DE2740975A1

DE2740975A1 - Vorrichtung und verfahren zum gefrieren eines fluessigkeitsvolumens in einem abschnitt einer grossdimensionierten uebertragungsleitung fuer stroemungsmittel

Info

Publication number: DE2740975A1
Application number: DE19772740975
Authority: DE
Inventors: Beryle Dean Brister
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-13
Filing date: 1977-09-12
Publication date: 1978-03-16
Also published as: CA1088332A; FR2422902A1; FR2440548A1; NZ185148A; IT1089874B; NO773133L; GB1584190A; NL7709997A; FR2440548B1; GB1584189A; FR2422902B1; US4112706A; BR7706085A; MX144794A; EG13104A; DE2740975C2

Description

PA>'E N ^TAN'^Λ/ AL "·"E A. GRÜNECKER

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H. KINKELDEY DHXl M ICM.TECH

K. SCHUMANN

or. m. Nat. - αη,-FHv»

P. H. JAKOB

CKPL-PNa

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE «3

12.September 1977 PH 12 002

Beryle Dean BRISTER

Box 2329

Amarillo, Randall County

Texas

Vorrichtung und Verfahren zum Gefrieren eines Flüssigkeitsvolumens in einem Abschnitt einer großdimensionierten übertragungsleitung für Strömungsmittel

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Installation, Wartung und Prüfung von Übertragungsleitungen für Strömungsmittel, insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gefrieren eines Vasservolumens oder
-bereiches in einer Hochdruck-Pipeline mit großem Durchmesser, welches zum hydrostatischen Prüfen und zu Reparatur- oder
Änderungszwecken dient.

Seit vielen Jahren werden Pipelines mit großem Durchmesser zum Transport von Rohöl, Erdgas, Benzin, Flugzeugtreibstoff und anderen petrochemischen Erzeugnissen über weite Entfernungen

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verwendet. Diese Pipeline-Systeme nehmen die Erdölprodukte von den Bohrfeldern auf und transportieren sie zu Raffinerien und Verarbeitungsanlagen. Die Endprodukte werden dann von den Eaffinerien und Verarbeitungsanlagen über weite Entfernungen zu den Verbrauchsstellen transportiert.

Diese Pipelinen müssen bei hohen Drücken betrieben werden, um große Flüssigkeitsvolumen wirtschaftlich zu übertragen. Die hohen Betriebsdrücke stellen einen signifikanten Prozentsatz des maximalen Drucks dar, welchem die Rohrleitung widersteht, bevor sie bricht oder leckt, selbst wenn sie sich in ordungsgemäßem Zustand befindet. Aufgrund der Eigenschaften von Erdölprodukten stellen der Bruch einer Pipeline, oder selbst auch kleine Leckstellen eine ernstliche Gefahr für die Ökologie und das menschliche Leben dar. Neue Rohrleitungen können aus verschiedenen Gründen lecken oder reißen, beispielsweise aufgrund fehlerhafter Herstellung der Rohrleitung, fehlerhafter Schweißverbindungen, oder aufgrund von Beschädigungen der Rohrleitung beim Transport oder bei der Installierung. Langer im Gebrauch befindliche Pipelines können aufgrund von Korrosion lecken oder reißen.

Aufgrund der ernstlichen Folgen und der relativ hohen Wahrscheinlichkeit von Rissen oder Leckstellen werden sorgfältige hydrostatische Prüfungen durchgeführt, um die Unversehrtheit jeder neuen Pipelineinstallation sicherzustellen. Diese hydrostatischen Prüfverfahren sind äußerst kostspielig und machen einen großen Anteil der Gesamtverlegungskosten der Pipeline aus. Die hydrostatische Prüfung schon installierter Pipelines ist noch teuerer, da die Pipeline für eine beträchtliche Zeit außer Betrieb genommen werden muß.

Aufgrund der enorm hohen Kosten werden ständig Verfahren zum Installieren und Prüfen neuer Pipelines, oder zum Prüfen, Reparieren oder Ändern schon vorhandener Pipelines verbessert. Ein derartiges verbessertes Verfahren ist in der US-PS 3 827 282 ,

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erteilt an B.D. Brister, beschrieben. Aus dieser Patentschrift ist es bekannt, großdimensionierte Pipelines, die zum Transport von Flüssigkeiten oder Gasen über große Entfernungen bei hohen Drücken dienen, bei Drücken zu testen, die der kleinsten zugelassenen Elastizitätsgrenze der Rohrleitung entsprechen, in dem ein Testabschnitt der Leitung mit Wasser gefüllt wird, ein Volumenteil des Wassers durch äußere Einwirkung tiefer Temperaturen gefroren wird, um einen Eisklumpen oder -pfropfen innerhalb des Abschnittes zu bilden; daraufhin wird der Wasserdruck gegen das gefrorene Wasser erhöht, um - während der Eispfropfen erhalten wird - den Druck zu prüfen, wobei auf der Rückseite des Eispfropfens ein geringerer Druck beobachtet wird, um einen fehlerhaften Eispfropfen festzustellen. Eine Kombination von Druckzylindern und Kühlschlangen, die mit einer kälteerzeugenden Kühlflüssigkeit, beispielsweise flüssigem Stickstoff, gefüllt sind, wird dazu verwendet, um den Eispfropfen durch Überleitung thermischer Energie aus dem Wasservolumen in den Testbereich durch die Wandungen der Pipeline und durch die Wandungen der Druckzylinder und Kühlschlangen zu bilden. Es besteht noch ein beträchtliches Interesse daran, die Verfahren und Vorrichtungen zu verbessern, die eine kälteerzeugende Kühlflüssigkeit zum Erzeugen des Eispfropfens verwenden. Insbesondere ist aufgrund wachsender Lohnkosten und dem Verlust an Produkteinnahmen in Zusammenhang mit der Ausfallzeit eine weitere Reduzierung der für die Erzeugung eines Eispfropfens erforderlichen Zeit wünschenswert.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gefrieren eines Flüssigkeitsvolumens in einem Abschnitt einer Übertragungsleitung für Flüssigkeiten oder Gase zu schaffen, in dem ein kälteerzeugendes Kühlmittel effizient auf äußere Oberflächenbereiche der Übertragungsleitung derart aufgebracht wird, daß rasch ein Eispfropfen entsteht und dieser während des hydrostatischen Prüfens, bei Reparatur- oder Änderungsarbeiten ohne Verändern der physikalischen

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Eigenschaften der Übertragungsleitung erhalten wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung findet diese in Zusammenhang mit einer Übertragungsleitung für Flüssigkeiten oder Gase Verwendung, so z.B. bei einer großdimensionierten Pipeline, die zum Transport von flüssigen Kohlenwasserstoffprodukten über beträchtliche Entfernungen unter hohem Druck dient. Gemäß bekannten hydrostatischen Testverfahren kann ein Pipeline-System bei Drücken geprüft werden, die der kleinsten zulässigen Elastizitätsgrenze des Rohres entsprechen,· indem ein Testabschnitt der Pipeline mit Wasser gefüllt wird und ein kurzer Abschnitt des Wassers durch äußere Einwirkung sehr niedriger Temperaturen gefroren wird, um in der Rohrleitung einen Eispfropfen zu erzeugen.

Gemäß neuen Merkmalen der vorliegenden Erfindung wird der Testabschnitt der Pipeline von der Umgebung isoliert $ dies geschieht mittels einer abnehmbaren Umhüllung, die Seitenteile aufweist, die den Testabschnitt umfassen, und die Endteile aufweist, die mit der Pipeline in Eingriff kommen. Die Seiten und Endteile bilden, wenn sie um die Pipeline herumgelegt sind, eine ringförmige Kammer. Innerhalb der Kammer ist ein Verteilerstück vorgesehen, das zum gleichmäßigen Verteilen des kälteerzeugenden Kühlmittelstroms (z.B. flüssiger Stickstoff) innerhalb der Kammer dient. Der Verteiler umfaßt eine Anzahl von Rohrabschnitten, die so angeordnet sind, daß ein Strom eines kälteerzeugenden Kühlmittels direkt in die Kaniner und in Richtung auf die Oberfläche der Pipeline ausgelassen wird. Wärme wird von dem Wasservolumen innerhalb der Pipeline durch Konvektion zu der Pipeline, durch Wärmeleitung durch die Pipeline und durch Konvektion von der Pipeline zu dem die Pipeline umgebenden, flüssigen, kälteerzeugenden Kühlmittelbad geleitet. Der Wärmeaustausch zwischen der Oberfläche der Pipeline und dem darum befindlichen kälteerzeugenden Kühlmittel erfolgt aufgrund direkter Wärmeübertragung von der Oberfläche der Pipeline an die umgebende

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Flüssigkeit aufgrund von Konfektionsströmungen. Die Konvektionsströmungen entstehen durch Bewegen des flüssigen Kühlmittelbades, das die Pipeline innerhalb der Kammer umgibt. Gemäß einem Merkmal der Erfindung erfolgt die Bewegung des Kühlmittelbades dadurch, daß ein Strom verdampften Kühlmittels durch das die Pipeline umgebende Bad geleitet wird. Die Konvektionsströmungen resultieren aus dem starken "Umrühren" der Flüssigkeit durch die Bewegung des Dampfes, während dieser durch das Bad geleitet wird. Der gesamte Wärmeaustausch steht in Beziehung zu dem Volumen der in das Bad eingegebenen Dampfblasen, zu der Frequenz ihrer Freigabe, und ist darüberhinaus abhängig davon, wie gut die Kühlflüssigkeit die Heizoberfläche der Pipeline befeuchtet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Vorgang der Wärmeübertragung durch eine Zerstreuungs- oder Diffusionseinrichtung verbessert, welche in Oberflächenkontakt mit der Pipeline steht, um das flüssige Kühlmittel gleichförmig über die Oberfläche der Pipeline zu verteilen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:-

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines typischen Pipeline-Systems,

Fig. 2 einen vereinfachten Seitenriß eines Testabschnittes der in Fig. 1 gezeigten Pipeline,

Fig. ^ einen vereinfachten Seitenriß einer kälteerzeugenden Umhüllung, die um den in Fig. 2 gezeigten Pipeline-Abschnitt montiert ist,

Fig. 4· einen teilweise geschnittenen Seitenriß entlang der Linie iv-iv, 809811/0975

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Fig. 5 einen Seitenriß der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung, geschnitten entlang der Linie V-V, und

Fig. 6 eine schematische Übersicht zur Verdeutlichung des gesamten erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Pipeline-System 10 gezeigt. Das Pipeline-System 10 enthält eine Ausgangsstation 12, die dazu dient, flüssige Produkte, typischerweise Rohöl, Erdgas oder raffinierte Erdölprodukte wie Benzin, Flugzeugtreibstoff oder ähnliches in die Pipeline zu pumpen. Die von der Pumpstation kommenden Flüssigkeiten passieren ein Ventil 14 und gelangen in einen Teilbereich der mit Schleusen 18 und 20 versehenen Pipeline 16; ferner weist die Pipeline 16 Hauptventile 22, 23 und 24 auf. Ein zweiter Abschnitt der Pipeline 26 besitzt Schleusen 28 und 30 an jedem Ende, sowie Hauptleitungsventile 32 bis 35· Eine bei 36 dargestellte Empfangsstation kann eine weitere Pumpstation, eine Raffinerie, eine Verteilerstation oder ähnliches sein. Eine Verzweigungsleitung 38 endet in einer Schleuse 40. Die Pipeline 16 kann einen Durchmesser, bis zu 60 Zoll (152 cm) aufweisen und kann durch Schweißen zusammengefügt sein. Weitere Schleusen können entlang der Leitungen 16 und 38 je nach Bedarf vorgesehen sein. Zwischen den Schleusen 18, 20, 28, 30 und 40 und den dazugehörigen Pipeline-Abschnitten 16, 26 und 38 sind Endventile 19* 4-2, 29, 31 und 41 strömungsverbunden angeordnet, um den Abgabe- und Empfangsbetrieb zu vereinfachen. Die drei Schleusen 20, 28 und 40 können miteinander verbunden sein, um Verschlußpfropfen vorwärts abzugeben oder zu empfangen. Typischerweise werden die Schleusen 20 und 40 zum Empfangen von Verschlußpfropfen verwendet, während die Schleuse 28 typischerweise zum Vorwärtsbewegen eines Verschlußpfropfens benutzt wird. Von der Schleuse 28 kann ein Verschlußpfropfen durch Verschließen der Ventile 42, 44, öffnen des Endverschlusses 46 und Einführen des

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Verschlusses in die öffnung des Rohres 4-8 in Gang gesetzt werden.

Das in Fig. 1 gezeigte Sammelsystem kann insgesamt mehrere hundert Meilen lang sein. Beispielsweise kann der Rohrabschnitt 16 einen Durchmesser von 8 Zoll haben und in einem ölfeld in Neu-Mexiko beginnen. Die Ladung 38 kann von einem Ölfeld in West-Texas ausgehen und ebenfalls einen Durchmesser von 8 Zoll besitzen. Die Leitung 26 kann 10 oder 12 Zoll Durchmesser haben und sich über mehrere hundert Meilen quer durch den Staat von Texas zu einer Raffinerie an der Golfküste erstrecken. Vornehmlich wird durch das System 10 Rohöl transportiert. Die normalen Betriebsdrücke des Systems liegen im Bereich von 700 oder 1.500 PSI (887, bzw. 1472 bar).

Ein gebräuchliches Verfahren bei dem hydrostatischen Prüfen des Systems 10 ist in der US-Patentschrift 3 827 282 (B.D.Brister) beschrieben. Sei nun Bezug genommen auf Pig. 2. Das hydrostatische Prüfen einer Pipeline 16, die in Betrieb ist, d.h. die eine Flüssigkeit 50 (z.B. Rohöl) führt, geschieht gemäß dem in der obengenannten Patentschrift beschriebenen Verfahren dadurch, daß die Flüssigkeit 50 mit Wasser 52 durch einen Pfropfen 54· verschoben wird, welcher von irgendeiner günstig gelegenen Schleuse, z.B. der Schleuse 20, hinter der Flüssigkeit 50 hergeschoben wird, indem das Wasser 52 als Vorschubflüssigkeit verwendet wird. Ein zweiter Pfropfen 56 wird hinter das Wasser 52 und vor der Flüssigkeit 50 eingeschoben. In die Leitung 16 wird eine hinreichende Menge Wasser 52 eingegeben, um den zu prüfenden Abschnitt 16T zu füllen. Als nächstes wird ein kurzer Längsabschnitt oder Bereich 52P des Wassers in der Leitung 16 gefroren, um an einer vorbestimmten Stelle (z.B. Station "F") der Leitung 16 einen Eispfropfen oder -klumpen zu erzeugen.

Der Eispfropfen 52P kann durch Verwendung des in den Figuren 3, 4 und 5 allgemein mit dem Bezugszeichen 60 versehenen Apparats gefroren werden. Die Vorrichtung 60 umfaßt eine Umhüllung oder Buchse, die allgemein mit dem Bezugszeichen 62 versehen ist und

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im wesentlichen zylindrische Hälften oder Schalen 64 und 66 aufweist, die um die Rohrleitung 16 montiert sind und eine ringförmige Kammer 70 bilden. Die Kammer 70 besitzt obere und untere Kammerbereiche zum Aufnehmen des flüssigen Kühlmittels. Ein Dichtungsmittel 72 wird dazu verwendet, die Naht zwischen den Hälften 64 und 66 der Kammer 70 abzudichten. Das Dichtungsmittel 72 ist zwischen sich in Längsrichtung erstreckenden Flanschabschnitten 74, 76 und 78, 80 jeder Hälfte 64 und 66 angeordnet. Die halben Abschnitte 64 und 66 weisen ferner sich radial erstreckende Flanschteile 82, 84 und 86, 88 auf, die mit dem äußeren Umfang der Rohrleitung 16 in Eingriff sind. Die Endteile 64 - 66 und die Endteile 82 - 88 bilden, wenn sie um die Pipeline 16 montiert sind, die ringförmige Kammer 70. Die innere Fläche des Dichtungsmittels 72 und die sich in Längsrichtung erstreckenden Flansche 74 - 80 sind miteinander beispielsweise durch eine Schraube 90 und eine Mutter 92 verbunden.

Eine Isoliermaterialschicht 94 ist auf der äußeren Oberfläche der Halbschalen 64 und 66 angeordnet. Das Isoliermaterial ist vorzugsweise Schaumstoff aus Polyurethan, das an der äußeren Oberfläche der zylindrischen Halbschalen festgeklebt ist. Jedoch können ebensogut andere Schaumstoffe mit guten thermischen Isoliereigenschaften wie Polystyrol, Gummi und Silikon verwendet werden.

Die sich radial erstreckenden Endflanschabschnitte 82 - 88 weisen vorzugsweise in Längsrichtung ausgeweitete Abschnitte 100 106 an jedem Ende der Umhüllung 62 auf, um die Abdichtung rings um die Rohrleitung 16 zu vervollständigen. Die ausgeweiteten Abschnitte 100 - 106 können an der Rohrleitung 16 durch Aufpressen mittels Metallbänder (nichtgezeigt) befestigt sein.

Ein allgemein mit 110 bezeichneter Verteiler ist innerhalb der Kammer 70 angeordnet und dient dazu, den kälteerzeugenden Kühlmittelfluß im wesentlichen gleichförmig innerhalb der Kammer zu

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verteilen. In der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Verteiler 110 eine obere Hälfte 112 und eine untere Hälfte 114, die der oberen Halbschale 64 und der unteren Halbschale 66 der Umhüllung 62 entsprechen. Jeder Verteiler 112 und 114 besteht aus einem geraden Rohr mit einer Anzahl von öffnungen, mit denen mehrere Verteilerrohrleitungen 116 und 118 strömungsmäßig verbunden sind. Die Verteiler 112 und 114 sind jeweils strömungsmäßig mit einer Einlaßöffnung 120 und 122 verbunden, um den Strom des kälteerzeugenden Kühlmittels in die Kammer 70 zu ermöglichen. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, verlaufen die Einlaßöffnungen 120 und 122 radial durch die Wandungen 64 und 66 der Umhüllung 62, und ferner durch die Isolierschicht 94. Die Rohrleitungselemente 116 und 118 sind, wie man sieht, im wesentlichen gekrümmte Bauteile, die an die Krümmung der in der Mitte angeordneten Pipeline 16 angepaßt sind. Jedes Verteilerrohr weist eine Anzahl von öffnungen oder Auslässen 124 und 126 auf, entsprechend der oberen und unteren Hälfte der Kammer 70. Die öffnungen 124 und 126 sind so angeordnet, daß sie das Kühlmittel direkt in die Kammer und in Richtung auf die Oberfläche der Pipeline 16 auslassen, vorzugsweise in einem rechten Winkel bezüglich der Oberfläche der Pipeline 16« Da die Verteiler 112 und 114 miteinander nicht Strömungsverbunden sind, ist es möglich, Kühlmittel unterschiedlicher Eigenschaften und Strömungsgeschwindigkeiten in zwei Hauptabschnitte der Kammer 70 zu schicken, was der Implementierung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung entspricht, wie es im nachhinein noch erklärt wird. Während des Austausches der Wärme von dem Wasservolumen innerhalb der Pipeline 16 zu dem umgebenden Kühlmittel innerhalb der Kammer 70 verdampfen große Mengen des flüssigen Kühlmittels und bilden somit Dampf oder Gas. Dieser Dampf wird aus der Kammer 70 über eine Auslaßöffnung 128 ausgelassen, welche durch die Umhüllungswand 64 und durch die umgebende Isolation 94 verläuft. Der Dampf kann in die Umgebung abgelassen werden; vorzugsweise jedoch wird er unter den Endteilen der Um-

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hüllungswandungen 64 und 66 ausgelassen, um die äußere Oberfläche der freiliegenden und nichtisolierten Pipeline zu kühlen.

Beim Betrieb stellt die Vorrichtung 60 eine bezüglich Strömungsmitteln dichte, thermisch isolierte Kammer dar, in die ein Kühlmittel, wie beispielsweise flüssiger Stickstoff, abgegeben wird, bis wenigstens ein Teil der umschlossenen Übertragungsleitung 16 in einem Bad des flüssigen Kühlmittels untergetaucht ist. Grundsätzlich wird die Wärme von der Oberfläche der Pipeline 16 an das umgebende Kühlmittelbad durch konvektive Wärmeübertragung übertragen, wobei relativ heiße und kalte Bereiche in dem umgebenen Strömungsmittel vermischt werden, wenn das Strömungsmittel in Bewegung gebracht wird. Der größte Anteil des Wärmeaustausches resultiert aus der direkten Übertragung von der Oberfläche der Pipeline 16 an die umgebende Flüssigkeit aufgrund von Kon vektionsströmungen. Kon vektionsströmungen werden gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erzeugt, daß ein Strom von verdampftem Kühlmittel durch die Einlaßöffnung 122 eingegeben wird, so daß dieses in die Kammer 70 eindringt und unter Blasenbildung durch das umgebende ringförmige flüssige Kühlmittelbad gelangt. Die Konfektionsströmungen resultieren aus dem starken "Umrühren" der Flüssigkeit aufgrund der Bewegung der Dampf- oder Gasblasen. Der gesamte Wärmeaustausch steht in Beziehung zu dem Volumen der Blasen, der Frquenz ihrer Freigabe und der Tatsache, ob und wie weit das Kühlmittel die Oberfläche der Pipeline 16 "anfeuchtet".

Für einen schnellen Wärmeaustausch sollte die gesamte Oberfläche des eingeschlossenen Rohrabschnittes 16 konstant mit dem flüssigen Kühlmittel angefeuchtet und durchtränkt werden. Dieser Effekt wird teilweise dadurch erzielt, daß Ströme flüssigen Kühlmittels von den öffnungen 124 und 126 der Rohrleitungen 116 und 118 abgegeben werden. Es wurde jedoch erkannt, daß die Verteilung des Kühlmittels über die Oberfläche der Pipeline 16 in hohem Maße durch die Verwendung einer Schicht 132 eines permeablen, d.h. durchlässigen Materials verbessert werden kann; diese Schicht

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dient zum Zerstreuen der Ströme flüssigen Kühlmittels, die auf die Pipeline 16 gerichtet werden. Das permeable Material besteht vorzugsweise aus einem Material, welches durch das Kühlmittel leicht durchnäßt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Schicht 132 permeablen Materials aus einer Hülse eines geflochtenen Materials, wie beispielsweise einem Drahtsieb. Jedoch kann eine Zerstreuungsvorrichtung auch aus einer perforierten Metallbahn oder aus einem Geflecht aus rostfreiem Stahl oder Glasfasern bestehen. Es können auch andere Materialien mit permeablen Eigenschaften Verwendung finden. Die besten Ergebnisse wurden bei der Verwendung der oben beschriebenen Materialien erzielt, wobei diese in festem Berührkontakt mit der Pipeline 16 waren.

Bei der Verwendung der Einrichtung 60 zum Gefrieren eines Eispfropfens wird die Pipeline 16 an der zum Gefrieren bestimmten Stelle in einer Länge freigelegt, die ausreichend groß ist, die Einrichtung 60 um die Pipeline zu montieren. Die Pipeline 16 wird mit Wasser gefüllt, das vorzugsweise in Ruhezustand gehalten wird, was natürlich nicht möglich ist, wenn in der Leitung ein Leck ist. Die die Pipeline 16 umgebende Schutzhülle wird vorzugsweise in dem Bereich entfernt, in dem die Umhüllung 62 installiert werden soll. Nachdem die Umhüllung 62 umd die Pipeline herum befestigt ist, wird die gesamte Vorrichtung 60 mit einem Isoliertuch oder einer Decke 140 bedeckt, um die Geschwindigkeit des Wärmeaustausches an der Schnittstelle zwischen der Umhüllung 62 und der Pipeline 16 zu erhöhen (siehe Fig. 6). Nachdem der Prüfabschnitt der Pipeline durch die thermisch isolierte Kammer 70 eingeschlossen ist, wird flüssiger Stickstoff oder irgendein anderes kälteerzeugendes Kühlmittel in die Kammer 70 eingelassen, bis wenigstens ein Teilbereich und vorzugsweise die gesamte eingeschlossene Pipeline 16 in einem Bad des flüssigen Stickstoffs eingetaucht ist. Der flüssige Stickstoff wird in die Kammer 70 eingelassen, wie es durch die Pfeile 144 angedeutet ist, vorzugsweise bis die Kammer 70 im wesentlichen

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mit dem flüssigen Stickstoff gefüllt ist. Der Strom des flüssigen Stickstoffs in die Kammer 70 wird während eines vorbestimmten Intervalls beendet, während der flüssige Stickstoff als Reaktion auf den Wärmeaustausch von der eingeschlossenen Pipeline 16 verdampft, wobei der Dampf oder das Gas durch die Auslaßöffnung 128 in einen Verteiler 146 ausgelassen wird, so wie es durch die Pfeile 147 angedeutet wird; dort wird er durch ein Paar Rohrleitungen 148 und 150 geteilt und unter die Isolierdecke 140 abgelassen, die die Endteile der Vorrichtung 160 bedeckt; dieser Vorgang ist durch die Pfeile 149 und 151 angedeutet. Zusätzlicher flüssiger Stickstoff wird in die Kammer 70 eingelassen, falls ein Wiederauffüllen des verdampften Kühlmittels notwendig ist.

Die Geschwindigkeit und Frequenz, mit der der flüssige Stickstoff in die Vorrichtung 60 eingelassen wird, kann durch Füllen der Temperatur auf der Oberfläche der eingeschlossenen Pipeline 16 beim Füllen der Kammer 70 bestimmt werden. Dies kann manuell oder automatisch mit einem Temperaturanzeiger 152 geschehen, der auf die Temperaturschwankungen innerhalb eines Temperaturfühlers 134 anspricht, welcher in Berührkontakt mit dem eingeschlossenen Abschnitt der Pipeline 16 steht und der von dem umgebenden flüssigen Stickstoff mittels einer Isolierschicht 156 isoliert ist. Die Sonde 154 ist elektrisch mit einem Temperaturanzeiger 122 überfeine Kabelverbindung 158 verbunden. Zusätzlicher flüssiger Stickstoff wird in die Kammer 70 geleitet, um den verdampften Stickstoff wieder aufzufüllen, falls die Temperatur der Pipeline 16 bis auf einen vorbestimmten Pegel ansteigt, der oberhalb der auf dem Temperaturanzeiger 152 kenntlich gemachten Temperaturgrenze liegt, wenn die Kammer 70 im wesentlichen mit dem flüssigen Stickstoff gefüllt ist.

In der Kammer 70 ist ein Pegelsteuerelement 159 angebracht, das zur automatischen Steuerung des Flusses des flüssigen Stickstoffs dient. Das Pegelsteuerelement 159 kann ein Abstandswandler her-

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kömmlicher Bauart sein, der ein elektrisches Steuersignal 161 als Antwort auf das Verschieben des Steuerelements bezüglich einer festgelegten Entscheidungsschwelle liefert. Das Fegelsteuersignal 161, sowie ein Temperatursteuersignal 163 bilden die Eingangsgrößen für eine Flußsteuereinheit 165. Ein Flußsteuerventil 167 spricht auf ein Flußsteuersignal 169 der Steuereinheit 165 an, um die Menge des flüssigen Stickstoffs zu bemessen, die erforderlich ist, um einen vorbestimmten Flüssigkeitsstand in der Kammer 70 aufrechtzuerhalten. Das Flußsteuersignal 169 spricht auf eine vorbestimmte Funktion des Flüssigkeit-PegelSteuersignals 161, sowie des Pipeline-Temperatur st euer signals 163 an, um eine positive Steuerung des Pegelständes des flüssigen Stickstoffs in der Kammer 70 zu liefern.

Ein wichtiger Schritt beim hydrostatischen Prüfen und bei Reparatur oder Änderungsmaßnahmen unter Verwendung eines Eispfropfens besteht in der Bestimmung des Zeitpunktes, nachdem der Gefriervorgang begonnen hat und bei den ein ausreichender Eispfropfen 52P innerhalb des Te st ab schnitt es 16T der Pipeline 16 gebildet ist. Ein Verfahren, mit dem Gewißheit über das Vorhandensein eines Eispfropfens innerhalb des Testabschnittes 16T geschaffen werden kann, besteht darin, die Geschwindigkeit der Bildung von Kristallen innerhalb des Vasservolumens bei dessen Gefrieren zu messen.. Dies wird erfindungsgemäß mittels eines Tonindikators 160 erreicht, der die Amplitude oder Frequenz des innerhalb des gefrierenden Vasservolumens erzeugten Tons mißt, während sich beim Gefrieren des Wassers die Eiskristalle ausbreiten und miteinander in Berührung kommen. Ein elektrisches Signal, das proportional ist zu dem Geräusch, daß durch die kollidierenden Eiskristalle erzeugt wird, wird mittels eines Wandlers 162 generiert, der in Kontakt mit der Außenoberfläche der Pipeline 16 steht und elektrisch nit dem Tonindikator 160 über eine Leitung 164 verbunden ist. Durch Experimente wurde verifiziert, daß während des Gefriervorgangs der Wasserabschnitt

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innerhalb des Prüfbereiches 16T die Frequenz und die Amplitude des durch die kollidierenden Eiskristalle erzeugten Geräusches schnell anwachsen, wenn der Gefriervorgang beginnt, und dann kontinuierlich abklingen und einen Normalwert annehmen, nachdem der Eispfropfen gebildet ist. Aus diesem Grund kann eine Bedienungsperson die Temperatur- und Tonanzeigen dazu verwenden, um zu bestimmen, mit welcher Geschwindigkeit der flüssige Stickstoff in die Kammer gelassen werden soll, und an welchem Zeitpunkt die hydrostatische Prüfung beginnen kann, wobei man davon ausgehen kann, daß ein vollständiger Eispfropfen erzeugt wurde.

Ein wichtiges Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in dem "Umrühren" des flüssigen Stickstoffs, der die Pipeline in Form eines Kühlbades umgibt. Dies wird - wie schon oben erwähnt - durch Auslassen eines Stickstoffgasstroms durch das Bad flüssigen Stickstoffs bewirkt, wie es durch Pfeile 164 in Fig. 6 angedeutet ist. Ein Umrühren oder Bewegen des flüssigen Stickstoffbades, welches den eingeschlossenen Abschnitt der Pipeline umgibt, kann natürlich aufgrund der Auftriebsbewegung der Stickstoffgasblasen in dem Bad geschehen, wobei die Stickstoffblasen infolge des Wärmeaustausches zwischen den untergetauchten Abschnitten der Pipeline und der diesen Abschnitt umgebenden Flüssigkeit erzeugt werden. Im frühen Stadium des Gefriervorgange kann jedoch eine stärkere Bewegung wünschenswert sein; diese kann auf einfache Weise durch das Auslassen von Stickstoffdampf durch die Einlaßöffnung 122 hervorgerufen werden.

Obschon es allgemein wünschenswert ist, den Eispfropfen oder -klumpen so schnell wie möglich zu erzeugen, kann es aufgrund der strukturellen oder materiellen Beschränkungen bezüglich des Metalls, aus dem die Pipeline 16 besteht, wünschenswert sein, den Prüfabschnitt vor dem Einlassen von flüssigem Stickstoff in die Kammer 70 vorzukühlen, um einen Temperaturschock zu vermeiden. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß durch die Ein-

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laßöffnung 120 Stickstoffgas in die Kammer für einen bestimmten Zeitraum eingelassen wird, bevor das flüssige Kühlmittel in die Kammer gegeben wird, so daß die relativ warme Oberfläche der Pipeline (annähernd 300° Kelvin) auf eine relativ niedrige Temperatur von kochendem Stickstoff (etwa 77° Kelvin) abgekühlt wird.

Untersuchungen an Ort und Stelle, sowie Laborteste haben Gewißheit darüber gegeben, daß die Eigenschaften einer Bohrleitung, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Druck gesetzt und gefroren wurden, ir. keiner Weise geändert wurden. Bei einem in letzter Zeit durchgeführten Test wurden Proben von einem nicht durch Druck beaufschlagten Abschnitt, einem durch Druck beaufschlagten Abschnitt und aus einem gefrorenen Abschnitt entnommen und einer Standard-Dehnungsprüfung, einem Schlagversuch und metallographischen Untersuchungen unterworfen. Die durch den Dehnungsversuch erhaltenen Daten zeigten nur die normale Streuung in allen drei Fällen. Die beim Schlagversuch erhaltenen Daten ergaben keine Verschiebung der Sprungtemperatur; sämtliche bei den Tests erhaltene Daten fielen in den normalen Streubereich. Die Mikrostrukturen an den einzelnen Stellen waren ähnlich und bestanden aus lamellarem Perlit in einer Ferritanordnung, mit einem geringen Haß nichtmetallischer Einschlüsse. Ss wurden keine Haarrisse oder andere ungewöhnliche Strukturveränderungen festgestellt .

Der Gefriervorgang kann in hohem Maße beschleunigt werden, indem der flüssige Stickstoff über wenigstens einen Teilbereich, vorzugsweise gleichmäßig über seine gesamte eingeschlossene Oberfläche verteilt wird. Der flüssige Stickstoff kann selbstverständlich über die Oberfläche des eingeschlossenen Pipelineabschnitts dadurch verteilt werden, daß einfach ein Strom flüssigen Stickstoffs direkt auf die Oberfläche der Pipeline gerichtet wird. Jedoch wird der flüssige Stickstoff gleichförmiger und vollständiger über die Oberfläche verstreut, indem ein Strom

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flüssigen Stickstoffs direkt auf die Oberfläche eines permeablen Mediums, wie z.B. eines gewobenen Netzes 132 gerichtet wird, das direkt auf der eingeschlossenen Oberfläche des umschlossenen Pipelineabschnitts 16 angeordnet ist. Zusätzlich zu dieser Fähigkeit des Zerstreuens des flüssigen Stickstoffs über der Oberfläche der eingeschlossenen Pipeline 16 dient das permeable Medium 132 ferner zum Umrühren des die umschlossene Pipeline umgebenden flüssigen Stickstoffs durch die Auftriebsbewegung der Stickstoffgasblasen durch den flüssigen Stickstoff, wobei diese Blasen durch die Wärmeübertragung produziert werden, die von den eingetauchten Abschnitten der eingeschlossenen Pipeline an unregelmäßigen Stellen der Oberfläche des permeablen Mediums 132, das bei den eingetauchten Abschnitten der Übertragungsleitung angeordnet ist, stattfindet.

Flüssiger Stickstoff ist das bevorzugte Kühlmittel, das bei der hier beschriebenen Vorrichtung Verwendung findet. Es ist ein sicheres Kühlmittel, das chemisch ziemlich inaktiv ist und weder explosiv noch toxisch ist. Ferner ist es leicht erhältlich und kann einfach durch fraktionierte Destillation flüssiger Luft aufbereitet werden. Eine große Menge flüssigen Stickstoffs kann sicher und leicht mittels eines tragbaren Containers 170, der in Fig. 6 dargestellt ist, zu dem Arbeitsplatz transportiert werden. Eine Flüssigkeitsleitung 172 ist mit der Flüssigkeitseinlaßöffnung 120 strömungsverbunden, und eine Luftleitung 174-ist mit der Dampf-Einlaßöffnung 120 zum Auslassen von Dampf in die Kammer 70 strömungsverbunden. Eine Pumpe 176 steuert die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Stickstoffs und des Dampfes durch die Flüssigkeitsleitung 172 und die Luftleitung

Kann einmal unter Berücksichtigung der Temperaturanzeige des Anzeigegerätes 152 und der Tonanzeige des Anzeigers 160 angenommen werden, daß der Eispfropfen gefroren ist, so kann das hydrostatische Prüfen beginnen, indem auf einer Seite des Eis-

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ZJ

pfropfens (P„) der Druck langsam erhöht wird, um seinen ordnungsgemäßen Zustand zu prüfen (siehe Figuren 2 und 6). Wenn der Druck auf der Rückseite (P^) nicht anwächst, wenn zusätzliches Wasser in den Testabschnitt 16T gepumpt wird, so bedeutet dies, daß der Eispfropfen vollständig gefroren ist. Daraufhin wird zusätzliches Wasser in den Abschnitt 16T gepumpt, bis der gewünschte Testdruck in diesem Bereich erreicht ist. Der Testdruck für über der Erde liegende Bohrleitungen, sowie der Schleuse 18 und der Auslaßrohrleitung, die zu der Station 12 gehört, liegt typischerweise im Bereich zwischen 2000 PSI und 2800 PSI ( 1962 und 27^7 bar), der somit etwas höher liegt als die normalen Prüfdrücke für eingegrabene Abschnitte der Leitung 16.

Ist der Prüfdruck erreicht, so wird er über eine längere Zeitperiode hin aufrechterhalten, typischerweise 24 Stunden lang. Jede Veränderung des Drucks, der nicht auf Temperaturschwankungen zurückzuführen ist, zeigt ein Leck an. Ein Ansteigen des Drucks Ρ, zeigt in Verbindung mit einem Druckabfall in dem Testbereich an, daß der Eispfropfen entlang der Leitung verschoben wurde, oder daß der Eispfropfen ein Leck aufweist. Ein Druckabfall auf der Bückseite ohne einen Druckabfall auf der Prüfseite zeigt an, daß zwischen dem Eispfropfen 52P und dem Hauptleitungsventil 23 ein Leck vorhanden ist. Ist in diesem Bereich ein Leck vorhanden, so muß dieses ausfindig gemacht und repariert werden, und es muß eine positiv verlaufende Prüfung stattfinden, bevor zum nächsten Prüfabschnitt übergegangen werden kann.

Nach einem erfolgreichen Prüfvorgang kann der Pfropfen 52P schmelzen, und das Wasservolumen 52 wird in eine andere Stellung innerhalb der Leitung zwecks eines weiteren Testes vorwärtsbewegt. 'Das Abschmelzen des Eispfropfens 52 wird durch öffnen eines Abflußventils 130 in der unteren Hälfte 66 der Umhüllung 62 erleichtert, damit der flüssige Stickstoff schnell aus der Kammer 70 entweichen kann.

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In der nachstehenden Tabelle ist eine Übersicht der bei einem typischen Gefriervorgang auftretenden Ereignisse gegeben, wobei das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wurden:

Tabelle

Leitung:

Zweck:

Zeit

11 :1O 11:15 11:20 11:25 11:30 11:35 11:40 11:45 11:50 11:55 12:00 12:05 12:10 12:15 12:20 12:25 12:30 12:35 12:40 12:45 12:50 · 12:55 13:00 13:05 13:10 13:15 13:20 13:25 13:30 13:35 13:40 13:45 13:50* 14:00 14:05 14:10 14:20 14:30 14:45

Benjamin Station

10" (Test und PrüfStockung)

Abtrennung eines 10-Meilen-Abschnitts zum Prüfen

Rohr- Umgebungs-

T emp. Zf] Temp. [FJ

+82

+20

-57

-66

-107

-110

-125

-135

-140

-177

-180

-125

-130

-185

-225

-240

-250

-260

-285

-290

-295

-303

-307

-310

-305

-276

-230

-215.

-203

-220

-265 -300 -

-305

-310

-300 Entfernen Stickstoffbehälter, installierte Aufnahmebox; Fertig für den Drucktest.

809811/0975 Bemerkungen

fl. Stickstoff ein, Dampf aus
Beginn der Friergeräuscbe

starke Friergeräusche

sporadischer Ton

Kammer voll, Stickstoff ab

Nur Dampf

fl. Stickstoff an, Dampf aus

fl. Stickstoff an - Dampf an
Friergeräusch konstant

Eegulier-Temp. etwa -300
fl. Stickstoff ab, Dampf an
Abklingen der Gefriergeräusche

Stickstoff an - Dampf aus
Pfropfen gefroren-Flüssigk.ab-Damj Stickstoff aus ε

Dampf aus

neuer Stickstoff-Behälter begonnen

Stickstoff ei fl.Stickstoff ab, Dampf ab

Aus der obenstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist es für den Fachmann klar, daß das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, einen Eispfropfen viel schneller und mit größerer Zuverlässigkeit zu erzeugen, als es mit bekannten Anordnungen möglich war. Da der Steuerungsmechanismus bei dem Wärmeübertragungsvorgang auf konvektiver Wärmeübertragung von der Oberfläche der Pipeline direkt zu dem flüssigen Kühlmittel beruht, und nicht durch Leitung über einen Zwischenkörper, wird der Eispfropfen wesentlich schneller gebildet und während des hydrostatischen PrüfVorgangs, bei Reparatur- oder Inderun^sarbeiten mit weniger Aufwand im Vergleich zu bekannten Anordnungen aufrechterhalten.

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Claims

Patentansprüche

Λ. j Vorrichtung zum Gefrieren eines Flüssigkeitsvolumens in

Cnem Abschnitt einer Übertragungsleitung für Strömungsmittel, gekennzeichnet durch eine Umhüllung (60) mit Seitenteilen (64, 66) zum Einschließen eines Abschnittes der Leitung (16) und Ehdteilen (82 bis 88), die mit der Leitung (16) in Eingriff kommen, so daß die Seiten- und Endteile (64, 66, 82 bis 88) in ihrem an der Leitung angebrachten Zustand eine ringförmige Kammer (70) bilden, die, wenn sie mit einem im flüssigen Zustand befindlichen Kühlmittel gefüllt ist, einen Berührkontakt der gesamten, von der Umhüllung umgebenen Oberfläche der Leitung (16) mit dem Kühlmittel ermöglicht, wobei die Umhüllung (60) wenigstens eine Einlaßöffnung (120, 122) zum Einlassen eines KühlmittelStroms und wenigstens eine Austritt soff nung (128) zum Auslassen des Kühlmittels aus der Kammer aufweist, eine in der Kammer (70) angeordnete Verteilereinrichtung (112, 114), die mit der Einlaßöffnung (120, 122) zum Verteilen des Kühlmittelstroms in der Kammer (70) verbunden ist, sowie mehrere mit der Verteilereinrichtung (112, 114) in Verbindung stehende Rohrleitungen (116, 118), von denen jede

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(θ·β) aaaeea

TELEX ΟΒ-3β9βΟ

TELEQRAMME MONAPAT

INSPECTED

eine öffnung (124-, 126) zum Auslassen des Kühlmittelstroms in die Kammer (70) und auf wenigstens einen Teilbereich der von der Umhüllung (60) umgebenen Leitung (16) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine durchlässige Einrichtung (132)

zum Zerstreuen des Kühlmittels, das auf die Leitung (16) gegeben wird, vorgesehen ist, und daß die Zerstreuungseinrichtung (132) in Berührkontakt mit der Übertragungsleitung (16) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zerstreuungseinrichtung (132) aus einem Material gefertigt ist, das durch das Kühlmittel leicht durchtränkbar ist.
A. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zerstreuungseinrichtung (132) aus einer Hülse aus gewobenem Material besteht.
5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Hülse aus gewobenem Material ein Drahtsieb ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zerstreuungseinrxchtung (132) aus einem perforiertem Bandmaterial besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zerstreuungseinrichtung (132) aus einerj Faserpackung besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Faserpackung (132) aus rostfreiem Stahl besteht. _M$tH/Qi?S
9. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Faserpackung (132) aus Fiberglas besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnungen (124, 126) in den Rohrleitungen (116, 118) so angeordnet sind, daß ein Kühlmittelstrom in einem im wesentlichen rechten Winkel auf die Oberfläche der Zerstreuungseinrichtung (132) gerichtet wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenteile der Umhüllung (62) aus einer ersten und zweiten Schale (64, 66) bestehen, daß die erste und zweite Schale (64, 66) sich in Längsrichtung erstreckende Flansche (74 bis 80) aufweisen, die so aufeinander abgestimmt sind, daß das Zusammenkommen der Schalen (64, 66) zur Bildung eines geschlossenen Gehäuses möglich ist, und daß die Endteile der Umhüllung (62) Flanschabschnitte (82 bis 88) aufweisen, die sich radial von den Enden der Schalen (64, 66) erstrecken, um mit der Übertragungsleitung (16) bei jedem Endbereich der Umhüllung (62) in Eingriff zu kommen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß eine Isoliermaterialschicht auf der äußeren Oberfläche der Schalen (64, 66) vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zum Dichten des Bereiches zwischen den in Längsrichtung verlaufenden Flanschen vorgesehen ist, daß Dichtungsmittel zum Abdichten der Bereiche zwischen den Radialflanschen und der Übertragungsleitung (16) vorgesehen sind, daß eine Einrichtung (90, 92) zum Befestigen der Schalen (64, 66) mit den dazugehörigen Schalen-Dichtungsmitteln (72) vorgesehen ist, um eine flüssigkeits- und gasdichte Kammer (70) zu bilden, daß eine Isoliermantelung (140) zum Abdecken der Enden der Umhüllung (62) und des zugehörigen Endabschnitts der Übertragungsleitung vorgesehen ist, durch die eine Vorkühlzone auf jeder Seite der

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Umhüllung (62) gebildet wird, und daß eine Austrittsrohrleitung (150) mit der Austrittsöffnung (128) zum Auslassen des verdampften Kühlmittels in die von der Isoliermantelung (140) eingeschlossenen Vorkühlzone vorgesehen ist.
13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Isoliermaterialschicht (94) aus Polyurethan-Schaumstoff besteht, daö auf der äußeren Oberfläche der Schalen (64, 66) festgeklebt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Schale (64, 66) jeweils aus einem Halbzylinder bestehen, daß die Rohrleitungen (116, 118) jeweils aus einem Rohr mit mehreren Austrittsöffnungen (124, 126) bestehen, daß die Rohre (116, 118) so gekrümmt sind, daß sie an die Krümmung der Übertragungsleitung (16) angepaßt sind, daß die Rohre (116, 118) voneinander im wesentlichen einen gleichförmigen Abstand bezüglich der Längsachse der Umhüllung (62) besitzen, und daß die Austrittsöffnungen (124, 126) jedes Rohres im wesentlichen einen gleichmäßigen Abstand voneinander besitzen.
15· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß weiterhin ein Reservoir (170) vorgesehen ist, daß eine Vorratsmenge eines Kühlmittels in einem flüssigen und in einem gasförmigen Zustand innerhalb des Reservoirs vorgesehen sind, wobei das Kühlmittel von dem flüssigen in den gasförmigen Zustand unterhalb eines vorbestimmten Atmosphären-Druck- und Temperaturbereiches übergeht, daß eine Zuleitungseinrichtung (172) für das Kühlmittel vorgesehen ist, mit dem dieses aus dem Reservoir (170) zu der Einlaßöffnung (120) leitbar ist, daß eine Einrichtung (165, 167» 169) zum Steuern der Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmittels durch die Zuleitungseinrichtung (162) vorgesehen ist, und daß eine Einrichtung (152, 154, 160,,162, 164)^zum Feststellen des Gefrierens eines Wasser-

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_ 5 —

volumens oder -abscbnitts innerhalb des von der Umhüllung (62) eingeschlossenen Bereiches der Leitung (16) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichne, t , daß die Vorrichtung zum Feststellen des Gefrierens einer Einrichtung (15^, 152) aufweist, die zum Füllen der Temperatur auf der von der Umhüllung (62) eingeschlossenen Oberfläche der Übertragungsleitung (16) dient, und daß eine Einrichtung (160, 162) vorgesehen ist, die dazu dient, das bei der Bildung der Eiskristalle erzeugte Geräusch festzustellen, wenn das Vasservolumen innerhalb des Leitungsabschnittes (16) gefriert aufgrund der thermischen Energie, die von dem Wasser durch die Übertragungsleitung (16) zu dem Kühlmittel, das über die Zuleitungseinrichtung (162) in die Kammer (70) geleitet wird, übertragen wird.
17· Vorrichtung zum Gefrieren eines Flüssigkeitsabschnittes in einem Teilbereich einer Übertragungsleitung für Strömungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umhüllung (62) mit Seitenteilen (64, 66), die einen Teilbereich der Leitung umgeben, und Endteilen (82.bis 88), die mit der Leitung (16) in Eingriff sind, vorgesehen ist, daß die Seiten- und Endteile (64, 66, 82 bis 88) in dem an der Leitung (16) montierten Zustand eine ringförmige Kammer (70) bilden, daß die Umhüllung mindestens einen Einlaß (120, 122) zum Einlassen eines Kühlmittels in die Kammer (70) und mindestens einen Auslaß (128) zum Auslassen des Kühlmittels aus der Kammer (70) aufweist, daß der Einlaß eine erste öffnung (120) in der Umhüllung (62) aufweist zum Einlassen eines Kühlmittelflusses in einen ersten Bereich der Kammer (70) sowie eine zweite öffnung (122) in der Umhüllung (62) zum Einlassen eines Kühlmittelflusses in einen zweiten Bereich der Kammer (70), daß eine in der Kammer (70) angeordnete Verteilereinrichtung (112, 114) mit dem Einlaß (120, 122) strömungsverbunden ist zum Verteilen des Kühlmittelflusses in der Kammer, daß die Verteilereinrichtung aus einem ersten und zweiten Verteilerstück (112, 114) besteht, die jeweils mit-, der ersten und zweiten Einlaß-

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öffnung (120, 122) strömungsverbunden sind, daß mehrere Rohrleitungen (116, 118) mit der Verteilereinrichtung (112, strömungsverbunden sind, daß jede Bohrleitung wenigstens eine öffnung (124, 126) zum Verteilen eines Kühlmittel stroms in die Kammer (70) und in Richtung auf wenigstens einen Teil der Oberfläche der Leitung (16) aufweist, daß die Rohrleitungen aus einer ersten und zweiten Gruppe von Rohren bestehen, die mit dem ersten und zweiten Verteilerstück (112, 114·) strömungsverbunden sind, daß die Rohre der ersten Gruppe so angeordnet sind, daß sie einen Kühlmittelstrom auf die zu dem ersten Kammerbereich gehörige Oberfläche der Leitung (16) lenken, und daß die Rohre der zweiten Gruppe so angeordnet sind, daß sie einen Kühlmittelstrom auf die zu dem zweiten Kammerbereich gehörende Oberfläche der Leitung (16) lenken.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß ein Reservoir (170) vorgesehen ist, daß ein Kühlmittelvorrat in flüssigem und gasförmigem Zustand innerhalb des Reservoirs (170) vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zum Zuführen des flüssigen Kühlmittels aus dem Reservoir (170) mit der ersten Einlaßöffnung (170) strömungsverbunden ist, daß eine Einrichtung (165, 167) zum Steuern der Durchflußrate des flüssigen Kühlmittels in die Kammer (70) vorgesehen ist, daß eine Einrichtung (17^-) zum Leiten des gasförmigen Kühlmittels aus dem Reservoir (170) mit der zweiten Einlaßöffnung (122) strömungsverbunden ist, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der die Menge des in die Kammer (70) geleiteten gasförmigen Kühlmittels steuerbar ist, und daß eine Einrichtung (152, 160) vorgesehen ist, mit der das Gefrieren eines Wasserabschnittes oder -volumens innerhalb des von der Umhüllung (62) umgebenen Abschnittes der Leitung (16) bestimmbar ist.
19· Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlmittel Stickstoff ist, und daß der Flüssigkeitsbereich in dem Leitungsabschnitt (16) Wasser ist.

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20. Übertragungsleitung zum Befördern von Strömungsmitteln, gekennzeichnet durch ein Wasservolumen, das in einem ausgewählten Abschnitt der übertragungsleitung (16) angeordnet ist, eine Umhüllung (62) mit einem oberen und einem unteren Abschnitt (64, 66), die jeweils einem oberen und unteren Bereich der Übertragungsleitung (16) entsprechen und eine Kammer (70) bilden, die um den ausgewählten Abschnitt der Leitung (16) angeordnet ist, eine erste, innerhalb der Kammer (70) angeordnete Verteilereinrichtung (112, 116) mit mehreren Rohrleitungen, die so angeordnet sind, daß mit ihnen ein Strömungsmittel über wenigstens einen Teilbereich der oberen Hälfte der Übertragungsleitung (16) verteilbar ist, eine zweite innerhalb der Kammer (70) angeordnete Verteilereinrichtung (114, 118) mit mehreren Rohrleitungen, die so angeordnet sind, daß mit ihnen ein Strömungsmittel über wenigstens einen Teilbereich der unteren Hälfte der Übertragungsleitung (16) verteilbar ist, eine Einrichtung (146) zum Auslassen von Dampf oder Gas aus der Kammer (70) in die Umgebungsluft, ein Reservoir (170) eines kälteerzeugenden Kühlmittels in flüssigem oder gasförmigem Zustand, eine erste Versorgungsleitung (172), die mit dem Reservoir (170) und der ersten Verteilereinrichtung (112, 116) verbunden ist, um Kühlmittel entweder im flüssigen oder gasförmigen Zustand über wenigstens einen Teilbereich der oberen Hälfte der Übertragungsleitung (16) zu verteilen, eine zweite Versorgungsleitung (174)» die mit dem Reservoir (170) und der zweiten Verteilereinrichtung (114, 118) verbunden ist, um Kühlmittel in entweder flüssigem oder gasförmigem Zustand über wenigstens einen Teilbereich der unteren Hälfte der Übertragungsleitung (16) zu verteilen, und eine Einrichtung (176), mit der selektiv den Versorgungsleitungen ein Kühlmittel in flüssigem oder gasförmigem Zustand zuführbar ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der ersten Versorgungsleitung (172) ein Kühlmittel zugeführt wird, das im wesentlichen flüssig ist, und daß der zweiten Versorgungsleitung (174) ein Kühlmittel zugeführt wird, das im wesentlichen gasförmig ist, daß im unteren

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Bereich der Umhüllung (62) ein aus einer Flüssigkeit bestehendes Kühlmittelbad vorhanden ist, und daß das gasförmige Kühlmittel aus der zweiten Verteilereinrichtung (114, 118) durch dieses Bad geleitet wird.
22. Verfahren zum Gefrieren eines Flüssigkeitsvolumens innerhalb eines Abschnittes einer Übertragungsleitung für Strömungsmittel, bei dem thermische Energie aus dem Flüssigkeitsvolumen durch die Übertragungsleitung an ein Kühlmittel übertragen wird, welches bei einem.bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur verdampft, bzw. gasförmig wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Abschnitt der übertragungsleitung mit einem thermisch isolierenden Material umhüllt wird, um eine isolierende Kammer um diesen Abschnitt herum zu bilden, daß in die Kammer ein flüssiges Kühlmittel eingelassen wird, bis wenigstens ein Teilbereich der umhüllten Übertragungsleitung in einem Bad eines flüssigen Kühlmittels untergetaucht ist, daß die Flüssigkeit in dem Bad bewegt oder umgerührt wird, und daß das gasförmige Kühlmittel aus der Kammer ausgelassen wird.
23· Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß das flüssige Kühlmittel solange in die Kammer eingelassen wird, bis die Kammer im wesentlichen mit der Flüssigkeit gefüllt ist, daß dann das Einlassen für eine bestimmte Zeit unterbrochen wird, während die Flüssigkeit als Folge der Wärmeübertragung von der Übertragungsleitung verdampft, und daß das Einlassen daraufhin forgesetzt wird, um das verdampfte Kühlmittel wieder aufzufüllen.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur auf der Oberfläche der eingeschlossenen Übertragungsleitung gemessen wird, wenn die Kammer gefüllt wird, und daß das Einlassen des flüssigen Kühlmittels in die Kammer wiederholt wird, um das verdampfte Kühlmittel wieder aufzufüllen, wenn die Temperatur der Übertragungs-

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leitung auf einen bestimmten Wert anwächst, welcher oberhalb derjenigen Temperatur der Übertragungsleitung liegt, die angezeigt wird, wenn die Kammer im wesentlichen gefüllt ist.
25· Verfahren nach Anspruch 24-, dadurch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeit, mit der sich innerhalb des Flücsigkeitsvolumens beim Gefrieren Kristalle bilden, gemessen wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß das Messen der Kristallbildungsgeschwindigkeit dadurch bewerkstelligt wird, daß die Amplitude des Geräusches festgestellt wird, daß innerhalb des Flüssigkeitsvolumens durch die Bewegung der Kristalle beim Gefrieren des Flüssigkeitsvolumens entsteht.
27' Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß das Messen der Kristallbildungsgeschwindigkeit dadurch bewerkstelligt wird, daß die Frequenz des Geräusches festgestellt wird, welches innerhalb des Flüssigkeitsvolumens durch die Bewegung der Kristalle beim Gefrieren des Flüssigkeitsvolumens entsteht.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß vor dem Einlassen des flüssigen Kühlmittels in die Kammer eine bestimmte Zeit lang ein gasförmiges Kühlmittel in die Kammer eingelassen wird.
29· Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß das Einlassen des gasförmigen Kühlmittels in die Kammer beim Einlassen des flüssigen Kühlmittels in die Kammer fortgesetzt wird.

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30. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß das flüssige Kühlmittel über wenigstens einen Teil der eingeschlossenen oder umhüllten Übertragungsleitung zerstreut wird, wenn das Kühlmittel in die Kammer eingelassen wird.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , daß das Zerstreuen des Kühlmittels dadurch bewerkstelligt wird, daß ein Strom des flüssigen Kühlmittels in Richtung auf die Oberfläche der Übertragungsleitung gerichtet wird.
32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , daß das Zerstreuen dadurch bewerkstelligt wird, daß ein Strom des flüssigen Kühlmittels in Richtung auf die Oberfläche eines permeablen Mediums gerichtet wird, welches auf der Übertragungsleitung angeordnet ist.'
33· Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß das Umrühren des flüssigen Kühlmittelbades durch Auslassen eines gasförmigen Kühlmittelstroms durch das flüssige Kühlmittelbad geschieht.
34. Verfahren nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet , daß ein Strom eines gasförmigen Kühlmittels auf die eingeschlossene Oberfläche der Übertragungsleitung gleichzeitig mit dem Strom des gasförmigen Kühlmittels durch das Kühlmittelbad geleitet wird.
35· Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß das Umrühren des Flüssigkeitsbades durch die Auftriebsbewegung der Kühlmittelgasblasen durch das Kühlmittelbad bewerkstelligt wird, wobei die Blasen infolge der Wärmeübertragung von den eingetauchten Bereichen der Leitung zu der die Leitung umgebenden Flüssigkeit erzeugt werden.

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36. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß das Umrühren des Flüssigkeitsbades durch die Auftriebsbewegung der Kühlmittelgasblasen durch das Kühlmittelbad bewerkstelligt wird, wobei die Blasen infolge des Wärmetransports von den untergetauchten Bereichen der Übertragungsleitung bei Strukturunregelmäßigkeiten in der Oberfläche eines auf den untergetauchten Bereichen der Übertragungsleitung angeordneten permeablen Mediums erzeugt werden.
37· Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß das gasförmige Kühlmittel aus der Kammer in Richtung auf das thermisch isolierende Material ausgelassen wird.
38. Verfahren nach Anspruch 37» hei dem die isolierte Kammer eine abnehmbare Hülse oder Schale umfaßt und das Isoliermaterial einen Mantel aufweist, der die Verbindungsstelle jedes Endes der Hülse oder Schale und die über den Abschnitt der Übertragungsleitung herausragenden Bereiche überdeckt, dadurch gekennzeichnet , daß das Einlassen dadurch bewerkstelligt wird, daß das gasförmige Kühlmittel durch eine mit der Kammer strömungsverbundene Verteilereinrichtung ausgelassen wird, wobei die Verteilereinrichtung mehrere Rohrleitungen aufweist, durch die das gasförmige Kühlmittel in Richtung auf den Mantel an den jeweiligen Enden des Abschnittes ausgelassen wird.

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