DE4324051A1 - Rohrleitungssystem zum Transport von Fernwärme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohrleitungssystem zum Transport von Fernwärme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für den Transport von Fernwärme vom Wärmeerzeuger zum Verbraucher werden Rohrleitungen verwendet, die aus einem das Medium - Heißwasser oder Dampf - führenden Innenrohr, einer Wärmeisolierschicht sowie einem Außenrohr bestehen.

Neben den sogenannten Stahlmantelrohren sind insbesondere im Verteilernetz Rohrleitungen im Einsatz, die aus miteinander verbundenen Rohrabschnitten bestehen, deren Wärmeisolierschicht aus Polyurethanschaum besteht. Die bekanntesten Systeme der letztgenannten Art sind die sogenannten Kunststoffmantelrohre und ein unter dem Handelsnamen Flexwell-Fernheizkabel vertriebenes flexibles Leitungsrohr.

Für beide Leitungsrohrtypen wurden bislang als Treibmittel für den Polyurethanschaum fluorierte Kohlenwasserstoffe mit der Bezeichnung FCKW R11 bzw. FCKW R12 verwendet. Diese Kohlenwasserstoffe verdampfen bei der Verarbeitung des Schaumes und bilden den Zellinhalt des Schaumes. Sowohl Wärmeleitfähigkeit als auch die Diffusionsgeschwindigkeit des Zellgases ist sehr niedrig, wodurch die hervorragenden Wärmedämmwerte erreicht werden.

Wegen des Verdachts, die Ozonschicht zu zerstören, ist 1991 beschlossen worden, daß ab 1995 keine fluorierten Kohlenwasserstoffe mehr eingesetzt werden dürfen.

Auf der Suche nach Ersatzstoffen für die verbotenen Treibmittel ist man auf ein Schaumsystem gestoßen, bei welchem die Komponente Isocyanat mit Wasser reagiert und dabei u. a. Harnstoffanteile und Kohlendioxid bildet. Das Kohlendioxid wird während der chemischen Reaktion freigesetzt und wirkt als Zellbildner.

Diese sogenannten wassergetriebenen oder chemisch getriebenen Schaumstoffsysteme weisen im allgemeinen keine wesentlich schlechteren Eigenschaften als die FCKW-getriebenen Schaumsysteme auf.

Ein wesentlicher Nachteil ist jedoch, daß das Kohlendioxid schneller als der fluorierte Kohlenwasserstoff durch die Zellwände hindurch und damit aus dem Schaumstoff herausdiffundiert. Bei den Kunststoffmantelrohren diffundiert das Kohlendioxid sogar durch den Kunststoffmantel.

Hierdurch verliert der Schaum an Volumen und löst sich von dem angrenzenden Innenrohr und dem Außenrohr. Bei dem Flexwell- Fernheizkabel ist dieser Prozeß nicht so stark zu bemerken, da Innen- und Außenrohr aus Metall bestehen und eine Wanderung des Gases nur in Längsrichtung auftreten kann.

Da jedoch Fernwärmeleitungen 30 Jahre lang ihre Eigenschaften weitestgehend beibehalten müssen, sind auch beim Flexwell- Fernheizkabel Vorkehrungen zu treffen, wenn ein wassergetriebener Schaum eingesetzt werden soll.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Flexwell-Fernheizkabel so zu verbessern, daß ein FCKW-haltiger Schaum vermieden ist, und daß die Eigenschaften des wassergetriebenen Schaumes über einen möglichst langen Zeitraum erhalten bleiben.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 erfaßten Merkmale gelöst.

Die aufgeführten Werte gewährleisten, daß eine Diffusion des Kohlendioxids durch die Zellwände weitestgehend unterbunden wird. Sie können durch die Reaktionsdaten gesteuert werden. Bei dem herkömmlichen Flexwell-Fernheizkabel besitzt der FCKW getriebene Schaum auch bei erhöhten Temperaturen eine Stützwirkung. Der wassergetriebene Schaum zeigt dieses Verhalten insbesondere bei erhöhten Temperaturen nicht so deutlich. Deshalb muß das Außenrohr so ausgestaltet werden, daß es allein die Erd- und zu erwartenden Verkehrslasten aufnehmen kann. Dies kann z. B. durch eine Erhöhung der Wanddicke, durch eine besondere Materialauswahl oder eine andere Form der Wellung erreicht werden.

Durch die Führung der chemischen Reaktion kann wie oben erwähnt zwar die Diffusion des Kohlendioxids eingeschränkt aber nicht völlig verhindert werden. Aus diesem Grunde ist vorgesehen, daß bei der Verlegung Vorsorge dafür getroffen wird, daß das Kohlendioxid nicht aus dem Ringraum zwischen Innen- und Außenrohr entweichen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Die Erfindung ist anhand der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In der Fig. 1 ist eine seitliche Ansicht z. T. im Schnitt eines Fernheizkabels zum Transport von Fernwärme nach der Lehre der Erfindung dargestellt.

Mit 1 ist das Innenrohr bezeichnet, welches ein gewelltes Metallrohr z. B. aus Edelstahl ist. Das Innenrohr 1 ist in radialem Abstand von einem Außenrohr 2 umgeben, welches ebenfalls ein gewelltes Metallrohr z. B. aus Stahl ist. Zwischen den Rohren 1 und 2 befindet sich eine Isolierschicht 3 auf der Basis von Polyurethan. Das Außenrohr 2 ist von einem Kunststoffmantel 4 z. B. aus Polyethylen umgeben, der auf einer die Wellentäler des Außenrohres 2 ausfüllenden Schicht 5 aus einer Korrosionsschutzmasse auf der Basis von Bitumen aufliegt. Ein solches Leitungsrohr kann in nahezu unendlichen Längen in kontinuierlicher Arbeitsweise hergestellt werden. (s. DE-PS 17 79 406)
Das Rohr nach der Lehre der Erfindung unterscheidet sich von dem bekannten Rohr dadurch, daß anstelle des bisher verwendeten FCKW getriebenen Schaums ein Schaum eingesetzt wird, der mit Kohlendioxid getrieben ist. Durch eine Zugabe von Wasser zu den Schaumstoffkomponenten Polyol und Polyisocyanat wird durch eine chemische Reaktion Kohlendioxidgas frei, welches die Kunststoffmasse aufschäumt und die Zellen ausfüllt.

Das Außenrohr 2 ist so ausgestaltet, daß es die zu erwartenden Erd- und Verkehrslasten allein aufzunehmen vermag. Die idealen Querschnittswerte des Außenwellrohres sind so aufeinander abgestimmt, daß beim erdverlegten System mit 0,25 m effektiver Überdeckung und einer Belastung durch ein Regelfahrzeug der Brückenklasse SLW 60 eine Schaumverformung von 2% nicht überschritten wird.

Gegegenüber dem bisher verwendeten fluorchlorkohlenwasserstoffhaltigen Treibmittel R11 weist das nunmehr verwendete Treibmittel Kohlendioxid eine in etwa 10% höhere Wärmeleitfähigkeit auf. Dieser Nachteil kann durch eine etwas größere Wanddicke der Isolierschicht 3 ausgeglichen werden.

Ein weiterer Nachteil des Zellgases Kohlendioxid besteht darin, daß das Kohlenstoffdioxidmolekül kleiner ist als das Molekül des Treibmittels R11 mit der Folge, daß die Diffusion durch die Zellwände nach außen schneller vonstatten geht. Da ein "Nachströmen" von z. B. Luft in die Zellen sehr langsam vor sich geht, und die Luft im Gegensatz zum Kohlendioxid unter Normaldruck steht, ist zu erwarten, daß der Schaum im Laufe der Zeit sein Volumen verringert. Dieser Erscheinung wird entgegengewirkt, in dem z. B. bei der Verlegung der Leitungsrohren zu dem Rohrleitungssystem dafür Sorge getragen wird, daß ein Gasaustritt aus dem Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr 2 weitestgehend unterbunden wird. Während des Transportes und auch während der Lagerung können z. B. die Enden jeder Rohrlänge durch Metallkappen abgedichtet werden.

Die Fig. 2 zeigt das Ende einer Rohrleitungslänge, bei welcher der Ringraum zwischen Innenrohr 1 und Außenrohr 2 gasdicht verschlossen ist. Hierzu ist das Außenrohr 2 gegenüber dem Innenrohr 1 abgesetzt. An das entwellte Ende 6 des Innenrohres 1 wird ein glatter Rohrstutzen 7 angeschweißt. Auf den Rohrstutzen 7 wird eine sich konisch erweiternde Blechhülse 8 soweit aufgeschoben, daß ihr erweitertes Ende auf dem Außenrohr 2 aufliegt. Die Blechhülse 8 wird sowohl mit dem Rohrstutzen 7 als auch mit dem Außenrohr 2 gasdicht verschweißt.

Bei der Verschweißung mit dem Außenrohr 2 verläuft die Rundumnaht 9 entlang dem Wellenberg des Außenrohres 2. Wenn es sich bei dem Außenrohr 2 um ein schraubenlinienförmig gewelltes Rohr handelt, muß der Spalt zwischen zwei benachbarten Wellenbergen durch eine Zunge 10 verschlossen werden, die in das Wellental gedrückt und im Wellental verschweißt wird. Nach diesen Arbeiten wird Dichtmasse 11 in die vom Kunststoffmantel 4 freigelegten Wellentäler eingebracht und ein Schrumpfschlauch 12 aufgeschrumpft, der sich von der Blechhülse 8 bis zum Kunststoffmantel 4 erstreckt. Mit 13 ist noch eine Anordnung bezeichnet, mit welcher ein aufschäumbares Kunststoffgemisch in den von der Blechhülse 8 umgebenen Raum eingespeist werden kann. Eine nicht näher bezeichnete Verschraubung verschließt die Öffnung.

Ein so vorbereitetes Ende kann z. B. mit einem in gleicher Weise vorbereiteten Ende durch eine Schweißverbindung der Rohrstutzen 7 verbunden werden bzw. an eine Armatur z. B. ein T-Stück etc. angeschlossen werden. Durch die Blechhülse 8 sowie deren gasdichte Verschweißung mit dem Rohrstutzen 7 und dem Außenrohr 2 wird ein Austreten von Kohlendioxid vollkommen unterbunden. Dadurch wird eine Diffusion des Zellgases Kohlendioxid durch die Zellwände und damit eine Schrumpfung der Isolierschicht 3 in starkem Maße verhindert.

Claims (5)

1. Rohrleitungssystem zum Transport von Fernwärme, bestehend aus einer Vielzahl einzelner Rohrleitungsabschnitte, wobei jeder einzelne Rohrleitungsabschnitt aus einem gewellten metallischen Innenrohr, einem gewellten metallischen Außenrohr, einer zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr befindlichen Wärmeisolierschicht aus Polyurethanschaum sowie einem auf dem Außenrohr befindlichen Kunststoffaußenmantel besteht, und wobei die einzelnen Rohrleitungsabschnitte miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) der Polyurethanschaum ist chemisch getrieben und seine Zellen sind mit Kohlendioxid gefüllt,
• b) der Polyurethanschaum weist mehr als 90% geschlossene Zellen auf, seine Rohdichte beträgt zwischen 70 und 90 kg/m³ und seine Erweichungstemperatur liegt unter Betriebsbedingungen bei mehr als 140°C,
• c) die Biegefestigkeit des Polyurethanschaums liegt zwischen 70 und 100 N/cm² und seine Druckspannung bei 10% Stauchung bei mehr als 45 N/cm²,
• d) das Außenrohr ist in Kombination mit dem Kunststoffaußenmantel so ausgestaltet, daß die bei Erdverlegung zu erwartenden Erd- und Verkehrslasten von diesen beiden Bauelementen allein aufgenommen werden,
• e) das Rohrleitungssystem ist derart aufgebaut, daß das Volumen des Polyurethanschaums bei Betriebsbeanspruchung nicht unter 80% des Volumens des Ringraumes zwischen Innen- und Außenrohr abfällt.

2. Rohrleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumverformung des erdverlegten Systems unter Verkehrslast nicht mehr als 2% beträgt.

3. Rohrleitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt zwischen Innen- und Außenrohr an jedem Ende jedes Rohrleitungsabschnitts durch eine metallische Abdeckung abgedichtet ist.

4. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Enden des Innenrohres jeden Rohrleitungsabschnittes ein Glattrohrabschnitt angesetzt ist, und daß die Innenrohre zweier Rohrleitungsabschnitte durch endseitiges Verschweißen der Glattrohrabschnitte miteinander verbunden sind.

5. Rohrleitungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich konisch erweiterndes Blechformteil mit seinem größeren Durchmesserbereich mit dem Außenrohr und mit seinem kleineren Durchmesserbereich mit dem Glattrohrabschnitt gasdicht verschweißt ist.