Wärme erzeugende Rohr besteht aus einem ferromagnetischen Rohr und einen dadurch sich erstreckenden isolierten Draht. Wird durch diesen Draht ein Wechselstrom hindurchgeführt, so fliesst dieser Wechselstrom bei der genannten Anordnung konzentriert durch den

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inneren Hautbereich des ferromagnetischen Rohres und erzeugt dabei Wärme, während an dem äusseren Hautbereich des Rohres, praktisch kein Strom fliesst..· Ein solches Wärme erzeugendes Rohr, wie es Ausgangspunkt der Erfindung ist,¹ wird in den US-Patentschriften 3 293 407 und 3 515 837 in seinen prinzipiellen Merkmalen beschrieben und ist in Fig. 1 schematisch im Querschnitt dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Wärme erzeugendes Rohr unter Ausnutzung des sogenannten Skineffektes (Veränderung des Stromes an die Oberfläche eines Leiters) wie es in der US-PS 3 293 407 beschrieben ist. Das Rohr 1 besteht aus einem ferromagnetischen Material, wie beispielsweise Stahl, wobei sich durch dieses Rohr ein isolierter Draht 2 erstreckt. Das Rohr und der an den beiden Enden 5 und 6 des Rohres.1 angeschlossene Draht sind in Reihe mit einer elektrischen Quelle 3 über einen Leiter 4 geschaltet, so dass ein elektrischer Wechselstromkreis gebildet ist.

Wenn bei der Anordnung nach Fig. 1 zwischen der Dicke t (cm) des ferromagnetischen Rohres 1 und der Tiefe S (cm)/ in der der Wechselstrom durch das Rohr fliesst, die Beziehung besteht:

t > 2S . (D

und wenn ferner zwischen dem Innendurchmesser d (cm) des Rohres und dessen Länge 1 (cm) die Beziehung besteht:

1 >> d (2)

fliesst der Wechselstrom 7 durch den inneren Oberflächenbereich

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des ferromagnetischen Rohres 1. Die Bedingung gemäss Gleichung (2) ist nicht immer notwendig; vielmehr können andere Bedingungen diese ersetzen.

In jedem Fall fliesst der Wechselstrom 7 konzentriert durch den inneren Oberflächen- oder Hautbereich des ferromagnetischen Rohres 1, um Wärme zu erzeugen. Und selbst wenn ein Metallkörper mit der äusseren Oberfläche des Rohres in Berührung gebracht wird, besteht keine Gefahr für einen elektrischen Schlag oder Verlust. Ein mit einem isolierten, sich hindurch erstreckenden Draht versehenes Rohr hat somit die charakteristische Eigenschaft, dass es unmittelbar mit einem Körper in Berührung gebracht werden kann, um auf diesen Körper die Wärme zu übertragen. Ferner wird die Hauttiefe S der Gleichung (1) wie folgt ausgedrückt:

S = 5030 V -rb· (3)

Dabei bedeutet 3 (XIcm) den spezifischen Widerstand des ferromagnetischen Rohres 1, ,u dessen magnetische Permeab: tat und f (Hz) die Frequenz des Wechselstromes 3.

Das mit dem Skineffekt arbeitende,Wärme erzeugende Rohr gemäss der ÜS-PS 3 515 837 ist im Prinzip so ausgebildet, dass ein,zwei oder mehrere ferromagnetische Rohre elektrisch in Reihe miteinander an den Rohrenden in Richtung der Länge verbunden werden können, so dass ein geschlossener Schaltkreis entsteht. Darüber hinaus kann durch das Innere der Rohre ein Draht hindurchgeführt werden, dessen beide Enden mit den beiden

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Anschlüssen einer Wechselstromquelle in entsprechender Weise zur Bildung eines geschlossenen Schaltkreises verbunden werden. Zwischen dem ferromagnetischen Rohr oder den Rohren und dem Draht ist weiter eine Isolierschicht vorgesehen, so dass bei Durchfluss eines Wechselstromes durch den Draht ein Wechselstrom im inneren Hautbereich des ferromagnetischen Rohres oder der Rohre erzeugt wird. Das so aufgebaute^Wärme erzeugende Rohr folgt der genannten Gleichung (1).

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten^Wärme erzeugenden Rohre unter Ausnutzung des Skineffektes können unterschiedliche Querschnittsformen, wie beispielsweise kreisförmige oder dreieckige Querschnitte, haben. Was weiter die Wand des Rohres 1 betrifft, so kann, wenn der zu erwärmende Körper selbst eine Wand aus ferromagnetischem Material, wie beispielsweise, bei einer Pipeline aus Stahl, besitzt, ein Teil der zu erwärmenden Körperwand einen Teil der Wand des Rohres 1 darstellen. In diesem Fall ist das Rohr aus einem Teil des zu erwärmenden Körpers und aus einer Abdeckeinrichtung aus ferromagnetischem Material zu bilden, wobei diese Abdeckeinrichtung gewöhnlich auf die Wand des zu erwärmenden Körpers aufgeschweisst wird. Das Schweissen kann entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich vorgenommen werden.

Das in den US-Patentschriften beschriebene Wärme erzeugende Rohr unter Ausnutzung des Skineffektes des Stromes wurde als Wärmequelle für einen zu erwärmenden Körper verwandt, wenn die Temperatur des Körpers bei 70° oder darunter gehalten wird. Seine Länge ist sehr gross und entspricht beispielsweise der Länge einer Pipeline zum Transport eines

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tr

die Beibehaltung einer gewissen Temperatur erfordernden Mediums, wie beispielsweise schweres Treibstofföl, gewisse Arten von Rohöl und dergleichen.In jüngerer Zeit jedoch besteht für die Anwendung des Wärmeerzeugenden Rohres nicht nur ein Bedarf bei relativ kurzen Pipelines, sondern auch bei langen unterseeischen Pipelines.

Bei unterseeischen Pipelines mit einer Länge von 1000 m und mehr^muss das Wärme erzeugende Rohr als Heizquelle für die Pipeline über dessen gesamte Länge ebenfalls eine Länge von 1000 m oder mehr haben. Beim Bau solcher, mit einem Wärme erzeugenden Rohr versehenen Pipelines wird gewöhnlich das ferromagnetische Rohr 1 zuvor an der Pipeline befestigt und dann der isolierte Draht 2 hindurchgeführt. Da in den meisten Fällen die Länge einer Drahttrommel etwa 300 m bis 100O m beträgt, wird der Draht 2 durch das Innere des ferromagnetischen Rohres 1 bei einer Erdpipeline in einer solchen Längeneinheit hindurchgeführt. Bei einem solchen Längenbereich ergeben sich, falls die Pipeline gerade und horizontal liegt, keine nachteiligen Auswirkungen auf die Isolation des Drahtes, infolge der Reibungskraft zwischen Draht und Innenoberfläche des ferromagnetischen Rohres. Somit kann auf dem Erdboden·¹, eine Pipeline mit einer Länge von einigen Kilometern bis zu einigen 10 Kilometern oder mehr durch Wiederholung der genannten Vorgehensweise fertiggestellt werden. Bei einer Pipeline mit einer Länge von mehr als 1000m,wie bei der genannten unterseeischen Pipeline, entsteht, wenn die gleiche Vorgehensweise benutzt wird, um den isolierten Draht zu verlegen wie bei einer landverlegten Pipeline, die Gefahr, dass der Draht infolge der Reibungskräfte beeinträchtigt wird. Um diese Reibungskräfte zu verringern, wäre es denkbar, ein Material mit

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geringem Reibungskoeffizienten, wie beispielsweise PoIytetrafluoräthylen; als Isoliermaterial für den Draht zu verwenden, doch ist der Einsatz eines derartigen Materials aus den nachfolgend beschriebenen Gründen beschränkt.

Ziel der Erfindung ist es somit, ein verbessertes Verfahren der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, mit dem der isolierte Draht insbesondere in Fällen, wo eine hohe Gefahr besteht, dass der Draht aufgrund der Reibungskraft zwischen Draht und Innenoberfläche des ferromagnetischen Rohres*durch dieses beschädigungslos hindurchgeführt werden kann. Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man in das ferromagnetische Rohr zuvor eine bestimmte Flüssigkeit eingibt und durch das Innere des ferromagnetischen Rohres einen isolierten Draht mit einer Anordnung hindurchführt, die dessen scheinbares spezifisches Gewicht annähernd gleich oder kleiner als das spezifische Gewicht der Flüssigkeit macht. .

Eine Beschreibung der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme .auf die Zeichnung gegeben. Ausser der schön behandelten Fig»1 zeigen Fig. 2, 3 und 4 schematische Querschnittsansichten eines Wärme erzeugenden Rohres, durch das verschiedene Arten von isoliertem Draht erfindungsgemäss hindurchgeführt werden. Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Wärme erzeugenden Rohres, in dem die Erfindung angewandt wird, mit schematischer Darstellung der konkreten Durchführung des erfindungsgemassen Verfahrens.

Beim Durchziehen eines isolierten Drahtes 2 durch ein gerades

*beschädigt wird,

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und horizontal verlegtes steifes Rohr 1 kann die aufgrund der Reibung zwischen dem Draht und der Innenwand des Rohres audtretende Ziehkraft F (kp) grundsätzlich wie folgt ausgedrückt werden:

F = fWl (4)

In dieser Gleichung bedeuten: f = Reibungskoeffizient zwischen den beiden Materialien, W = Gewicht des Drahtes pro Meter (kg/m) und 1 Länge des durch das Rohr gezogenen Drahtes. Da 1 dem Ausdruck 1 der zuvor genannten Gleichung (2) entspricht und einen für jede Pipeline gegebenen Wert darstellt, besteht keine andere Möglichkeit, als die Werte für f oder W oder beide zu verringern, um F herabzusetzen.

Zur Verkleinerung des Wertes f könnte man daran denken, als Hülle für den Draht ein Material mit geringem Reibungskoeffizient, wie beispielsweise Polytetrafluorathylen, vorzusehen, jedoch hat dieses Material den Nachteil, dass es im allgemeinen teuer ist und eine geringe Reissfestigkeit hat.

Andererseits ist es unmöglich, das Gewicht des Drahtes W zu verringern, da hinsichtlich der durch die zulässige Stromstärke bestimmten Abmessung des Leiters, der Dicke des für die Spannung erforderlichen Isoliermaterials und dergleichen, gewisse Grenzen nicht unterschritten werden können. Wenn jedoch eine Flüssigkeit, wie Wasser, öl oder dergleichen, in das Rohr 1 eingefüllt wird, wirkt eine, dem spezifischen Gewicht der Flüssigkeit entsprechende Auftriebskraft auf den isolierten Draht 2. Eine solche Auftriebskraft wird erfindungsgemäss

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— ft ^-

ausgenutzt, so dass die Innenoberfläche des ferromagnetischen Rohres keinen Druck durch den Draht erfährt. Wenn der Auftrieb gleich der auf den Draht wirkenden Schwerkraft wird, versteht es sich, dass dieser die Innenoberfläche des ferromagnetxschen Rohres nicht pressend berühren kann. Selbst wenn die Flüssigkeit nur bis zur halben Höhe in das ferromagnetische, horizontal verlegte Rohr eingefüllt wird, schwimmt der Draht auf der Oberfläche der Flüssigkeit und berührt somit die Innenoberfläche des Rohres nicht, wobei dies unter der Voraussetzung zutrifft, dass das scheinbare spezifische Gewicht des Drahtes geringer als das spezifische Gewicht der Flüssigkeit ist.

In der Praxis ist es relativ selten, dass das ferromagnetische Rohr längs seiner gesamten Länge horizontal liegt, so dass, wenn das Rohr nicht vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, die Flüssigkeit längs der Länge des Rohres unterschiedlich verteilt vorliegt. Im Vergleich zu der Vorgehensweise ohne Flüssigkeit im Rohr, ist dieser Umstand dennoch hinsichtlich der Herabsetzung der Reibungskraft wirksamer, da der Draht über beträchtliche Längen ohne Reibung gegenüber der Innenoberfläche des Rohres geführt ist.

Als Flüssigkeit kann gewöhnlich Wasser, Seewasser oder öl verwandt werden.

Als Mittel zur Verringerung des scheinbaren spezifischen Gewichtes des Drahtes können folgende Anordnungen vorgesehen werden: ein hohler Bereich im Inneren des Drahtleiters, ein freier Bereich zwischen dem Leiter und der Isolierschicht für den Draht, ein hohles, den Draht umgebendes

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Rohr, Beschichtung des Rohres mit Schaumstoff als Isoliermaterial, wobei der Schaumstoff ein Eindringen der Flüssigkeit in sein Inneres nicht zulassen darf, und/oder eine einfache Befestigung des Schaumstoffs längs der Länge des Drahtes, ohne jedoch als Isolierschicht zu dienen. Als Schaumstoff kann sowohl ein solcher mit separaten Zellen als auch mit kontinuierlichen Zellen vorgesehen werden, wobei letzterer von einem fLüssigkeitsdichten Film beschichtet ist.

Nicht notwendigerweise braucht stets die genannte Hohlbauweise oder der Schaumstoff längs der gesamten Länge des Drahtes vorgesehen werden; vielmehr ist die Anordnung dieser Mittel auch über eine nur zweckmässige Wegstrecke möglich. Das heisst, das Vorsehen einer Vielzahl von am Draht befestigten Auftriebseinrichtungen kann ebenfalls als eines der Mittel angesehen werden.

Zu einer näheren Beschreibung der Mittel zur Verringerung des spezifischen Gewichtes des Drahtes und der Anwendungen des erfindungsgemässen Verfahrens wird auf die Zeichnung Bezug genommen.

In Fig. 2 betrifft das Bezugszeichen 1 ein ferromagnetisches Rohr und das Bezugszeichen 2 einen isolierten Draht mit einer Isolierschicht 9 auf seiner Aussenseite und einem Leiter 10 mit einem hohlen Bereich 8 in seinem Inneren.

Eine Flüssigkeit 11 ist in dem freien Raum zwischen dem Draht 2 und dem ferromagnetisehen Rohr 1 eingefüllt. Unter der Annahme, dass der Leiter 10 ein hohler Zylinder ist,

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der den Innendurchmesser a (cm), die Dicke b (cm) und das spezifische Gewicht g hat, während das spezifische Gewicht der .Flüssigkeit g^ sei,und unter der weiteren Annahme, dass die Isolierschicht 9 vernachlässigt werden kann, lässt sich der Wert a wie folgt berechnen, um das scheinbare spezifische Gewicht des Drahtes Null werden zu lassen:

Bei b<<a (5)

ist g_cirab ~ g_xja² · - (6)

und a ^r —— · (7)

Der erforderliche Querschnitt des Leiters A (cm ) lässt sich wie folgt ausdrücken:

A - -rrab (8)

Somit können die Werte a und b entsprechend Gleichungen

(7) und (8) bestimmt werden. Wenn beispielsweise A = 1 (cm ) ist- und als Leiter Aluminium,und öl als Flüssigkeit verwandt wird, beträgt g /g, = 3, so dass nach Gleichungen (7) und (8)

a = 1,95 cm und b = 0,163 cm
werden.

In Fig. 3 ist der Fall dargestellt, bei dem ein freier Bereich 8 zwischen Leiter 10 und Isolierschicht 9 vorgesehen ist. Da die notwendigen Abmessungen des freien Bereiches 8

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in der gleichen Weise wie bei Fall 2 berechnet werden können, erübrigt sich hierzu ein näheres Eingehen. Was die Isolierschicht 9 in Fig. 3 betrifft, ist dort ein hohles Rohr aus Polyäthylen dargestellt. Es bedarf weiter keiner näheren Erläuterung, dass anstelle der Isolierschicht 9 der Leiter 10 selbst eine isolierende Beschichtung aufweisen kann, obschon dies in der Figur nicht gezeigt ist.

In Fig. 4 ist der Fall dargestellt, wo das hohle Rohr 8¹ und der isolierte Draht 2 gemeinsam durch ein Band 2¹ umgeben sind.

Bei dem zuvor genannten Verfahren, bei dem ein hohler Bereich im Inneren des Drahtes 2 vorgesehen ist, und eine Flüssigkeit zwischen Draht 2 und dem ferromagnetischen Rohr 1 eingefüllt wird, um das scheinbare spezifische Gewicht des Drahtes 2 zu verringern, wird der sich ergebende Aussendurchmesser des Drahtes 2 grosser als bei einem Draht ohne einen solchen hohlen Bereich^und damit auch vergrössert sich der Durchmesser des ferromagnetischen Rohres 1; das bedeutet, dass das Verfahren nicht wirtschaftlich ist.

In Fällen, bei denen die zu erwärmende Pipeline im horizontalen Bereich des Meeresbodens, gemäss Fig. 5, verlegt ist, ist es jedoch üblich, das ferromagnetische Rohr 1 durch das Innere des eigentlichen Transportrohres 12 zu führen, so dass der Durchmesser des ferromagnetischen Rohres 1 (gewöhnlich 8 bis 15 cm) weit grosser als in solchen Fällen ist, bei dem das ferromagnetische Rohr (1 bis 4 cm) an der Aussenoberflache des Transportrohres 12 befestigt wird (d.h. dem Transportrohr folgt). Somit führt der erfindungsgemässe

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Gebrauch des Drahtes nicht zu einer Erhöhung der Abmessungen des ferromagnetischen Rohres.

Fig. 5 zeigt schematisch einen Teil der zu erwärmenden Pipeline beim Eintritt in den Wasserbodenbereich 20 von der landseitigen Zone 19 aus. Der vertikale Bereich des Transportrohres 12 ist*mit dem durch Ausnutzung des Oberflächenstromes Wärme erzeugenden .Rohr 17 versehen, das längs der Aussenoberflache des Transportrohres befestigt ist. Der horizontale Bereich des Tränsportrohres ist demgegenüber mit dem erfindungsgemäss ausgestalteten Wärme erzeugenden Rohr ausgestattet. Zur Ausbildung des Wärme erzeugenden, durch den horizontalen Bereich sich hindurchstreckenden Rohres, ist das ferromagnetische Rohr 21 in diesem Bereich angeordnet. Um den erfindungsgemässen isolierten Draht 22 durch das horizontale ferromagnetische Rohr 21 hindurchzuführen, ist das Transportrohr 12 mit einem horizontal abstehenden Bereich 12' und einer Dichtung 13 für das Transportrohr versehen. Um Leckverluste an Flüssigkeit aus dem ferromagnetischen Rohr 21 zu vermeiden, ist es notwendig, dass das Ende des ferromagnetischen Rohres 21 geringfügig, wie durch das Bezugszeichen 21· angedeutet, ausserhalb der Isolierschicht 16 nach oben gebogen wird.

Vorgesehen sind weiter eine Trommel 22¹^ auf der der isolierte Draht 22 aufgewunden ist, ein Mannloch 14 und eine Bedienungsleiter 18. Ferner kann es notwendig sein, dass die Isolierschicht 16 mit einer wasserdichten Hülle 15 oder dergleichen versehen werden muss.

Da die Flüssigkeit im ferromagnetischen Rohr 1 einen Auftrieb

aussen

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auf den isolierten Draht 2 während dessen Hindurchführung durch das Rohr aufzubringen hat, kann die Flüssigkeit nach Beendigung des DrahteinZiehens in das Rohr aus dessen Innerem entfernt werden.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Durchleiten eines isolierten Drahtes durch das Innere eines ferromagnetischen Rohres zur Ausbildung eines unter Ausnutzung des Stromskineffektes arbeitenden Wärme erzeugenden Rohres, dadurch gekennzeichnet , dass man zunächst in das ferromagnetische Rohr eine Flüssigkeit eingibt und danach durch das Innere des ferromagnetischen Rohres einen isolierten Draht mit einer Anordnung einführt, die das scheinbare spezifische Gewicht des Drahtes annähernd gleich oder kleiner als das spezifische Gewicht der Flüssigkeit macht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man den isolierten Draht im Inneren seines Leiters mit einem hohlen Bereich versieht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man zwischen dem Leiter und dessen Isolierschicht einen hohlen Bereich vorsieht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man längs der Länge des isolierten Drahtes an diesem ein hohles Rohr befestigt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass 'man die Isolierschicht für

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den isolierten Draht aus einem Schaumstoff ausbildet, der kein Eindringen von Flüssigkeit in sein Inneres erlaubt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η " zeichnet, dass man längs der Länge des isolierten Drahtes an diesem einen geschäumten Körper befestigt.

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