DE60038301T2

DE60038301T2 - Isolierte tracer-leitung in einem rohr mit geregelter leitfähigkeit und verfahren zur herstellung dieser tracer-leitung

Info

Publication number: DE60038301T2
Application number: DE60038301T
Authority: DE
Inventors: R. Knox San Marcos PITZER; Roy E. San Marcos BARTH; Donald W. New Braunfels HIRSCH
Original assignee: Thermon Manufacturing Co
Current assignee: Thermon Manufacturing Co
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2020-05-06
Also published as: EP1207998A1; DE60038301D1; AU4989000A; EP1207998B1; CA2372660A1; CA2372660C; WO2000067995A1; EP1207998A4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wärmeübertragung und speziell eine Begleitheizungsvorrichtung und ein Begleitheizungsverfahren.
Begleitheizungssysteme, die Dampf oder heiße Fluids als Heizmedium verwenden, werden im Allgemeinen in industriellen Verarbeitungsbetrieben wie Raffinierien und Chemiewerken installiert, um das Gefrieren von Stoffen in Prozess-, Anschluss- oder Versorgungsrohrleitungen oder -anlagen während Stilllegungszeiten oder bei kaltem Wetter zu verhindern. Außerdem benötigen Prozessfluids mit Stockpunkten, die über den normalen Umgebungstemperaturen liegen, Wärme, um sie das ganze Jahr über in Fluss zu halten. Dampfbegleitheizung kann als ein(e) kleine(s) längliche(s) Dampf führende(s) Rohr oder Verrohrung definiert werden, das/die parallel zur Außenfläche einer Rohrleitung oder einer anderen industriellen Anlage, die hinlänglich warm gehalten werden muss, angeordnet und an ihr angebracht ist. Da das Dampfbegleitrohr der Rohrleitung folgt oder sie „begleitet", wird die Verrohrung oder das Rohr als „Begleitrohr", „Beirohr" oder einfach „Begleitheizung" bezeichnet. In Wärmeübertragungsanlagen, in denen eines der Fluide kondensiert, wird die Anlage entweder als Kondensator oder als Heizung bezeichnet, je nachdem, ob der Hauptzweck der Anlage das Kondensieren des einen Fluids oder das Heizen des anderen Fluids ist. Ein Dampfbegleitrohr ist deshalb eine Heizung, da der Zweck des Dampfes im Begleitrohr das Heizen des Prozessfluids in einem Rohr oder einer Anlage durch die Kondensation von Dampf im Begleitrohr ist. Wenn ein Dampfbegleitrohr am Rohr oder an der Anlage, das/die Wärme benötigt, angebracht worden ist, werden das Rohr (bzw. die Anlage) und das wärmegedämmte Begleitrohr bedeckt, um Energie zu sparen und die vorgesehene Prozesstemperatur aufrecht zu erhalten. Der Begriff Dampfbegleitheizung, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf Dampf oder alle beliebigen anderen heißen Fluids, die als das Heizmedium für die Begleitheizung verwendet werden. Die Begriffe „Rohr", „Rohrleitung" und „Prozessrohr" oder einfach Leitung(en), wie sie hierin verwendet werden, sind untereinander austauschbar und schließen Fluids führende Rohrstränge, Schläuche oder andere Elemente ein, die ausreichend warm gehalten werden müssen. Desgleichen bezieht sich der Begriff Anlage auf Ventile, Pumpen, Tanks, Türme, Fässer, Reaktoren, Austauscher oder andere Arten von Fluids enthaltenden Anlagen, die eine Dampfbegleitheizung benutzen.
Es gibt drei grundlegende Begleitheizungsverfahren. Das erste und am weitesten verbreitete Verfahren ist die „Konvektions-" oder „ungedämmte" Begleitheizung, bei der es sich einfach um eine metallische Verrohrung, allgemein aus Kupfer oder Edelstahl konstruiert (oder manchmal ein Stahlrohr mit kleinem Innendurchmesser), handelt, die parallel zu einer Rohrleitung angeordnet und mit Bindedraht, metallischen Umbandungsmaterialien, Hochtemperaturband oder anderen ähnlichen Verfahren in Solllage befestigt wird. Manchmal wird das Konvektionsbegleitrohr schraubenartig um das Rohr gewunden. Die Heizung hängt von Punktberührung zwischen dem Begleitrohr und dem Rohr sowie von Konvektion (daher der Begriff „Konvektions"-Begleitheizung) zur Umgebungsluft im Inneren des Luftringraums zwischen der übergroß ausgeführten Wärmedämmung und dem Prozessrohr ab sowie von Abstrahlung vom Begleitrohr zum Prozessrohr. Für alle Dampfbegleitheizungsverfahren ist die Größe der Wärmedämmung gewöhnlich so bemessen, dass sie zu einem Rohr passt, das wenigstens eine Größe größer als das mit Begleitheizung versehene Rohr ist, um sowohl das Begleitrohr als auch das Rohr unterzubringen. Ungedämmte Begleitheizung ermöglicht das Aufrechterhalten der Temperatur für mittlere Temperaturen im Bereich von etwa 100°F (38°C) bis 200°F (93°C). Bei einem Temperaturerhaltungsentwurf eines Dampf- oder Heißfluidbegleitheizungssystems sollte das Begleitheizungssystem so ausgeführt sein, dass es nur genug Wärme zuführt, um das Rohr und die Anlage auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten.
Ungedämmte Konvektionsbegleitheizung ist zwar das am häufigsten verwendete Dampfbegleitheizungsverfahren, es trägt aber auch am meisten zur Energievergeudung und Umweltverschmutzung bei, da es für Gefrierschutz- und andere Tieftemperaturanwendungen verwendet wird, in denen es die Rohrtemperatur häufig viel höher als erforderlich erhöht. Diese Energievergeudung für überdimensionierte Dampfbegleitheizungsanlagen kann mit einem Dampfleck an einer Armatur oder einem ausgefallenen Dampfabscheider verglichen werden. Zum Beispiel vergeudet ein Dampfleck, das nur so groß wie ein 1/32-Zoll-Loch (0,79 mm) ist, in einem 100-psig-Dampfsystem (689000 Pa) 3.175 Pfund (1440 kg) Dampf pro Monat. Die meisten mittelgroßen Raffinerien und Chemiewerke haben wenigstens 50.000 Fuß (15200 m) Dampfbegleitheizung und manchmal viel mehr. Wenn nur 1% der Rohre der ungedämmten Konvektionsbegleitheizung oder 500 Fuß (152 m) 8 Btu (8440 J) pro Fuß (0,305 m) mehr als erforderlich erzeugt, entspricht die Energievergeudung dem 1/32-Zoll-Loch (0,79 mm) oder den 3.175 Pfund (1440 kg) Dampf pro Monat. Die meisten Entwürfe von ungedämmten Konvektionsbegleitheizungen, die für Gefrierschutzanwendungen oder Anwendungen bei Temperaturen im unteren bis mittleren Bereich verwendet werden, vergeuden beträchtlich mehr als 8 Btu (8440 J) pro Fuß (0,305 m) von mit Begleitheizung versehenen Rohren, wie an späterer Stelle noch beschrieben wird.
Hauptzweck der Dampfbegleitheizung ist es, die Wärme in einem Rohr oder einer Anlage aufrecht zu erhalten, indem dem Rohr Wärme entsprechend der aus dem Rohr durch die Wärmedämmung verlorenen Wärme zugeführt wird. Die Wahl einer Dampfbegleitheizung, die einen Wärmestrom zuführt, der so nahe wie möglich am berechneten Wärmeverlust liegt, wird beträchtlich Energie sparen und die Umweltverschmutzung verringern. Der Wärmeverlust eines wärmegedämmten Rohres kann mit der Gleichung (1) unten ausgedrückt werden. Der Außenflächenschichtkoeffizient der Wärmedämmung ist in dieser Gleichung ausgeschlossen und kann im Allgemeinen für Bedingungen im Außenbereich mit Wind ignoriert werden, wo sich die meisten industriellen Rohrleitungssysteme befinden. Da die Wärmedämmung im Allgemeinen um eine Rohrgröße größer als das für ein System mit Dampfbegleitheizung beheizte Rohr bemessen ist, wird durch die Wärmedämmung verlorene Wärme auf der Basis der tatsächlichen Größe der Wärmedämmung, nicht der Größe des geheizten Rohres, berechnet.
wobei:

0,523: = 2π ÷ 12 zum Umrechnen von Btu pro Quadratfuß Wärmedämmflächeninhalt in Btu pro Linearfuß Rohr;
Q_loss: = Wärmeverlust durch die Wärmedämmung, btu/h-ft
T_p: = Rohrbeharrungstemperatur, °F
T_a: = Umgebungstemperatur, °F
r₂: = Außenradius der Dämmung, Zoll
r₁: = Innenradius der Dämmung, Zoll
k: = Wärmeleitfähigkeit der Dämmung, Btu/(h-ft²-°F)/Zoll

Die Wärmedurchgangszahl insgesamt zwischen beheizten oder gekühlten Fluids durch eine Wärmeübertragungsfläche ist als der Wärmestrom definiert, mit dem Wärme pro Wärmeübertragungsflächeneinheit und pro Grad Temperaturunterschied zwischen den zwei Fluids von einem Fluid auf ein anderes Fluid übertragen wird. Allgemein basiert die Wärmeübertragungsrate für Begleitheizung auf einem Leitwert. Der Leitwert wird so abgeleitet, dass er die normalisierte Wärmedurchgangszahl des Wärmeübertragungselements (Rohr) reflektiert. Anstatt die Wärmeübertragungsfläche zu verwenden, wird die Wärmedurchgangszahl in Bezug auf „pro Einheitslänge", gewöhnlich auf Fuß oder Meter reduziert, normalisiert. Der als C_T bezeichnete Leitwert für die Wärmeleitfähigkeit des Begleitrohrs wird allgemein in Btu/(h-ft-°F) (W/mK) angegeben. Die Wärmeeingabe von einem Dampfbegleitrohr zu einem beheizten Rohr ist: Q1 = UA ×(Ts – Tp) (2)wobei:

Q₁: = vom Dampfbegleitrohr erzeugte Wärme (Btu/h-ft)
U: = Wärmedurchgangszahl insgesamt vom Begleitrohr zum Rohr (Btu/(h-ft²-°F))
A: = Effektive Dampfbegleitrohr-Wärmeübertragungsfläche (ft2/ft)
T_s: = Dampftemperatur, °F

Die Wärmeleitfähigkeit des Begleitrohrs zum Rohr ist: C1 = U × A = (Btu/(h-ft-°F)), dann ist Qt = C1 × (Ts – Tp) (3)bei einer Beharrungstemperatur.
Man lasse C₁ die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmung in Btu/(h-ft-°F) darstellen und C_T die Wärmeleitfähigkeit des Begleitrohrs in Btu/(h-ft-°F) darstellen. Qloss = Q1 daher ist: C1 × (Tp – Ta) = CT × (Ts – Tp) (4)
Die Beharrungstemperatur T_p kann wie folgt ausgedrückt werden: Tp = [(C1 × Ta) + (C1 × Ts)] ÷ (C1 + CT) (5)
Beachten: Die Wärmeleitfähigkeit C₁ der Wärmedämmung kann mithilfe von Gleichung (1) leicht berechnet werden, indem man (T_p – T_a) = 1 setzt.
Die Wärmeleitfähigkeit C₁ des Begleitrohrs wird experimentell abgeleitet, indem der Wärmeverlust (Q_loss) und die Prozess- und Umgebungstemperatur (T_p und T_a) an einem Rohr mit Begleitheizung gemessen wird. Das Verhältnis der Wärmeleitfähigkeit des Begleitrohrs zur Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmung bildet die als R bekannte und häufig als R-Faktor bezeichnete dimensionslose Gruppe: R = CT/C1 (6)oder R = (Tp – Ta) ÷ (Ts – Tp) (7) und Tp = [(R × Ts) + Ta] ÷ (R + 1) (8)dann ist Ts = [(Tp – Ta) ÷ R] + Tp (9)
Die obigen Verfahren können für jeden beliebigen Typ von Dampfbegleitrohr für Beharrungszustandsbedingungen verwendet werden und beseitigen die Notwendigkeit, die effektive Begleitrohrfläche zu ermitteln und die durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung übertragene Wärme aufzuschlüsseln.
Genaue Temperaturregelung für ein Prozessfluids führendes Rohr in einer Industrieanlage zusammen mit Gefrierschutz für Anschluss- und Versorgungsleitungen ist für die erfolgreiche Produktion des fertigen Produktes und das Sparen von Energie unerlässlich. Ungenaue oder schlecht dimensionierte Dampfbegleitheizungssysteme können für einen Verarbeitungsbetrieb schwerwiegende Probleme aufwerfen.
Das zweite Dampfbegleitheizungsverfahren wird „Wärmeleitungs"-Begleitheizung genannt, weil das Begleitrohr, das einfach Kupfer- oder Edelstahlverrohrung ist (oder manchmal Rohr mit kleinem Innendurchmesser) ist, durch eine hoch wärmeleitfähige Wärmeleitpaste thermisch mit dem Prozessrohr oder der Anlage verbunden wird, daher der Begriff „Wärmeleitungs"-Begleitheizung. Die Wärmeübertragungsrate oder der Leitwert eines Wärmeleitungsbegleitrohres entspricht dem von drei bis fünf oder mehr ungedämmten Konvektionsbegleitrohren, je nach Rohrgröße und anderen Parametern. Wärmeleitungsbegleitrohre werden dort verwendet, wo höhere Temperaturen benötigt werden oder wo Erwärmungsbedingungen bestehen. Wärmeleitungsbegleitrohre werden im Allgemeinen benötigt, um Prozessrohre im Bereich von etwa 200°F (93°C) bis 400°F (204°C) zu halten. Ein Wärmeleitungs-Dampfbegleitheizungsverfahren wird in US-Patent Nr. 3 949 189 beschrieben.
Das dritte Dampfbegleitheizungsverfahren wird Begleitheizung „mit Wärmedämmung" genannt und wird verwendet, wenn weniger Wärme benötigt wird als die von den vorhergehenden zwei Dampfbegleitheizungsverfahren erbrachte. Gesättigter Dampf mit normalen Druckwerten (Temperaturen) liefert häufig zu viel Wärme und verbraucht zu viel Energie für Niedertemperatur- oder temperaturempfindliche Anwendungen, wenn ungedämmte Konvektionsbegleitrohre verwendet werden. Wärmeleitungsbegleitrohre sind für viel höhere Temperaturen, wie bereits besprochen. Es gibt mehrere Begleitheizungsverfahren, die eine geringere Wärmeabgabe liefern als ungedämmte Konvektionsbegleitheizung. Ein Verfahren besteht darin, dass Abstandsblöcke wie Holz- oder steife Hochtemperatur-Dämmblöcke in vorgeschriebenen Abständen längs dem begleiteten Rohr zwischen dem Dampfbegleitrohr und dem Prozessrohr eingesetzt werden. Die Blöcke sorgen für einen Luftspalt zwischen dem Begleitrohr und dem Prozessrohr, wodurch der Wärmefluss zum Rohr verlangsamt wird. Das Problem bei dem Verfahren mit Abstandsblöcken ist, dass es schwierig ist, die Blöcke während der Installation in ihrer Lage zu halten, und sie während des Betriebs aufgrund von Ausdehnung und Zusammenziehen des Rohes häufig unter dem Begleitrohr herausgleiten. Ein weiteres Verfahren zum Isolieren des Begleitrohres vom Prozessrohr ist das Bereitstellen eines wärmehemmenden Materials zwischen dem Rohr und der Dampfbegleitröhre. Einige Systeme bestehen aus kleinen Röhren mit einem Durchmesser von allgemein ¼ Zoll (6 mm) bis ¾ Zoll (20 mm), die mit einem werksseitig angebrachten Dämmstoff umwickelt sind. Im typischen Fall ist der Dämmstoff glasfaserverstärkter Kunststoff oder andere Typen von Wärmedämmstoffen, die entweder spiralförmig (schraubenförmig) um das Rohr gewickelt werden oder linear um das Rohr gewickelt werden, wobei lange Dämmstoffstreifen verwendet werden. Ein weiteres Verfahren zum Isolieren des Begleitrohrs vom Rohr wird in US-Patent Nr. 5 086 836 beschrieben.
Werksseitig wärmegedämmte und mit einem äußeren Polymermantel überzogene Verrohrung ist in der Industrie gut bekannt. Sie wird in Raffinerien, Chemiewerken, Kraftwerken, Stahlwerken und anderen Industriebereichen zum Transportieren von Prozessgasen oder anderen Fluidströmen zur Durchflussmessung, Werksemissionsanalyse oder einfach zum Liefern eines Fluids von einem Punkt zu einem anderen verwendet. Fabrikmäßig wärmegedämmte Verrohrung dieses Typs ist ähnlich der für wärmegedämmte Dampfbegleitheizungen verwendeten. Es wurde aber festgestellt, dass das Standardprodukt nicht effektiv als Begleitrohr mit Wärmedämmung verwendet werden kann. Begleitrohre mit Wärmedämmung müssen speziell hergestellt werden, um spezifische Wärmeleitfähigkeitswerte auf zwei oder mehr Ebenen unter denen, die von ungedämmten Konvektionsbegleitrohren abgedeckt werden, zu erzeugen, um das Wärmelieferpotenzial zu optimieren. Eine im Wesentlichen präzise und optimierte spezifische Wärmelieferung vom Dampfbegleitrohr mit Wärmedämmung ist ein entscheidender Faktor für das zulängliche Warmhalten von industriellen Rohrleitungsanlagen während extremer Witterungsbedingungen und die gleichzeitige Verringerung der Wärmeabgabe, des Energieverbrauchs und der Umweltverschmutzung, die vielen ungedämmten Konvektionsbegleitheizungsmodellen zugeschrieben werden können.
Ein gut bekanntes Verfahren zum Anbringen von Wärmedämmung an langen Rohrwendeln oder Rohrleitungen beinhaltet das spiralförmige Aufwickeln von dünnen Wärmedämmstoffstreifen auf überlappende Weise. Es werden mehrere Lagen spiralförmig gewickelter Wärmedämmungsstreifen bis zur gewünschten Dicke übereinander angebracht, während das Rohr durch ein(en) Wickelkopf oder -werkzeug hindurchgeführt wird. Andere Verfahren, wie sie in US-Patent Nr. 3 259 533 und US-Patent Nr. 3 594 246 beschrieben werden, beschreiben das Vorwärtsbewegen von (einem) Dämmstoffstreifen zusammen mit einer Röhre oder einem Rohr in einer Längsrichtung der Röhre oder des Rohres durch ein(en) Wickelkopf oder -werkzeug.
Mehrere Dämmstoffstreifenlagen können linear aufgebracht werden, um die gewünschte Dicke zu erhalten. Diese Vorgehensweise wird das „Linearwickel"-Verfahren genannt. Da die Wärmedämmung sowohl im Linearwickel- als auch im Spiralwickelverfahren aufgebracht wird, wird die Wärmedämmung an der Röhre im Allgemeinen unmittelbar beim Verlassen der Vorderseite des Wickelkopfes oder -werkzeugs erfasst, indem der Wärmedämmstoff mit Draht, Schnur, Metall, Spulen, Ringen oder einem polymeren bandartigen Material umkreist wird, um es am Ausdehnen in Umfangsrichtung zu hindern.
Oft wird ein reflektierendes Material wie ein aluminiertes Kunststoffband verwendet, um den Wärmedämmstoff zu erfassen und zum Hemmen des Wärmeverlustes durch Abstrahlung beizutragen. Allgemein wird ein geeigneter äußerer Mantel, der ein gewickeltes Polymerband oder ein extrudiertes polymeres Material umfasst, als Witterungsschutz auf der Wärmedämmung und dem bandartigen Material angebracht.
Hauptzweck der bekannten Verfahren der fabrikmäßigen Wärmedämmung von Röhren oder Rohren ist die Kostensenkung gegenüber im Einsatzbereich installierter Wärmedämmung dieser Leitungen, die zum Transportieren von Prozess-, Anschluss- oder Versorgungsfluids überall in einem Industriebetrieb verwendet werden. Die Wärmedämmungswirkung ist von wesentlicher Bedeutung. Daher wird die Wärmedämmung vorzugsweise mit in Zwischenräumen eingeschlossener Luft zum Minimieren der Wärmeleitfähigkeit auf einer Dichte gehalten, die so niedrig wie möglich ist. Das Zusammendrücken des Dämmstoffs in den hierin beschriebenen Herstellungsverfahren mit Spiralwicklung oder Linearwicklung gilt als unerwünscht, weil es die Wärmedämmungsgüte des vorgedämmten Rohrs reduziert.
Das Zusammendrücken von Wärmedämmung wird im Stand der Technik erwähnt, aber nicht als eine erwünschte Eigenschaft. Zum Beispiel beschreibt US-Patent Nr. 3 594 246 ein Werkzeug als „den Dämmstoff um den Umfang des Rohres herum zusammendrückend". Dies bedeutet aber lediglich, dass, wenn ein Rohr oder eine Röhre durch das trichterförmige Werkzeug und die Düse gezogen wird, gewisse Druckkraft ausgeübt wird, um zu bewirken, dass die langen flachen Dämmstoffstreifen an die Form der Röhre oder des Rohrs angepasst werden. Es kann zwar sein, dass Umwicklungsverfahren wie diese den Dämmstoff in kleinerem Maße zusammendrücken, zweckgerichtetes und gemessenes Zusammendrücken des Dämmstoffs zum Bewirken einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit ist aber kein(e) erwünschte(s) Merkmal oder Absicht von irgendeinem dieser Umwicklungsverfahren vom Stand der Technik.
Die Wärmeleitfähigkeit oder Wärmeleitzahl (K-Wert) eines Stoffs beschreibt die Geschwindigkeit, mit der Wärme durch den Stoff geleitet wird. Im Allgemeinen ist es erwünscht, die Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffs in seiner Fertigungsdicke aufrecht zu erhalten, indem auf die Wärmedämmung drückende Kräfte reduziert oder im Wesentlichen eliminiert werden, wenn sie in dem Linearwickel- oder Spiralwickelkopf oder -werkzeug aufgebracht wird. Das Zusammendrücken der Wärmedämmung erhöht die Dichte und somit die Wärmeleitfähigkeit des Materials.
Im US-Patent Nr. 5 897 732 derselben Zessionarin wird ein Prozess beschrieben, der den Umwicklungsvorgang praktisch ohne Ausüben von Druckkräften auf die Wärmedämmung erreicht. Der Vorteil dieses Verfahrens zum Herstellen wärmegedämmter Röhren, die zum Transportieren von heißen oder kalten Fluiden bestimmt sind, ist der, dass die Röhren mit einem im Wesentlichen schnelleren Tempo als dem Spiralwickelverfahren umwickelt werden können. Ferner stimmen theoretische Berechnungen der Oberflächentemperatur von Röhren, die mit dem Prozess des Patents 5 897 732 wärmegedämmt wurden, eng mit der in tatsächlichen Laborversuchen gemessenen Wärmeübertragung überein, weil der Dämmstoff im Wesentlichen seine bei der Herstellung erhaltene Wärmeleitfähigkeit beibehält. Daher können für den Personalschutz und andere Zwecke leicht zuverlässige Oberflächentemperaturen für Röhren berechnet werden, die heiße Fluids für diverse industrielle Anwendungen führen.
Für jede wirtschaftlich rentable Heizung muss eine Wärmedurchgangszahl oder Begleitrohrwärmeleitfähigkeit (C₁) bekannt sein, die vorzugsweise aus empirischen Daten hergeleitet wurde, die aus Ergebnissen von an mehreren Rohrgrößen durchgeführten Tests erfasst wurden. Ein zuverlässiger Wärmeleitwert ist unbedingt erforderlich, wenn die Temperaturen ermittelt werden, die an verschiedenen Rohrgrößen unter einem bestimmten Satz von Entwurfsbedingungen gehalten werden können, wenn die Heizungen Dampfbegleitrohre sind.
Ein Nachteil, der durch die Verwendung der wärmegedämmten Standard-Röhrenprodukte als Dampfbegleitrohre entsteht, ist der, dass die Standardprodukte zum Transportieren von heißen oder kalten Fluids von Punkt A zu Punkt B in einer industriellen Einrichtung entwickelt wurden und nicht für einen spezifischen Wärmeleitwert hergestellt wurden, die für eine Dampfbegleitheizungsanwendung am besten geeignet ist. Das wärmegedämmte Standard-Röhrenprodukt wird für seinen Wärmedämmwert und nicht für seinen Wärmeleitwert entworfen und hergestellt.
Gewisse Wärmedämmungsabweichungen sind für das Standardprodukt nicht besonders kritisch, solange die Oberflächentemperatur des äußeren Polymermantels, der die Wärmedämmung bedeckt, nicht eine Temperatur erreicht, die eine Gefahr für Personal darstellt. Wenn wärmegedämmte Röhren als Heizungen für die Temperaturerhaltung für Rohre und Anlagen verwendet werden, wie dies bei wärmegedämmten Dampfbegleitrohren der Fall ist, stellen variable oder arbiträre Wärmeübertragungsraten ein Hindernis für den Vergleich und die Modellerstellung der Wärmeübertragungscharakteristik für Systementwurfszwecke dar.
Eine erwünschte Wärmeleitfähigkeit wird von einer Wärmeübertragungsbaugruppe bereitgestellt, die hergestellt wird, indem eine Röhre mit Wärmedämmung bedeckt und die Wärmedämmung auf eine gewünschte Dicke zusammengedrückt wird, um einen gewünschten Wärmeleitwert zu ergeben. Die/das gewünschte Dicke und Zusammendrücken der Wärmedämmung kann bewirkt werden, indem ein bandartiges Material um die Wärmedämmung gewickelt wird. Druck auf die Wärmedämmung kann durch Einstellen der Spannung am bandartigen Material geregelt werden, während es um die Wärmedämmung gewickelt wird, die die Röhre bedeckt.
Vorgesehen ist ein Begleitrohr mit Wärmedämmung, das eine Röhre, eine die Röhre bedeckende Wärmedämmschicht und eine Schicht aus bandartigem Material aufweist, das so um die Wärmedämmung gewickelt ist, dass die Wärmedämmung auf eine erwünschte Dicke zusammengedrückt wird. Dadurch, dass die Wärmedämmung auf eine erwünschte Dicke zusammengedrückt wird, wird ein gewünschter Wärmeleitwert für das Begleitrohr mit Wärmedämmung bereitgestellt. Ein Mantel aus polymerem Material kann das bandartige Material bedecken, welches den Dämmstoff bedeckt und zusammendrückt. Durch Testen eines so hergestellten Begleitrohrs mit Wärmedämmung kann die Spannung am bandartigen Material eingestellt werden, um einen gewünschten Druck auf den Dämmstoff bereitzustellen, was dann ein gewünschtes Leitwertergebnis liefert.
Um die Zeichnungen, auf die in der ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, besser zu verstehen, wird eine kurze Beschreibung jeder Zeichnung vorgestellt, wobei:
1 eine typische Querschnittansicht eines Prozessrohrs mit einem ungedämmten Konvektionsbegleitrohr vom Stand der Technik ist;
2 eine typische Querschnittansicht eines Prozessrohres mit einem Wärmeleitungsbegleitrohr vom Stand der Technik ist;
3 eine Querschnittansicht eines Prozessrohres mit einem Begleitrohr mit Wärmedämmung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine schematische Schnittdarstellung eines Begleitrohrs mit Wärmedämmung ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird; und
5 eine Querschnittansicht eines Begleitrohrs mit Wärmedämmung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
1 und 2 wurden bereitgestellt, um die Begleitrohre vom Stand der Technik besser zu illustrieren, die im allgemeinen Stand der Technik beschrieben werden. 1 illustriert ein typisches ungedämmtes Konvektionsbegleitheizungssystem im Querschnitt. Ein Prozessrohr 10, wobei auf 1 Bezug genommen wird, ist mit einem ungedämmten Konvektionsbegleitrohr 12 versehen, das ein Wärmeübertragungsmedium 14 führt. Das Prozessrohr 10 und das mit ihm kombinierte ungedämmte Konvektionsbegleitrohr 12 sind mit einer Wärmedämmung 16 bedeckt, wie im Stand der Technik bekannt ist.
2 illustriert ein typisches Wärmeleitungs-Begleitheizungssystem im Querschnitt. Ein Prozessrohr 20, Bezug nehmend auf 2, ist mit einer/einem länglichen Röhre oder Rohr 22 als Begleitheizung versehen, das ein Wärmeübertragungsmedium 24 führt. Das Rohr 22 ist in einer Wärmeleitpaste 25 eingekapselt und bildet so das Wärmeleitungsbegleitrohr 26. Das Prozessrohr 20 und das mit ihm kombinierte Wärmeleitungsbegleitrohr 26 sind mit Wärmedämmung 28 bedeckt, wie im Stand der Technik bekannt ist.
Im Folgenden wird nun das Begleitrohrsystem mit Wärmedämmung der vorliegenden Erfindung, das allgemein als Bezugsnummer 30 bezeichnet ist, mit Bezug auf die 3 bis 5 besprochen. 3 ist eine Querschnittansicht des Begleitrohrsystems mit Wärmedämmung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Begleitrohrsystem mit Wärmedämmung 30 weist ein Prozessrohr 32 mit einem Begleitrohr mit Wärmedämmung 34 auf, welches ein Wärmeübertragungsmedium 36 führt. Das Prozessrohr 32 und das mit ihm kombinierte Begleitrohr mit Wärmedämmung 34, Bezug nehmend auf 3, sind vorzugsweise mit Wärmedämmung 38 gemäß der vorliegenden Erfindung bedeckt. In 5 wird ein Querschnitt des Begleitrohrs mit Wärmedämmung 34 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Wie in 4 gezeigt, ist ein(e) metallische(s) oder Hochtemperatur-Polymerröhre oder -röhrenelement 46 von einem Dämmstoff 48a und 48b umgeben, das von und in einem bandartigen Material 54 um- und eingewickelt ist, welches den Dämmstoff 48a und 48b auf einem bzw. einen gewünschten Durchmesser festhält und zusammendrückt. Die Röhre 46 kann aus Kupfer, Stahl, Edelstahl, Aluminium oder andere metallischen oder Kunststoffmaterialien hergestellt sein, die zur Verwendung mit gesättigtem Dampf oder anderen heißen Fluids geeignet sind. Vorzugsweise ist über dem bandartigen Material 54 ein äußerer Mantel 60 angebracht. Das Material des äußeren Mantels 60 kann ein gewickeltes, geflochtenes oer extrudiertes polymeres Material sein, wie z. B. ein extrudierter Silikongummi.
Der Dämmstoff 48a und 48b ist vorzugsweise aus flexiblem zusammendrückbarem glasfaserverstärktem Kunststoff, Mineralwolle oder anderen Typen von flexiblen, zusammendrückbaren Dämmstoffen hergestellt. Der Dämmstoff 48a und 48b wird vorzugsweise mit einem linearen Wickelverfahren oder mit einem Spiralwickelverfahren um das rohrförmige Element 46 gewickelt. Durch eine Kombination von Linearumwicklung und Spiralumwicklung können mehrere Dämmstoffschichten 48a und 48b bereitgestellt werden, wobei eine Kombination aber nicht erforderlich ist.
Ein Begleitrohr mit Wärmedämmung 34 gemäß der vorliegenden Erfindung ist zwar nicht auf einen besonderen Typ von Dämmstoff 48a und 48b, bandartiges Material 54 oder Mantelmaterial 60 begrenzt, beispielhaft kann aber eine Röhre 46 zum Führen von Dampf mit Dämmstoff 48a und 48b aus glasfaserverstärktem Kunststoff umwickelt werden, der beim Verlassen eines Werkzeugs 42 von einem aluminierten Kunststoffband 54 erfasst und auf eine(n) gewünschte(n) Durchmesser und Dichte zusammengedrückt werden kann, wie in 4 gezeigt wird. Zwei oder mehr Dämmstoffschichten aus glasfaserverstärktem Kunststoff 48a und 48b können um die Röhre 46 gewickelt und mit dem aluminierten Band 54 bedeckt werden, das auf jede folgende Dämmstoffschicht aus glasfaserverstärktem Kunststoff aufgewickelt werden kann oder nicht aufgewickelt werden kann, bevor ein extrudierter äußerer Mantel 60 aus Silikongummi angebracht wird.
4 stellt ein Beispiel für einen linearen Rohrumwicklungsprozess 40 dar, in dem ein rohrförmiges Durchführungswerkzeug 42 einen hinteren Teil 42a in der Form eines Trichters hat. Ein Teil des Werkzeugs 42 ist in der Zeichnung im Schnitt dargestellt, um sein Inneres zu zeigen, und ein vorderer Werkzeugteil 42b bildet eine im Wesentlichen kreisförmige Düse. Die Röhre oder das Rohr 46, die/das wärmegedämmt werden soll, wird so positioniert, dass sie/es in den trichterförmigen Teil 42a des Werkzeugs 42 eingeführt werden kann.
In dem in 4 illustrierten Linearwickelprozess werden zwei Streifen aus geeignetem Dämmstoff 48a und 48b längs entlang dem Rohr- oder Röhrenprodukt 46 positioniert. Das Rohr 46 wird zusammen mit den Dämmstoffstreifen 48a und 48b durch den trichterförmigen Teil 42a des Werkzeugs 42 hinndurchgeführt und der Dämmstoff 48a und 48b wird beim Passieren durch den Trichter 42a in den engeren Teil der kreisförmigen Düse 42b um das Rohr oder die Röhre 46 geformt. Der Dämmstoff 48a und 48b wird in der Form der Düse 42b gehalten, bis er aus einem vorderen Rand 42c der Düse 42b hinaus gepresst wird. Beim Verlassen der Düse 42b wird der Dämmstoff 48a und 48b sofort von dem bandartigen Material 54 erfasst, das auf die Außenseite des Dämmstoffs 48a und 48b aufgewickelt wird, so dass die Windungen 54a einander überlappen.
In der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das bandartige Material 54 vorzugsweise unter einstellbarer voreingestellter Spannung aufgebracht, während es von einer Bandrolle 54b abgezogen wird, um den Dämmstoff 48a und 48b auf die Röhre 46 zusammenzudrücken, um einem vorbestimmten Durchmesser zu entsprechen, der mit dem Außendurchmesser der Röhre und der Dicke und Zusammendrückbarkeit des flexiblen Dämmstoffs 48a und 48b kompatibel ist. Wie unten noch ausführlicher beschrieben wird, wird der vorbestimmte Durchmesser ermittelt, indem die erforderliche Wärmeleitfähigkeit und somit die vom Dämmstoff erforderliche Zusammendrückungsdimension abgeschätzt werden und dann der Prototyp eines Rohres physikalisch getestet wird. Testergebnisse bestimmen, ob der berechnete Durchmesser genau ist oder ob er vergrößert oder verkleinert werden muss, um den erforderlichen Leitwert zu erfüllen. Das bandartige Material 54 wird von einer Bandrolle 54b auf den Dämmstoff 48a und 48b abgewickelt, während die Bandrolle 54b in einer Spiralbahn so um den Dämmstoff 48a und 48b bewegt wird, wenn er den vorderen Rand 42c der Düse 42b verlasst, dass Windungen 54a von Band 54 einander im gewünschten Maße überlappen. Das Regeln der Geschwindigkeit, mit der das Röhren- oder Rohrprodukt 46 das Werkzeug 42 verlasst, im Verhältnis zu der Geschwindigkeit, mit der das Band 54 abgezogen wird, erzeugt eine gewünschte Überlappungssteigung des aufgewickelten Bands 54a. Das bandartige Material 54 können metallisierte oder nichtmetallisierte polymere Bänder, Schnüren, Fasern oder Streifen sein und in einer Ausgestaltung wird ein aluminiertes polymeres Material verwendet.
Des Weiteren kann die Vorrichtung und der Prozess des US-Patents Nr. 5 897 732 derselben Zessionarin für die Herstellung des Begleitrohrs mit Wärmedämmung der vorliegenden Verbindung verwendet und/oder modifiziert werden. Der Prozess des Patents 5 897 732 erzielt den Umwicklungsvorgang praktisch ohne auf die Wärmedämmung angewendete Druckkräfte. Infolgedessen stimmen die theoretischen Berechnungen der Oberflächentemperatur von mit dem Prozess des Patents 5 897 732 wärmegedämmten Röhren eng mit der in tatsächlichen Labortests gemessenen Wärmeübertragung überein, weil der Dämmstoff im Wesentlichen seine durch die Fertigung erhaltene Wärmeleitfähigkeit beibehält. Um die Herstellung des Begleitrohrs mit Wärmedämmung der vorliegenden Erfindung zu erzielen, wird die Druckkraft während des Wickelprozesses auf die Wärmedämmung ausgeübt. Sollwertberechnungen für den Druck- oder Reduzierbetrag des Durchmessers der wärmegedämmten Röhre, der zum Erzeugen eines spezifischen Leitwertes für die Begleitrohre mit Wärmedämmung dieser Erfindung erforderlich ist, werden dadurch leichter gemacht, dass man den bekannten Standard-Wärmedämmungsleitwert als Ausgangspunkt hat.
Es ist also ein Verfahren vorgesehen zum Herstellen einer Begleitrohrbaugruppe mit Wärmedämmung, die eine vorhersehbare und wiederholbare Wärmeübertragungsrate hat. Das Begleitrohr mit Wärmedämmung 34 ist zur Befestigung an einem Rohr 32 oder dergleichen ausgeführt und hat ein rohrförmiges Element 46, das mit Dämmstoff 48 bedeckt ist. Der Dämmstoff 48 wird mit einem bandartigen Material 54 bedeckt, das so gespannt wird, dass der Dämmstoff 48 von dem bandartigen Material 54 auf einen vorbestimmten Durchmesser zusammengedrückt wird, der mit einem spezifischen erwünschten Leitwertergebnis übereinstimmt. Die bandumwickelte wärmegedämmte Röhre wird vorzugsweise mit einem äußeren Mantel aus polymerem Material 60 bedeckt, wie z. B. Silikongummi oder Polyolefin. Die Begleitrohrbaugruppe mit Wärmedämmung 34 wird getestet, um das Leitwertergebnis zu bestätigen, das im typischen Fall in einen Bereich von etwa 0,105 btu/(h-ft-°F) (655 J/(h-m-°C)) bis etwa 0,46 Btu/(h-ft-F) (2865 J/(h-m-°C)) fällt.
Um genaue und energiesparende Entwürfe für die Temperaturregelung von Prozess-, Anschluss- und Versorgungsleitungen in einem Verarbeitungsbetrieb und für die Computermodellerstellung bereitzustellen, ist es erwünscht, dass Dampfbegleitrohre mit Wärmedämmung mit vorbestimmten und im Wesentlichen einheitlichen Leitwerten unter den von ungedämmter Konvektionsbegleitheizung bereitgestellten Leitwerten bereitgestellen werden. Ungedämmte Konvektionsbegleitheizung liefert häufig mehr Wärme als für den Gefrierschutz und andere Verwendungen wie z. B. die Begleitheizung von empfindlichen Stoffen wie Beizmitteln und Sauren notwendig ist. Die von ungedämmter Konvektionsbegleitheizung gelieferten höheren Temperaturen haben eventuell keinen negativen Einfluss auf die Qualität gewisser anderer Stoffe wie z. B. Heizöle oder Asphaltprodukte. Jede zusätzliche Wärme über dem Betrag, der erforderlich ist, um Rohrtemperaturen auf einem vorbestimmten Niveau zu halten, trägt aber zu unnötigen Belastungen in den Rohrleitungen bei, vergeudet Energie und verursacht die Verbrennung von mehr Brennstoff zum Erzeugen des Dampfs, was die Umweltverschmutzung vergrößert.
Begleitrohre mit Wärmedämmung, wie sie hierin beschrieben werden, können Prozesstemperaturen von 25°F bis 75°F (–3,8°C bis 23°C) (oder mehr) unter den Temperaturen halten, die von ungedämmten Konvektionsbegleitrohren unter ähnlichen Entwurfsparametern von Prozessrohrgröße, Wärmedämmungstyp und -dicke, Druck des gesättigten Dampfs und Umgebungsbedingungen gehalten würden. Auf der Basis von universell akzeptierten Wärmeübertragungsgleichungen können die Temperaturverringerungen, die von den Begleitrohren mit Wärmedämmung dieser Erfindung bereitgestellt werden, im Vergleich mit dem Energieverbrauch von ungedämmter Konvektionsbegleitheizung unter ähnlichen Entwurfsparametern wie oben beschrieben zu Dampfenergieeinsparungen von etwa 10% bis 60% führen.
Wärmeübertragungsraten ändern sich je nach Rohrgröße und die spezifische Änderung ist nicht unbedingt für jedes hierin beschriebene Begleitheizungsverfahren die gleiche. Daher sind die Energieeinsparungsvergleiche zwischen Begleitheizungsverfahren von Rohrgröße zu Rohrgröße verschieden. Ein typisches Beispiel für Energieeinsparungen eines Begleitrohrs mit Wärmedämmung gegenüber einem ungedämmten Konvektionsbegleitrohr ist wie folgt: Eine 8-Zoll-(203,2 mm)Prozessleitung ist für Gefrierschutz bei einer tiefen Umgebungstemperatur von 0°F (–17°C) bei einer Windgeschwindigkeit von 25 mph auf 50°F (10°C) zu halten. Die das Rohr und das Begleitrohr bedeckende Wärmedämmung ist 1 ½ Zoll (38,1 mm) dickes Calciumsilikat und das Heizmedium ist gesättigter Dampf mit 50 psig (345000 Pa). Ein ungedämmtes Konvektionsbegleitrohr mit einem Außendurchmesser von 3/8 Zoll (9,52 mm) halt die Rohrtemperatur auf 101°F (38°C).
Ein Begleitrohr mit Wärmedämmung gemäß der vorliegenden Erfindung halt die Rohrtemperatur auf 57°F (13°C) oder einer Temperatur, die um 44°F (6°C) niedriger ist als die des ungedämmten Konvektionsbegleitrohrs. Die Veringerung des Dampfverbrauchs beträgt etwa 42%. Ferner können diese Begleitrohre mit Wärmedämmung für die Erfüllung von Standard-Industrierichtlinien für einen 5 Sekunden langen „berührungssicheren" Vorfall ausgelegt werden, was ein sichereres Umfeld für Arbeiter ergibt, da die Oberflächentemperaturen viel niedriger als die einer ungedämmten Begleitheizung sind. Es werden zwei oder mehr Begleitrohre mit Wärmedämmung benötigt, um den erforderlichen Bereich von Leitwerten unter denen der ungedämmten Konvektionsbegleitheizung abzudecken. Begleitrohre mit Wärmedämmung werden benötigt, um die notwendige Wärme zum Beibehalten von Prozessrohrtemperaturen im ungefähren Bereich über 32°F (0°C) bis 150°F (66°C) oder in einigen Fällen noch höher zu liefern. Das wärmegedämmte Standardrohrprodukt zum Leiten von Fluids in einer industriellen Einrichtung kann nicht effektiv anstelle von Dampfbegleitrohren mit Wärmedämmung verwendet werden. Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Bereitstellen einheitlicher Wärmeübertragungsraten für vorgedämmte Dampfbegleitrohre mit Wärmedämmung vor, gleichgültig, ob sie mit dem Spiralwickel- oder dem Linearwickelprozess wärmegedämmt versehen wurden.
Die vorliegende Erfindung weist die Entdeckung auf, dass das Feststellen und Liefern eines vorgeschriebenen Außendurchmessers für eine mit Wärmedämmstoff umwickelte Röhre im Wesentlichen präzise und einheitliche Wärmeübertragungsraten für Begleitrohre mit Wärmedämmung produzieren kann. Die Kontrolle über den vorgeschriebenen Außendurchmesser der wärmegedämmten Röhre wird durch Einstellen der angewendeten Spannung des spiralförmig gewickelten bandartigen Materials, während es den Wärmedämmstoff erfasst, wenn er den/das Wickelkopf oder -werkzeug verlässt, erreicht. Der Wärmedämmstoff auf der Röhre wird auf einen vorbestimmten Durchmesser zusammengedrückt, der die Wärmeleitfähigkeit mit zunehmender Verdichtung des Dämmstoffs im Bandwickelprozess ändert, um den erforderlichen Begleitrohrleitwert zu erfüllen. Vorzugsweise werden die Leitwerte von Begleitrohren mit Wärmedämmung durch tatsächliches experimentelles Testen des/der Begleitrohre(s) an Testrohren ermittelt, die einer industriellen Dampfbegleitheizungsanwendung ähnlich sind. Wenn die Dichte der auf einen vorgegebenen Durchmesser zusammengedrückten Wärmedämmung nicht mit dem erforderlichen Leitwert übereinstimmt, können Einstellungen an der Spannung des spiralförmig gewickelten Bands vorgenommen werden, bis ein Durchmesser (oder eine Dichte nach dem Zusammendrücken) identifiziert wird, die mit dem vorgeschriebenen Begleitrohrleitwert übereinstimmt. Der Durchmesser für einen vorgegebenen Leitwert kann dann im Fertigungsverfahren genormt werden. Mehrere wärmegedämmte Begleitrohre mit einem genormten Leitwert für jedes Begleitrohr werden benötigt, um den Leitwertbereich unter dem, der von ungedämmter Begleitheizung bereitgestellt wird, abzudecken.
Zum Beispiel hat ein ungefährer Durchmesser für ein Begleitrohr mit Wärmedämmung, das aus einem Röhrenprodukt mit einem Außendurchmesser von 3/8 Zoll (9,52 mm) besteht, das mit 0,125 Zoll (3,18 mm) dicker Wärmedämmung aus glasfaserverstärktem Kunststoff umwickelt und mit einem aluminierten Bandmaterial bedeckt ist, ohne jegliches Zusammendrücken einen Außendurchmesser von etwa 0,631 Zoll (16 mm). Nach dem Extrudieren eines etwa 0,050 Zoll (1,27 mm) dicken Silikongummimantels auf die wärmegedämmte und bandumwickelte Baugruppe weist das Begleitrohr einen Leitwert von etwa 0,244 Btu/(h-ft-°F) (1519 J/(h-m-°C) auf, wenn es an einem 2-Zoll-Rohr (50,8 mm) getestet wird. Dieses Leitwertniveau führt in dem Bereich unter ungedämmter Dampfbegleitheizung, der für dieses Begleitrohr erforderlich ist, nicht ausreichend Wärme zu. Durch Zusammendrücken der glasfaserverstärkten Kunststoffwärmedämmung im Bandumwicklungsprozess, um einen Außendurchmesser von etwa 0,575 Zoll (14,6 mm) bereitzustellen, weist das Begleitrohr, wenn es an einem 2-Zoll-Roh (50,8 mm) getestet wird, einen Leitwert von etwa 0,30 Btu/(h-ft-°F) (1868 J/(h-m-°C)) auf, nachdem ein Silikonmantel von etwa 0,050 Zoll (1,27 mm) auf die wärmegedämmte und bandumwickelte Baugruppe aufextrudiert worden ist.
Durch Zusammendrücken des Begleitrohrs mit Wärmedämmung auf einen Durchmesser von 0,575 Zoll (14,6 mm) wird die Wärmeübertragungsrate um etwa 23% erhöht und ergibt einen besser geeigneten Temperaturbereich für dieses Begleitrohr. Es versteht sich, dass der Grad des Zusammendrückens zum Anpassen der Wärmeübertragungsrate modifiziert werden kann. Vorzugsweise wird zum ausreichenden Abdecken von Prozessrohrtemperaturen in einem Bereich unter dem, der von einem ungedämmten Konvektionsbegleitrohr gehalten werden kann, eine Heizung ausgewählt, die einen Leitwert liefern kann, der im ungefähren Bereich von 30% bis 40% unter dem eines ungedämmten Konvektionsbegleitrohres liegt. Jede vorhergehende Heizung ist zum Bereitstellen eines Leitwertes von etwa 30% bis 40% unter dem der vorhergehenden Heizung mit Wärmedämmung konzipiert.
Zum Beispiel und ohne Begrenzung der vorliegenden Erfindung auf das folgende Beispiel beträgt der Grundleitwert für ein ungedämmtes Konvektionsbegleitrohr mit einem Außendurchmesser von 3/8 Zoll (9,52 mm) etwa 0,55 Btu/(h-ft-°F) (3425 J/(h-m-°C)). Das erste Leitwertniveau für ein Begleitrohr mit Wärmedämmung dieser Erfindung hat einen Grundleitwert von etwa 0,35 Btu/(h-ft-°F) (2179 J/(h-m-°C)), das nächste Begleitrohr mit Wärmedämmung hat einen Grundleitwert von etwa 0,23 Btu/(h-ft-°F) (1432 J/(h-m-°C)) und ein weiteres Begleitrohr mit Wärmedämmung hat einen Grundleitwert von 0,15 Btu/(h-ft-°F) (934 J/(h-m-°C)). Diese Leitwerte wurden entwickelt, um die Lücke angemessen zu schließen, die für die Wärmeabgabe unterhalb von ungedämmter Konvektionsbegleitheizung bestand, um thermische Beanspruchung in den Rohrleitungen zu verringern, für tiefere Temperaturen für den Gefrierschutz und das Erhalten der Temperatur von Prozessleitungen und -anlagen zu sorgen und Dampfenergieverluste und Umweltschadstoffe zu verringern. Es versteht sich aber, dass diese Erfindung nicht auf irgendwelche spezifischen Leitwertniveaus unter denjenigen von ungedämmter Konvektionsbegleitheizung begrenzt ist und das hierin beschriebene Verfahren zum Erhalten anderer erforderlicher Leitwertabgaben für fabrikmäßig vorgedämmte Begleitrohre mit Wärmedämmung verwendet werden kann.
Die drei Leitwertniveaus für die oben erwähnten mit Dämmstoff umwickelten Begleitrohre mit Wärmedämmung werden durch das Verfahren zum Regulieren des Durchmessers der Begleitrohre bereitgestellt. Durch Einstellen der Spannung am bandartigen Material, das in den Wärmedämmverfahren mit Spiral- und Linearwicklung zum Erfassen des Dämmstoffs verwendet wird, wie oben beschrieben, wird der nötige Druck ausgeübt, um den Begleitrohrdurchmesser auf eine vorbestimmte Dimension zu bringen. Experimentelles Testen hat gezeigt, dass Begleitrohre mit Wärmedämmung, die mit diesem Verfahren produziert werden, in einem Bereich von häufig verwendeten industriellen Rohrgrößen einheitliche und wiederholbare Wärmeübertragungsraten liefern.
Die Leitwerte für diese drei Begleitrohre mit Wärmedämmung im obigen Beispiel, die für Heizrohre, -kanäle, -rohrstränge, -röhren oder sonstige Anlagen verwendet werden, können mit den folgenden von der Anmelderin abgeleiteten Gleichungen ausgedrückt werden: CT = CTbase × ⌊1/ODpipe⌋0,09 × N; wobei CTbase = 0,15 Btu/(h-ft-°F) (934 J/(h-m-°C))

*pipe: = Rohr

C_T: = Leitwert des Begleitrohrs mit Wärmedämmung für jede Rohrgröße, Btu/(h-ft-°F)
C_Tbase: = Grundleitwert von Begleitrohr mit Wärmedämmung, Btu/(h-ft-°F)
OD_pipe: = Außendurchmesser des mit Begleitheizung versehenen Rohres, Zoll.
N: = Begleitrohrzahl.

Heizung B folgt dem Ausdruck: CT = CTbase × ⌊1/ODpipe⌋0,125 × N; wobei CTbase = 0,23 Btu/(h-ft-°F) (1432 J/(h-m-°C))

*pipe: = Rohr

Und Heizung C folgt dem Ausdruck: CT = CTbase × ⌊1/ODpipe⌋0,20 × N; wobei CTbase = 0,35 Btu/(h-ft-°F) (2179 J/(h-m-°C))

*pipe: = Rohr

Für Rohrgrößen über 10 Zoll (254 mm) NPS die Ergebnisse der 10-Zoll-Rohrgröße verwenden.
Die mathematischen Ausdrücke haben sich als im Wesentlichen mit experimentellen Testergebnissen für die verschiedenen getesteten Rohrgrößen übereinstimmend erwiesen. Dampfbegleitrohre mit Wärmedämmung, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit Linear-, Spiral- oder anderen Wärmedämmungsumwicklungsverfahren hergestellt wurden, haben vorhersagbare Wärmeübertragungsraten für die Computermodellerstellung und von Produktionsserie zu Produktionsserie wiederholbare Wärmeübertragungsraten.
Der ungefähre Leitwert (C_T) für mehrere Rohrgrößen kann daher durch den folgenden mathematischen Ausdruck für ein Begleitrohr mit Wärmedämmung, das einen Grundleitwert von etwa 0,15 Btu/(h-ft-°F) (934 J/(h-m-°C) hat, berechnet werden. CT = 0,15 × [1 ÷ Rohraußendurchmesser, Zoll]0,09 × Begleitrohrzahl,wobei der Leitwert für Rohre und andere zylindrische Objekte mit einer Größe, die gleich einer oder größer als eine Nennrohrgröße von 10 Zoll (254 mm) ist, auf dem für die Rohrgröße von 10 Zoll (254 mm) ermittelten Leitwert bleibt.
Ein ungefährer Leitwert (C_T) für eine Wärmeübertragungsbaugruppe kann auch mit dem folgenden mathematischen Ausdruck für ein Begleitrohr mit Wärmedämmung, das einen Grundleitwert von etwa 0,23 Btu/(h-ft-°F) (1432 J/(h-m-°C) hat, berechnet werden. CT = 0,23 × [1 ÷ Rohraußendurchmesser, Zoll]0,125 × Begleitrohrzahl,
Auch in diesem Fall bleibt der Leitwert für Rohre und andere zylindrische Objekte mit einer Größe, die gleich einer oder größer als eine Nennrohrgröße von 10 Zoll (254 mm) ist, auf dem Leitwert, der dem 10-Zoll-Rohr (254 mm) entspricht.
Eine dritte Gleichung zum Berechnen eines ungefähren Leitwertes (C_T) für eine Wärmeübertragungsbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Begleitrohr mit Wärmedämmung, das einen Grundleitwert von etwa 0,35 Btu/(h-ft-°F) (2179 J/(h-m-°C) hat, ist: CT = 0,35 × [1 ÷ Rohraußendurchmesser, Zoll]0,20 × Begleitrohrzahl.
Für Rohre und andere zylindrische Objekte mit einer Größe, die gleich einer oder größer als eine Nennrohrgröße von 10 Zoll (254 mm) ist, wird entspricht der Leitwert auch in diesem Fall in etwa dem für die Rohrgröße von 10 Zoll (254 mm) ermittelten Leitwert.
Eine Wärmeübertragungsbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert den Dampfverbrauch gegenüber ungedämmter Konvektionsbegleitheizung im Bereich von etwa 10% bis 60%.
Die vorangehende Offenbarung und Beschreibung der Erfindung ist veranschaulichend und erläuternd für diese.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Wärmeübertragungsbaugruppe mit vorhersagbaren und wiederholbaren Wärmeübertragungsraten, wobei die Baugruppe zum Montieren an einem Rohr, einem Gerät oder einem Behälter ausgeführt ist, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines rohrförmigen Elements, Überziehen des rohrförmigen Elements mit einer Dämmstoffschicht, Umwickeln der Dämmstoffschicht mit einem bandartigen Material und Spannen des bandartigen Materials, so dass der Dämmstoff von dem bandartigen Material auf einen vorherbestimmten Durchmesser für ein gewünschtes Leitwertergebnis zusammengedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Leitwertergebnis in einen Bereich von etwa 0,105 btu/(h-ft-F (655 J/(h-m-°C)) bis etwa 0,46 Btu/(h-ft-F) (2865 J/(h-m-°C)) fällt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Aufbringen eines äußeren Mantelmaterials auf das bandartige Material.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das rohrförmige Element aus Kupfer, Stahl, Edelstahl, Aluminium oder anderen zur Verwendung mit gesättigtem Dampf oder anderen heißen Fluiden geeigneten metallischen oder Kunststoffmaterialien hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Dämmstoff ein(e) flexible(r), zusammendrückbare(r) glasfaserverstärkter Kunststoff oder Mineralwolle ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Dämmstoff mit einem linearen Wickelverfahren um das rohrförmige Element gewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Dämmstoff mit einem Spiralwickelverfahren um das rohrförmige Element gewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Dämmstoff durch eine Kombination von linearem und Spiralwickelverfahren um das rohrförmige Element gewickelt wird, wobei mehrere Dämmstoffschichten erforderlich sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das bandartige Material ein aluminiertes polymeres Material ist oder andere Typen von metallisierten oder nichtmetallisierten polymeren Bändern, Schnüren, Fasern oder Streifen sind.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das genannte äußere Mantelmaterial ein extrudierter Silikongummi ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Berechnen eines ungefähren Leitwertes (C_T) für mehrere Rohrgrößen als C_T = 0,15 × [1 ÷ Zoll]^0,09 × Begleitrohrzahl, wobei die C_T für Rohre und zylindrische Objekte, die gleich einer oder größer als eine Nennrohrgröße von 10 Zoll (254 mm) sind, die gleiche ist wie die für ein Rohr mit einer Größe von 10 Zoll (254 mm) berechnete C_T.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Berechnen eines ungefähren Leitwertes (C_T) für mehrere Rohrgrößen als C_T = 0,23 × [1 ÷ Zoll]^0,125 × Begleitrohrzahl, wobei die C_T für Rohre und zylindrische Objekte mit einer Größe, die gleich einer oder großer als eine Nennrohrgröße von 10 Zoll (254 mm) ist, die gleiche ist wie die für ein Rohr mit einer Größe von 10 Zoll (254 mm) berechnete C_T.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Berechnen eines ungefähren Leitwertes (C_T) für mehrere Rohrgrößen als C_T = 0,35 × [1 ÷ Rohraußendurchmesser, Zoll]^0,20 × Begleitrohrzahl, wobei die C_T für Rohre und zylindrische Objekte, die gleich einer oder größer als eine Nennrohrgröße von 10 Zoll (254 mm) sind, die gleiche ist wie die für ein Rohr mit einer Größe von 10 Zoll (254 mm) berechnete C.
Begleitrohr mit Wärmedämmung, umfassend: eine Röhre zum Leiten eines erwärmten Fluids; eine die Röhre bedeckende Wärmedämmschicht und ein bandartiges Material, das so um die Wärmedämmung gewickelt ist, dass die Wärmedämmung auf eine erwünschte vorherbestimmte Dicke für einen gewünschten Leitwert zusammengedrückt wird.
Begleitrohr mit Wärmedämmung nach Anspruch 14, ferner umfassend einen das bandartige Material bedeckenden Mantel aus polymerem Material.
Verfahren zum Herstellen eines Begleitrohrs mit Wärmedämmung mit einem vorhersagbaren Leitwert, das die folgenden Schritte umfasst: Hindurchführen einer Röhre zum Leiten eines erwärmten Fluids durch ein trichterförmiges Werkzeug mit einem breiten Einlass und einem schmalen Auslass; Hindurchführen eines Dämmstoffs durch das Werkzeug, so dass der Dämmstoff um einen ersten Betrag zusammengedrückt wird, während der Dämmstoff aus dem breiten Einlass des Werkzeugs in den schmalen Auslass passiert, um den Dämmstoff an eine zylindrische Form anzupassen; und Zusammendrücken des Dämmstoffes um einen zweiten Betrag, nachdem der Dämmstoff durch den schmalen Auslass passiert ist, um eine vorherbestimmte Dämmstoffdicke bereitzustellen, so dass ein vorherbestimmter Wärmeleitwert bereitgestellt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt des Zusammendrückens des Dämmstoffs um einen zweiten Betrag durch Umwickeln des Dämmstoffs mit einem bandartigen Material erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend das Einstellen der Spannung am bandartigen Material, um einen gewünschten Druck auf den Dämmstoff bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend das Bedecken des bandartigen Materials mit einem Mantel aus polymerem Material.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner Folgendes umfasst: Ermitteln des Leitwertes des Begleitrohrs mit Wärmedämmung durch Testen und Ändern der Spannung am bandartigen Material, um den Betrag von Druck auf den Dämmstoff zu regeln, so dass ein erwünschter Wärmeleitwert bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Unterschied im Druck auf den Dämmstoff zwischen dem ersten Betrag und dem zweiten Betrag den Wärmeleitwert um wenigstens 10 Prozent erhöht.