DE3500338A1 - Waermeisolierte transportleitung fuer fluids - Google Patents

Description

PATENTANWALT O O U U J J b

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 - TELEFON (0711) 244003

TELEX: 7-21865

.3- - C 153 -

COMPAGNIE FRANCAISE DES PETROLES 5, Rue Michel-Ange, 75781 Paris Cedex 16 / Frankreich

WÄRMEISOLIERTE TRANSPORTLEITUNG FÜR FLUIDS

Die Erfindung bezieht sich auf eine Transport- oder Förderleitung für Fluids mit zwei zueinander koaxial angeordneten Metallrohren, von denen wenigstens das Innenrohr zur Beförderung eines kalten oder heißen Fluids dient, das bezüglich der Außenseite bzw. bezüglich des auf der Außenseite der Förderleitung befindlichen Mediums thermisch isoliert gehalten werden soll.

Der Ringraum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr kann mit einem Isoliermaterial gefüllt sein. Dieser Ringraum kann auch zur Beförderung eines anderen Fluids dienen oder um darin ein Neutralgas zirkulieren zu lassen, mit dessen Hilfe die Dichtheit der Förderleitung überwacht wird.

Im Zusammenhang mit der Verankerung des Innenrohrs ergeben sich beträchtliche Schwierigkeiten, wenn sichergestellt werden muß, daß das Innenrohr trotz der aus Temperaturunterschieden resultierenden sehr hohen mechanischen Beanspruchungen zentriert und an Ort und Stelle gehalten wird, ohne daß dabei gleichzeitig unzulässig hohe Wärmeverluste entstehen. Besonders bei einer eingetaucht, zum Beispiel unterseeisch geführten Förderleitung für ein kryogenes Fluid kann eine örtlich schwache oder unzureichende Wärmeisol Jerunq die Mi. übildunq

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auf der Außenseite der Rohrleitung hervorrufen, womit die Schwimm- oder Auftriebskraft der Förderleitung ansteigt und damit die Gefahr entsteht, daß die Förderleitung sich deformiert und bricht.

Im Zusammenhang mit diesem Problem durchgeführte Untersuchungen haben ergeben, daß eine wirksame Verankerung des Innenrohrs mit Hilfe wärmeisolierender Bauteile unmöglich ist. Deshalb zielt die Erfindung auf eine Anordnung zur Verankerung des Innenrohrs im Außenrohr ab, bei der in gewissen Abständen zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr eine örtlich begrenzte Wärmebrücke erzeugt wird und die Auswirkungen dieser örtlichen Wärmebrücken mit Hilfe zusätzlicher örtlicher Isolierung auf der Förderleitung begrenzt werden.

Eine Fluid-Förderleitung mit zwei zueinander koaxial angeordneten Metallrohren, einem Innenrohr und einem Außenrohr, wobei das Innenrohr zur Beförderung eines gegenüber dem die Förderleitung umgebenden Außenmediums wärmezuisolierenden Fluids dient und aus einer Mehrzahl von Sektionen besteht, die jeweils einen Innenrohrabschnitt und einen Außenrohrabschnitt aufweisen und einander axial folgen, wobei die Innenrohrabschnitte und die Außenrohrabschnitte von zwei aufeinanderfolgenden Sektionen in einer Verbindungszone durch Zwischenfügung eines metallischen Verbindungsringes miteinander verschweißt sind, bestehend aus einem inneren Endring des gleichen Durchmessers wie das Innenrohr, einem äußeren Endring des gleichen Durchmessers wie das Außenrohr und einem die beiden Endringe verbindenden, sich radial erstreckenden Mittelabschnitt, - ist zur Erreichung der vorgenannten Zielsetzung nach dem Grundgedanken der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß außen um die Verbindungszone eine Metallhülse angeordnet ist, deren axiale Endabschnitte mit dem Außenrohrabschnitt zweier aufeinanderfolgender Sektionen verschweißt ist, so daß

eine die Verbindungszone umgebende geschlossene Kammer entsteht, die einen wärmeisolierenden Stoff bzw. ein solches Medium enthält.

Der wärmeisolierende Stoff besteht vorzugsweise aus geschäumtem wärmeisolierendem Material, beispielsweise aus einem Polyurethan - oder einem Epoxy-Schaum.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Metallhülse die Form eines Zylinders besitzen, der an beiden Enden axial einen Bund aufweist, der mit dem entsprechenden äußeren Rohrabschnitt zweier aufeinanderfolgender Sektionen verschweißt ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer Fluid-Transportleitung anhand der Zeichnung, die in einer einzigen Figur einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform einer Fluid-Transportleitung gemäß der Erfindung zeigt.

Die Figur zeigt einen Bereich einer Fluid-Transportleitung' der eine Verbindungszone 1 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Leitungsabschnitten 2 und 3 umgibt.

Die Leitungssektion 2 umfaßt ein Innenrohr 4 aus Stahl, und die Leitungssektion 3 ein entsprechendes Innenrohr 5. Außerdem umfaßt die LeitungsSektion 3 ein Außenrohr 6 aus Stahl und die Leitungssektion 3 ein entsprechendes Außenrohr 7. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel dient das Außenrohr lediglich als Mantel oder Hülle für das Innenrohr, wobei im Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr kein Fluid strömt. Diese entsprechenden Ringräume 8 in der LeitungsSektion 2 bzw. 9 in der LeitungsSektion 3 sind mit injiziertem Polyurethan-Schaum gefüllt.

Der injizierte Polyurethan-Schaum erstreckt sich nicht bis in die Verbindungszone 1, da zwei aus Polyurethan-Schaum geformte Ringe 10, 11 dort gleichzeitig mit einem Verbindungsring 12 aus Stahl eingeführt werden, um, wie aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht, die Isolierung zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr zu vervollständigen.

Der Verbindungsring 12 umfaßt einen inneren Endring 13 und einen äußeren Endring 14, die mit Hilfe eines mittleren Ringabschnittes 15 miteinander in Verbindung stehen. Der innere Endring 13, der eine größere axiale Länge als der äußere Endring 14 aufweist, ist an seinen beiden axialen Endabschnitten 16, 17 unmittelbar mit den Innenrohrabschnitten 4 bzw. 5 verschweißt. Die äußeren Rohrabschnitte 6 und 7 sind kürzer (über eine größere Länge) abgeschnitten als die Innenrohrabschnitte 4 und 5, so daß der Endring 14 nicht direkt mit den beiden zugeordneten axialen Endabschnitten 18, 19 an die Außenrohre 6 bzw. 7 angeschweißt ist, sondern dort zwei Stahlrohrhülsen 20, 21 zwischen dem Außenrohrabschnitt 6 bzw. 7 und dem Endring 14 eingefügt sind. Diese Stahlrohrabschnitte 20, 21 sind an ihren axialen Enden sowohl mit dem Endring 14 als auch an den axialen Enden 22 und 23 mit den Außenrohrabschnitten 6 bzw. 7 verschweißt. Aufgrund dieser Anordnung ist es möglich, die geformten Isolierreifen 10 und 11 einzuführen, nachdem die Schweißungen an den Endabschnitten 16 und 17 durchgeführt worden sind und bevor die Rohrhülsen 20 und 21 an Ort und Stelle gebracht worden sind. Bei einer praktischen Ausführungsform werden die geformten Schaumstoffreifen 10 und 11 aus zwei Halbschalen zusammengesetzt, die miteinander verbunden bzw. verklebt werden, wenn sie an Ort und Stelle sitzen. Ebenfalls bei einer praktischen Ausführungsform entstehen die Rohrhülsen 20 und 21 aus zwei Halbhülsen, die an Ort und Stelle gebracht und dann an zwei Erzeugungslinien miteinander sowie an den Endabschnitten mit

den benachbarten Bauteilen verschweißt werden, nämlich mit den äußeren Rohrabschnitten 6 oder 7 und dem äußeren Endring 14.

Innerhalb des Innenrohres,das innerhalb des in der Zeichnung dargestellten Bereiches aus den Rohrabschnitten 4, 5 und dem inneren Endring 13 besteht, strömen beispielsweise in Richtung des Pfeiles 31 auf Temperaturen in der Größenordnung von -50° verflüssigte Erdgase (Erdölgase). Es sei angenommen, daß die Transportleitung in Wasser (nicht dargestellt) eingetaucht und zu beiden Seiten der Hülse 24 von einem Betonmantel 32, 33 umgeben ist. Der Abstand zwischen benachbarten Verbindungszonen 1 hängt besonders ab vom Profil bzw. Durchmesser der Transportleitung, den Anforderungen für die Zentrierung des Innenrohres und auch von den zulässigen Wärmeverlusten. Dieser Abstand kann beispielsweise in der Größenordnung von zwischen 50 m und 100 m liegen. Der Abstand kann auch so ausgewählt sein, daß für den Fall des Eindringens von Wasser in eine bestimmte Sektion die daraus resultierende Erhöhung der Wärmeverluste der Leitung als ganzem noch als zulässig angesehen wird, womit man die Notwendigkeit vermeiden kann, daß nur eine einzelne beschädigte Sektion auszuwechseln ist.

Die Abmessungen der Metallhülsen 24 und der Reifen oder Ringe aus Polyurethan-Schaum zum Ausfüllen der Kammern 3 0 sind von den Besonderheiten der jeweiligen Anlage bzw. Einrichtung abhängig. Bei einem Sonderfall eines Anwendungsbeispiels für eine eingetauchte bzw. abgesenkte Förderleitung, deren Innenrohr einen Außendurchmesser von 50 cm besitzt und zur Förderung von verflüssigten Gasen bei -50° bestimmt ist, und dessen Außenrohr einen Mantel mit einem Außendurchmesser von 66 cm aufweist, hat die Metallhülse 24 eine Länge von 2 m, eine Wandstärke von 2 cm und einen Innendurchmesser von 76 cm.

Darunter befindet sich ein Band oder Reifen aus Polyurethan-Schaum mit einer Dicke von 5 cm, während der mittlere Steg 15 des Verbindungsringes 12 an der schmälsten Stelle eine axiale Dicke von 4 cm und an den Anschluß-Übergängen zu den Endringen 13, 14 eine axiale Länge bzw. Dicke von 20 cm aufweist.

Wenn das Innenrohr heruntergekühlt wird, erfahren die Verbindungsringe 12 Scherspannungen, während das Innenrohr auf Zug-und das Außenrohr auf axialen Druck beansprucht sind. Die Gestalt der Verbindungsringe 12 und im besonderen deren mittlerer Ringabschnitt 15 wird so bemessen und ausgewählt, daß eine Konzentration von Beanspruchungen vermieden wird. Die Verbindungsringe 12 haben die Aufgabe, Verschiebungen oder Verwerfungen zu verhindern, die für die Gebrauchsdauer der verschiedenen Einzelteile der Transportleitung schädlich sind. Die Hülse 24 und die sie begrenzende Kammer 30 sind so bemessen, daß die die Auswirkungen der von dem darunterliegenden Verbindungsring 12 gebildeten Wärmebrücke so weit zu verringern, daß die Gefahr des Anfrierens des die Transportleitung umgebenden Wassers verhindert wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der im Ringraum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr ein Fluid zirkuliert, ist der mittlere Ringteil 15 des Verbindungsringes 12 perforiert bzw. mit Durchgängen in Längsrichtung versehen, durch die das Fluid hindurchströmen kann. Die Ringräume 8 und 9 würden in diesem Fall nicht mit geschäumtem Kunststoff gefüllt sein. ι

Claims (4)

O O U U J J O PATENTANWALT 7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003 TELEX: 7-21865 - C 153 - COMPAGNIE FRANCAISE DES PETROLES 5f Rue Michel-Ange, 75781 Paris Cedex 16 / Frankreich PATENTANSPRÜCHE

1. Transportleitung für Fluids mit zwei zueinander koaxial angeordneten Metallrohren, einem Innenrohr und einem Außenrohr, wobei das Innenrohr zur Beförderung eines gegenüber dem die Förderleitung umgebenden Außenmedium wärmezuisolierenden Fluids dient, und die aus einer Mehrzahl von Sektionen (2,3) besteht, die jeweils einen Innenrohrabschnitt (4,5) und einen Außenrohrabschnitt (6,7) aufweisen und einander axial folgen, wobei die

r Innenrohrabschnitte und die Außenrohrabschnitte je

zweier aufeinanderfolgender Sektionen in einer Verbindungs- \ zone durch Einfügung eines metallischen Verbindungsringes (12) miteinander verschweißt sind, der eine innere Anschlußhülse bzw. Endring (13) des gleichen Durchmessers wie das Innenrohr, eine äußere Anschlußhülse (14) des gleichen Durchmessers wie das Außenrohr und einen die beiden Anschlußhülsen verbindenden, radial verlaufenden mittleren Ringabschnitt (15) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß außen rund um die Verbindungszone (1) eine Metallhülse (24) angeordnet und in Axialrichtung durch Endabschnitte (26,27) begrenzt ist, die an den Außenrohrabschnitt (6,7) der beiden aufeinanderfolgenden Sektionen (2,3) angeschweißt sind, so daß eine die Verbindungszone (1) umgebende geschlossene Kammer (30) entsteht, die einen thermisch isolierenden Stoff oder ein solches Medium enthält.

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2. Förderleitung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Metallhülse (24) die Form eines Zylinders (25) aufweist, der axial an beiden Enden einen nach innen vorspringenden Bund oder eine Stirnwand (2 6,27) aufweist, die mit dem entsprechenden Außenrohrabschnitt (6,7) der beiden aufeinanderfolgenden Leitungssektionen (2,3) verschweißt sind,

3. Förderleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der thermisch isolierende Stoff einen Schaum aus thermisch isolierendem Material umfaßt.

4. Förderleitung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß das thermisch isolierende Material aus der Polyurethan- und Epoxidharze enthaltenden Gruppe besteht.