DE60119779T2

DE60119779T2 - Isoliertes verbundrohr

Info

Publication number: DE60119779T2
Application number: DE60119779T
Authority: DE
Inventors: Alexander Bruce Barrhead WILSON
Original assignee: Mitsui Babcock Energy Ltd
Current assignee: Doosan Babcock Ltd
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2021-12-22
Also published as: DE60119779D1; JP2004516440A; JP4293789B2; AU2002216226A1; EP1346175B1; US7578315B2; EP1346175A2; US20050224127A1; WO2002052184A2; ATE326661T1; WO2002052184A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verbundrohr und insbesondere auf ein Verbundrohr zum Befördern von Dampf und auf ein Verfahren zum Konstruieren eines Verbundrohrs.
Eine wichtige Überlegung beim Befördern von Fluiden über Rohrleitungen ist die Wahl des Materials für die Rohrleitung. Es ist wohl bekannt, dass Kohlenstoffmanganstahl, der normalerweise für Dampfrohrleitungen verwendet wird, nicht zur Beförderung von Fluiden bei Temperaturen über 480°C geeignet ist. Derartiger Stahl wird über dieser Temperatur „kriechen" oder langzeitigen irreversiblen Schaden nehmen, und deshalb ist ein teurerer legierter Stahl, der bei diesen Temperaturen seine Stärke beibehält, erforderlich. Es ist gegenwärtige Praxis, Stahle mit niedrigem Chromgehalt (0,5–2,25 Cr) zu verwenden, um Dampf bei zwischen 550°C–580°C bei 160 bar zu befördern. Zukünftige Entwicklungen erfordern jedoch, dass Temperaturen auf Werte von mehr als 700°C und Druck von 360 bar steigen. Dies erfordert die extensive Verwendung von Stahlen mit hohem Nickelgehalt, die bis zu hundert Mal teurer sein können als Weichstahl.
Derartiges teures Material ist zur Beförderung von Fluiden erforderlich, die bei Temperaturen über 700°C laufen müssen. Es ist zum Beispiel wohl bekannt, dass Kraftwerke, die zur Erzeugung von Elektrizität Dampf verwenden, effizienter laufen können, je höher die Temperatur des Dampfes ist, der an die Kraft erzeugenden Turbinen geliefert wird. Je effizienter das Kraftwerk, desto weniger Brennstoff ist erforderlich, was zum Beispiel in niedrigeren Emissionen des Treibhausgases Kohlendioxid resultiert. Je höher die Temperatur des Dampfes ist, desto größer ist umgekehrt die Dicke des erforderlichen Rohrs aus teurem legiertem Stahl.
Im Allgemeinen befördern Kraftwerke Dampf mit einer Temperatur von zwischen 500°C und 600°C. Die Temperatur des beförderten Dampfes ist üblicherweise ein Gleichgewicht zwischen der Effizienz der Anlage, Umweltrecht, das sich auf die Quantität von zulässigen Gasemissionen bezieht, und den Kosten des verwendeten Stahls.
Es ist ein Ziel der Erfindung, zumindest einige der Probleme des Stands der Technik zu überwinden.
Gemäß der Erfindung wird ein Verbundrohr bereitgestellt, das ein inneres, nichtdrucktragendes Rohr, das innerhalb eines äußeren, drucktragenden Rohrs positioniert ist, beinhaltet, wobei die Querschnittsabmessung des äußeren Rohrs größer als diejenige des inneren Rohrs ist, wobei das Verbundrohr ferner ein erstes Isoliermaterial beinhaltet, das das innere Rohr von dem äußeren Rohr isoliert, wobei das Isoliermaterial und das äußere Rohr einen Fluidkanal beinhalten und das innere nichtdrucktragende Rohr mit Durchgangslöchern oder Durchlässen punktiert ist, um den Druckausgleich durch Fluidströmung von dem inneren, nichtdrucktragenden Rohr zu ermöglichen, wobei das Verbundrohr ein zweites Isoliermaterial, das das äußere Rohr im Wesentlichen umgreift und angrenzend an dieses liegt, beinhaltet.
Das erste Isoliermaterial umgreift im Wesentlichen vorzugsweise das innere Rohr und liegt angrenzend an dieses.
Das Verbundrohr beinhaltet vorzugsweise ein zweites Isoliermaterial, das im Wesentlichen das äußere Rohr umgreift und angrenzend an dieses liegt.
Das zweite Isoliermaterial ist vorzugsweise Gesteinswolle oder Calciumsilikatblock.
Das innere Rohr beinhaltet vorzugsweise einen legierten Stahl, zum Beispiel eine Nickellegierung.
Das innere Rohr weist vorzugsweise entlang seiner Länge Hohlräume auf.
Die Hohlräume des inneren Rohrs beinhalten vorzugsweise Löcher, die das innere Rohr umgeben und entlang seiner Länge vorliegen.
Alternativ befinden sich die Hohlräume an Enden angrenzender innerer Rohre, wo sie zum Beispiel an Verbindungsstellen von zwei aneinander anschließenden inneren Rohren aneinander angeschlossen werden.
Das erste Isoliermaterial weist vorzugsweise eine hohe Durchlässigkeit gegenüber Wasserdampf und Dampf auf, weist gute Dehnungseigenschaften auf und ist gegen Pilzbewuchs resistent.
Typische Beispiele geeigneter Isolierung sind DARMET^TM, eine aus Unterlegblech aus rostfreiem Stahl gefertigte Isolierung, oder ZYAROCK^TM, das ein hochfestes, aus amorpher Silica gefertigtes Material ist.
Das erste Isoliermaterial, das angrenzend an der inneren Oberfläche des äußeren Rohrs liegt, beinhaltet vorzugsweise Schichten aus Unterlegblechen aus rostfreiem Stahl, die so angeordnet sind, dass sie parallel zu der Längsachse des Verbundrohrs laufen.
Die Oberfläche des Unterlegblechs aus rostfreiem Stahl weist vorzugsweise Vertiefungen auf, wobei die Vertiefungen eine Aussparung zwischen der Oberfläche des Unterlegblechs aus rostfreiem Stahl und dem äußeren Rohr bereitstellen, um einen zweiten Kanal zu bilden.
Die Oberfläche des Unterlegblechs aus rostfreiem Stahl weist vorzugsweise Vertiefungen auf, wobei die Vertiefungen eine Aussparung zwischen der Oberfläche des Unterlegblechs aus rostfreiem Stahl und dem äußeren Rohr bereitstellen.
Das erste Isoliermaterial wird wahlweise innerhalb des äußeren Rohrs durch Stützstrukturen, zum Beispiel Verstrebungen, die zwischen dem ersten Isoliermaterial und dem äußeren Rohr positioniert sind, gestützt; die Verstrebungen stellen eine Aussparung zwischen dem ersten Isoliermaterial und dem äußeren Rohr bereit.
Das erste Isoliermaterial liegt vorzugsweise in der Form von ringförmigen Segmenten vor, die um das innere Rohr positioniert sind, so dass Enden von jedem isolierenden ringförmigen Segment angrenzend aneinander liegen.
Das erste Isoliermaterial beinhaltet vorzugsweise eine erste und zweite Schicht isolierender Segmente, die um das innere Rohr angeordnet sind, so dass die Enden der isolierenden Segmente in der ersten Schicht in Beziehung zu den Enden der isolierenden Segmente in der zweiten Schicht versetzt sind.
Die Enden der isolierenden Anteile sind vorzugsweise durch einen Dehnungsausgleicher aneinander angeschlossen.
Das äußere Rohr beinhaltet vorzugsweise einen Stahl mit niedrigem Chromanteil.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Befördern von Hochtemperaturfluid mit hohem Druck bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Verbundrohr gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung anwendet und die folgenden Schritte beinhaltet:
Durchführen des Fluids durch das innere Rohr und Ermöglichen der Migration eines Anteils des Fluids durch die Löcher oder Durchlässe des inneren Rohrs, um den Druckausgleich zwischen den zwei Rohren zu ermöglichen.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise den Schritt des Bereitstellens einer Aussparung zwischen dem Isoliermaterial und dem äußeren Rohr.
Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Isolierens des äußeren Rohrs.
Kondensation tritt normalerweise in dem Kanal während des Inbetriebsetzens auf, wenn das äußere Rohr noch kalt ist. Dieses Verfahren des Beförderns des Fluids vermeidet ein Ansammeln derartigen Kondensats innerhalb des inneren und des äußeren Rohrs.
Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform davon, die lediglich beispielsweise unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben ist, klarer verständlich, wobei:
1 eine längliche Querschnittsansicht eines Verbundrohrs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei das Verbundrohr aus Teilabschnitten zusammengesetzt ist, die durch geschweißte Verbindungsstellen aneinander angeschlossen sind;
2 eine transversale Querschnittsansicht in der Richtung der Pfeife A- A des Verbundrohrs aus 1 ist;
3 eine transversale Querschnittsansicht ähnlich 2 einer zweiten Ausführungsform eines Verbundrohrs der Erfindung ist, die das erste Isoliermaterial zeigt, das durch Verstrebungen innerhalb des äußeren Rohrs gestützt wird;
4 ein länglicher Querschnitt eines Verbundrohrs aus 1 (oder 3) in Teilabschnitten ist, die für Anwendungen unter niedrigem Druck durch geschweißte Verbindungsstellen angeschlossen sind;
5 ein länglicher Querschnitt eines Verbundrohrs ähnlich 4, angeschlossen durch geschweißte Verbindungsstellen für Anwendungen unter hohem Druck, ist;
6 ein länglicher Querschnitt eines Endabschnitts des Verbundrohrs aus 1 oder 3, befestigt an einem herkömmlichen Rohr an einem Anpassungsstück, ist;
7 ein länglicher Querschnitt eines Endabschnitts des Verbundrohrs aus 1 oder 3, befestigt an einem herkömmlichen Rohr an einem alternativen Typ Anpassungsstück, ist;
8 eine transversale Querschnittsansicht ähnlich 3 einer weiteren Ausführungsform eines Verbundrohrs der Erfindung ist, die eine doppelte Schicht isolierender ringförmiger Segmente ist, die um das innere Rohr verschachtelt sind und aneinander durch Dehnungsausgleicher angeschlossen sind;
9 eine Perspektivansicht von der Seite und von oben eines isolierenden Segments aus 8 ist, wobei ein Teil seines oberen Abschnitts weggeschnitten ist;
10 eine Querschnittsansicht des in 8 gezeigten Dehnungsausgleichers ist;
11 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen den Kosten des für das äußere Rohr verwendeten Materials, dessen Lauftemperatur und der zulässigen Spannung darauf zeigt;
12 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Temperatur des Dampfes und dessen isolierenden Eigenschaften zeigt;
13 ein Graph ähnlich 12 ist, der die Beziehung zwischen der Temperatur des Dampfes und dessen isolierenden Eigenschaften bei einem anderen Druck zeigt;
14 eine längliche Querschnittsansicht eines Krümmungsabschnitts des Verbundrohrs ist;
15 eine längliche Querschnittsansicht ist, die den Schnittpunkt von zwei Verbundrohren zeigt, um ein T-Stück zu bilden;
16 eine Querschnittsansicht von einem Ende des Verbundrohrs aus 15 ist;
17 eine Endansicht eines Kopfstücks als eine Erstreckung des Verbundrohrs ist, wobei das Kopfstück ebenfalls eine Konstruktion des Typs des Verbundrohrs aufweist; und
18 eine längliche Querschnittsansicht des Verbundrohrs aus 17 ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und ursprünglich auf 1 und 2 wird eine erste Ausführungsform des Verbundrohrs der Erfindung gezeigt, das im Allgemeinen durch Verweiszahl 1 angezeigt wird.
Wie in 1 und 2 gezeigt, ist das längliche Verbundrohr 1 um eine Längsachse definiert, die durch die Verweiszahl 35 angezeigt wird. Das Verbundrohr 1 ist im Allgemeinen in der Form einer sandwichartigen Struktur um die Längsachse 35 gebildet, die aus einem inneren, nichtdrucktragenden Rohr 2 mit einem ersten Durchmesser d₁ und einem äußeren, drucktragenden Rohr 8, das mit dem inneren nichtdrucktragenden Rohr 2 zusammenhängend ist, gefertigt ist. Das äußere, drucktragende Rohr 8 weist einen Durchmesser d₂ auf, der größer als der Durchmesser des inneren, nichtdrucktragenden Rohrs 2 d₁ ist, so dass das innere, nichtdrucktragende Rohr 2 von dem äußeren, drucktragenden Rohr 8 mit Abstand angeordnet ist. Das innere, nichtdrucktragende Rohr 2 ist mit einer inneren Schicht Isolierung 4 auf seiner äußeren Oberfläche versehen. Die innere Schicht Isolierung 4 erstreckt sich von der zentralen Längsachse 35 in Richtung des äußeren, drucktragenden Rohrs 8 nach außen, endet aber kurz vor dem äußeren, drucktragenden Rohr 8, um einen ringförmigen Kanal 6 koaxial zu der Längsachse 35 des Verbundrohrs 1 zwischen der inneren Schicht Isolierung 4 und dem äußeren, drucktragenden Rohr 8 zu definieren. Das äußere, drucktragende Rohr 8 ist wiederum mit einer äußeren Schicht Isolierung 10 versehen, die sich von dem äußeren, drucktragenden Rohr 8 von der zentralen Längsachse 35 nach außen erstreckt, um das äußere, drucktragende Rohr 8 zu isolieren.
Das innere, nichtdrucktragende Rohr 2 ist aus einem Nickellegierungsstahl gebildet und ist durchweg mit Durchgangslöchern oder Durchlässen 12 punktiert, um den Druckausgleich durch Fluidströmung von dem inneren, nichtdrucktragenden Rohr 2 zu erleichtern. Die Durchgangslöcher 12 des inneren Rohrs 2 erlauben dem inneren Rohr 2, dem Druck des Dampfes, der dort entlang befördert wird, standzuhalten, und so kann das innere Rohr 2 ein dünnwandiges Rohr mit einer Wanddicke im Bereich von 1 mm bis 3 mm sein.
Der Nickellegierungsstahl des inneren Rohrs 2 weist bei erhöhten Temperaturen eine gute Stärke auf.
Wie oben angezeigt, umgreift die innere Schicht Isolierung 4 den äußeren Oberflächenbereich des inneren Rohrs 2. Die innere Schicht Isolierung 4 weist eine niedrige Durchlässigkeit gegenüber Wasserdampf und Dampf, gute Dehnungseigenschaften auf und ist ebenfalls resistent gegen Pilzbewuchs, um sicherzustellen, dass es keinen Pilzbewuchs gibt, wenn das Verbundrohr 1 nicht verwendet wird, d. h. wenn es außer Betrieb genommen wird.
Die innere Schicht Isolierung 4 wird ebenfalls aus einem Material gebildet, dass den Dampf nicht verschmutzt und das nicht durch Dampf korrodiert wird, wodurch sichergestellt wird, dass kein Stück der korrodierten inneren Isolierung 4 abgebrochen wird und durch Dampf zu durch Dampf angetriebenen Turbinen oder dergleichen überführt wird.
Ein bevorzugtes Isolierungsmaterial ist DARMET^TM, das aus einer Reihe von Schichten aus Unterlegblechen aus rostfreiem Stahl mit Vertiefungen besteht.
Der ringförmige Kanal 6 wird zwischen der inneren Schicht Isolierung 4 und dem äußeren Rohr 8 durch das Stützen der Isolierung 14, die zwischen der inneren Schicht Isolierung 4 und dem äußeren Rohr 8 eingerichtet ist, aufrecht erhalten, um die innere Isolierung 4 von dem äußeren Rohr 8 zu verteilen. Dies ist am besten aus 2 ersichtlich. Die Stützisolierung 14 ist aus dünnem Unterlegblech aus rostfreiem Stahl, das auf seiner äußeren Oberfläche nach außen hervorstehende Vertiefungen 16 aufweist, gefertigt. Die nach außen hervorstehenden Vertiefungen 16 ordnen die innere Isolierung 4 von dem äußeren Rohr 8 mit Abstand an und unterteilen den Kanal 6 in längliche Luftspalten 6a zwischen dem äußeren Rohr 8 und der glatten Oberfläche der stützenden Isolierung 14, wenn wie in 2 gezeigt im transversalen Querschnitt gesehen. Kondensat, das sich auf der inneren Oberfläche des äußeren Rohrs 8 während des In- oder Außerbetriebsetzens bilden kann, kann daher entlang den Luftspalten 6a des Kanals 6 strömen.
Um die Betriebstemperatur des äußeren Rohrs 8 innerhalb eines gewünschten Bereichs aufrecht zu halten, ist die äußere Schicht Isolierung 10 um die äußere Oberfläche des äußeren Rohrs 8 herum positioniert. Standard-Mineralfels oder Calciumsilikatblockisolierung können verwendet werden.
Das Aufrechterhalten der Betriebstemperatur des äußeren Rohrs 8 innerhalb der bestimmten Bereiche begrenzt ebenfalls den Grad an Kondensation auf den inneren Wänden davon, die durch Dampfmigration von dem inneren Rohr 2 durch die Löcher 12 und die innere Isolierung 4 und die stützende Isolierung 14 verursacht werden kann. Dies minimiert ebenfalls die Korrosion des Rohrs 8, die Schicht stützende isolierende Schicht 14 und die innere Schicht Isolierung 4.
Individuelle Teilabschnitte des Verbundrohrs 1 werden durch das Platzieren eines Endes eines Verbundrohrs 1 gegen das eines anderen und das Schweißen eines Abdeckblechs 22 an angrenzende Enden davon aneinander angeschlossen. Um die Desintegrierung der inneren und der stützenden Isolierung 4 bzw. 14 aufgrund der hohen Temperaturen des Schweißens zu verhindern, wird eine Hochtemperatur resistente Isolierung 24 unterhalb des Schweißbereichs 26 platziert. Eine geeignete Isolierung für diesen Zweck ist ein ZIRCAR^TM-Ring oder ZYAROCK^TM. Standard-Faltenbälge können ebenfalls entlang der Länge jedes Teilabschnitts des Verbundrohrs 1 platziert werden, um die Dehnung des Verbundrohrs 1 zu ermöglichen.
In einer alternativen, in 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung werden Teilabschnitte des Verbundrohrs 1 durch Glätten oder Einfügen von einem Ende eines Verbundrohrs 1 innerhalb des Endes des anderen aneinander angeschlossen. Die Enden der äußeren Rohre 8 werden erneut auf ähnliche Weise wie oben beschrieben zusammen geschweißt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das innere, nichtdrucktragende Rohr 2 aus einem Keramikmaterial mit einem Koeffizienten der Dehnung, der niedriger als der des Nickellegierungsstahls der vorliegenden Ausführungsform ist, gefertigt.
Wie in 6 gezeigt, wird ein Anpassungsstück 30 angewendet, um ein Ende des Verbundrohrs 1 an einem herkömmlichen Rohr 28 zu fixieren. Das Anpassungsstück 30 ist in der Form konisch, mit einem großen Radius R, der im Allgemeinen dem des äußeren Rohrs 8 gleicht, und einem kleinen Radius r, der im Allgemeinen dem des herkömmlichen Rohrs 28 gleicht. Wie in 6 gezeigt, können große und kleine Enden 34 und 36 des Adapters 30 an das Verbundrohr 1 bzw. das herkömmliche Rohr 28 auf eine ähnliche Weise wie oben beschrieben geschweißt werden. Der Pfeil B zeigt die typische Richtung des Wegs des Dampfes an. Das Anpassungsstück 30 weist an dem großen Ende 34 angrenzend an das Verbundrohr 1 keine Isolierung auf. Dies gleicht die Temperatur des Anpassungsstücks 30 mit der des äußeren Rohrs 8 ab, um keine Spannungen über die Schweißstelle 32 hinweg zu schaffen. Um für Krümmungen zu sorgen, ist das Verbundrohr 1 so hergestellt, dass die innere Oberfläche des äußeren, drucktragenden Rohrs 8 und die äußere Oberfläche der inneren Schicht Isolierung 4 durch den gleichen mittleren Radius definiert werden. Das isolierte innere, nichtdrucktragende Rohr 2 kann daher in das äußere, drucktragende Rohr 8 eingeschoben werden, wie in 14 gezeigt. Die innere Schicht Isolierung 4 ist segmentiert, ähnlich einem „Segmentkrümmer". Folglich muss die Aussparung zwischen der Schicht Isolierung 4 und der Innenseite des äußeren, drucktragenden Rohrs 8 an der Krümmung eventuell leicht vergrößert werden, um dem inneren Rohr 2 das reibungslose Gleiten in das äußere Rohr 8 und um die Krümmung herum zu ermöglichen. Dies kann bedeuten, dass das äußere Rohr 8 an der Krümmung eine etwas andere Bohrung oder einen etwas anderen Außendurchmesser aufweist. Im Allgemeinen ist der Außendurchmesser in Pipelines an einer Krümmung oft anders, um eine dickere Wand zum Standhalten der höheren Spannungen in der Krümmung zu ermöglichen.
14 zeigt die vorgeschlagene Anordnung für eine Krümmung von 90°.
T-Stücke sind ein wichtiger Teil von Pipelines. 15 zeigt eine vorgeschlagene Konstruktion eines T-Stücks, bei dem ein Verbundrohr in das andere eingefügt wird. Das isolierte innere, nichtdrucktragende Rohr 2 des ersten Verbundrohrs wird durch ein Loch in der Seite des zweiten Verbundrohrs und in das innere, nichtdrucktragende Rohr 2 davon eingefügt. Eine Schiebehülse (nicht gezeigt) wird über das innere Rohr 2 gepasst, um Dehnung zu ermöglichen. Für 1:1-T-Stücke (d. h. wenn die zwei Verbundrohre den gleichen Durchmesser aufweisen) kann diese Hülse einen kurzen Zweig auf der Seite aufweisen, um das innere Rohr 2 anzuordnen, um eine Art „Sockel" 90 zu bilden. Das Ende des inneren Rohrs 2 des ersten Verbundrohrs ist geformt, um das Blockieren des inneren Rohrs 2 des zweiten Verbundrohrs, in das es leitet, zu vermeiden. Die inneren Rohre 8 sind an Enden verankert, an denen sie mit anderen Verbundrohren zusammengefügt sind.
In einer alternativen Ausführungsform kann eine Y-Verzweigung die gleiche Herangehensweise wie die T-Verzweigung verwenden. Eine Y-förmige Führung kann zum Beispiel in das zweite Verbundrohr eingeführt werden und leitet in den kleinen aufgezeigten Zweig. Falls erforderlich, können der Größe des Zweigs relativ zu der Größe des Haupt- oder des zweiten Verbundrohrs Einschränkungen auferlegt werden.
Ein beträchtlicher Vorteil kann gewonnen werden, wenn Sammler und Kopfstücke unter Verwendung der Konstruktion des Verbundrohrs der Erfindung gebaut werden. Die Kopfstücke können eine Erstreckung der Verbundrohrkonstruktion bilden.
Es ist leichter, von den beiden die Sammler zu verwenden, da die Anzahl der Rohre, die mit ihnen zusammengefügt ist, geringer ist. 17 zeigt eine vorgeschlagene Kopfstückkonstruktion 92. Die Anzahl der Einlassrohre 94 des Kopfstückes 92 ist in einer Ebene aufgrund der Einschränkungen der Steggröße auf 6 beschränkt. Die Steggröße ist der Abstand zwischen zwei angrenzenden Einlassrohren 92, deren Öffnungen Spannungen in dem inneren Rohr 2 und dem äußeren Rohr 8 schaffen. Je näher die angrenzenden Einlassrohre 92 aneinander liegen, desto größer ist die Spannung, die in dem Anteil des Rohrs 2 und 8 dazwischen geschaffen wird. Um dies jedoch zu kompensieren, können die Einlassrohre 92 in der axialen Richtung näher aneinander liegen, als es normalerweise der Fall ist.
Ventile sind ein wichtiger Teil von Pipelines, und es wäre nützlich, wenn diese ebenfalls aus Niedrigtemperaturmaterialien gefertigt wären. Dies könnte erreicht werden, wenn ein Abkühlmedium durch Kanäle in den internen Komponenten durchgeführt wird.
Es versteht sich, dass verschiedene andere geeignete legierte Stahle verwendet werden können, um die Kosten der inneren Schicht Isolierung 4 zu reduzieren. Es ist ebenfalls möglich, diese Technik durch Verwendung einer Isolierung, die aus keramischem Material oder ODS-Legierungen (durch Oxiddispersion gestärkte Legierungen) gefertigt ist, auf höhere Temperaturen (1200°C) anzuwenden. Der Kanal 6 kann ebenfalls durch das Anordnen von Stützverstrebungen 18 entlang der Länge des Verbundrohrs zwischen der inneren Isolierung 4 und dem äußeren Rohr 8, wie in 3 gezeigt, wo gleiche Verweiszahlen gleiche Teile anzeigen, aufrechterhalten werden. In dieser Ausführungsform ist eine stützende Isolierung 14 nicht notwendig.
Im Allgemeinen sind das innere Rohr 2, die Schicht innere Isolierung 4 und die stützende Isolierung 14 positioniert, um gut innerhalb des äußeren, drucktragenden Rohrs 8 zu passen. Das Rohr 8 ist aus Kohlenstoffmangan oder Stahl mit niedrigem Chromanteil gefertigt.
Beim Verwenden kann das Verbundrohr 1 in einem geneigten Winkel ausgerichtet sein, so dass derartiges Kondensat unter Schwerkraft zu Entleerungspunkten (nicht gezeigt), die in Intervallen entlang dem Verbundrohr 1 positioniert sind, strömen kann. Dies hilft beim Verhindern von Korrosion, die durch ein Ansammeln derartigen Kondensats an dem äußeren Rohr 8 verursacht werden könnte. Zum Zweck des vorliegenden Beispiels wird das Verbundrohr 1 verwendet, um Dampf mit einer Temperatur im Bereich von 600°C–1000°C zu befördern.
Das Rohr 8 kann theoretisch bei Raumtemperatur betrieben werden, in welchem Fall stützende Stahlstrukturen keine Bewegung aufgrund von Dehnung erdulden müssten.
Um dies zu erreichen, wäre jedoch ein äußeres Rohr 8 mit großem Durchmesser notwendig. Es ist jedoch praktischer, die Dicke der inneren isolierenden Schicht 4 und den inneren Durchmesser des äußeren Rohrs 8 so zu begrenzen, dass das äußere Rohr 8 bei einer Temperatur unter der betrieben würde, die Kriechspannung im Material des Rohrs 8 einführen würde.
Ein Ausgleich kann zwischen der Lauftemperatur des äußeren Rohrs 8 und dessen Kosten gefunden werden, so dass es bei einer Temperatur darunter laufen kann, die Kriechspannungen in dem gewählten Material einführen würde, und dies ist am deutlichsten in 11 gezeigt. In diesem Beispiel ist das Material ein 2,25-Chromstahl.
Ein typisches Beispiel der Parameter und Betriebsbedingungen des Verbundrohrs 1 ist in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die innere Isolierungsschicht 4 vollständig aus geeigneter keramikartiger Hochtemperaturisolierung bestehen.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die innere isolierende Schicht 4 aus individuellen, isolierenden, ringförmigen Segmenten 5 bestehen. Enden 7 der Segmente 5 werden durch Dehnungsausgleicher 9 um das innere Rohr 4 zusammengehalten. Dies wird am deutlichsten in 8 gezeigt. Die Dehnungsausgleicher beinhalten zwei Endplatten 11 und 13, bei denen sich von jeder wellige Unterlegblechrippen aus rostfreiem Stahl 15 bzw. 17 in eine seitliche Richtung erstrecken. Eine durch Buchstabe C in 10 angezeigte Aussparung ist zwischen den Enden 21 der Rippen 17 und der Platte 11 zur Ermöglichung von Dehnung bereitgestellt. Die Rippen 15 der Platte 11 sind innerhalb einer Schicht Folie 19 eingeschlossen und sind bezüglich der Rippen 17 der Platte 13 versetzt, um es den Rippen 15 und 17 zu ermöglichen, während der Dehnung und Kontraktion der Verbindungsstelle 9 leicht übereinander zu gleiten. Die Verbindungsstelle 9 kann eine Hochtemperaturfeder (nicht gezeigt) umfassen, um den Dehnungsausgleicher 9 sicherer in Kontakt mit angrenzenden isolierenden, ringförmigen Segmenten 5 zu halten.
Der Dehnungsausgleicher 9 kann aus gewebter rostfreier oder Inconel-Decke wie etwa BEKITHERM^TM, das ein Metallfasernadelfilzmaterial ist, gefertigt sein. BEKITHERM^TM ist bei hohen Temperaturen biegsam und ermöglicht relative Bewegung zwischen den isolierenden Segmenten 5.
Wie in den vorherigen Ausführungsformen sind die isolierenden, ringförmigen Segmente 5 für Wasserdampf und Dampf durchlässig. Kondensation, die sich an der inneren Oberfläche des äußeren Rohrs 8 zum Beispiel während des Inbetriebsetzens bilden kann, wenn das äußere Rohr 8 abgekühlt wird, und Kondensation, die in der Isolierung selbst auftreten kann, durch kleine Kanäle (nicht gezeigt) in der Isolierung als solche versickert. Dies wird durch das Ausrichten des Verbundrohrs in einem Winkel unterstützt.
Es versteht sich, dass die Betriebstemperatur der äußeren Schicht Isolierung 10 bei einer Temperatur von bis zu 100°C laufen kann, und als solches wäre es angemessen, ein Schutzgitter um die Isolierung 10 herum bereitzustellen.
Es versteht sich ebenfalls, dass es entlang dem Rohr einen Druckabfall gibt, der nicht nur Strömung in dem Rohr verursacht, sondern auch eine kleine Strömung in der inneren Isolierung 4 in einer axialen Richtung. Dies könnte Wärme von dem inneren Rohr 2 zu dem äußeren Rohr 8 überführen. Um die auf diese Weise von dem inneren Rohr 2 zu dem äußeren Rohr 8 übertragene Wärme zu begrenzen, können Abdichtungen (nicht gezeigt) in regelmäßigen Intervallen entlang dem Verbundrohr 1 zwischen dem inneren Rohr 2 und dem äußeren Rohr 8 bereitgestellt werden. Diese können federbelastet sein, um den Kontakt mit dem äußeren Rohr 8 aufrechtzuerhalten, und können mit Verbindungsstellen in dem Verbundrohr 1 verbunden sein.
Die Erfindung hat viele Vorteile. Das Verbundrohr 1 stellt eine günstigere alternative Rohrstruktur bereit, die Dampf bei hohen Temperaturen und hohem Druck, zum Beispiel Temperaturen über 700°C und Druck von 360 bar, befördern kann. Die Kosten für Rohrleitungen zum Befördern von Fluiden bei derartigen hohen Temperaturen unter Verwendung der Struktur des Verbundrohrs der Erfindung können um einen Faktor von 50 bis 100 reduziert werden. Das Verbundrohr erleichtert ebenfalls das Entleeren des kondensierten Dampfes/Kondensats entlang dem Kanal 6 zwischen dem inneren Rohr 2 und dem äußeren Rohr 8. Die Ausrichtung des Verbundrohrs der Erfindung in einem Winkel verhindert ebenfalls die Sättigung der zwischen dem inneren Rohr 2 und dem äußeren Rohr 8 angeordneten Isolierung. Die Isolierschicht 4 ist effizienter und kann folglich dünner gemacht werden, wenn das äußere Rohr 8 eine höhere Temperatur als die Sättigungstemperatur des Dampfes aufweist. In diesem Fall kann der Durchmesser der Rohre 2 und 8 kleiner sein, wodurch das Gewicht der Rohre 2 und 8 reduziert wird, und folglich wird der Grad an struktureller Stütze, der für die Rohre 2 und 8 notwendig ist, reduziert. Kondensation, die sich während des Inbetriebsetzens bilden kann, wenn das äußere Rohr 8 abgekühlt wird, wird durch kleine Kanäle (nicht gezeigt) in der Isolierung versickern. Dies wird durch das Ausrichten des Verbundrohrs in einem Winkel unterstützt.
Ein Anteil des Dampfes, der durch die Durchgangslöcher 12 migriert, wird ebenfalls innerhalb der inneren Schicht Isolierung 4 eingefangen, was die Isolierfähigkeit der isolierenden Schicht 4 beeinträchtigt. 12 stellt dar, dass die isolierenden Eigenschaften des Dampfes am besten sind, wenn seine Temperatur innerhalb der inneren Isolierung 4 ungefähr 500°C bei einem Betriebsdruck von 360 bar beträgt. Die isolierenden Eigenschaften des Dampfes werden natürlich anders sein, wenn seine Temperatur und/oder Druck geändert werden. Dies wird am deutlichsten in 13 gezeigt.
Die Bereitstellung von Isolierung auf dem äußeren Druckrohr erleichtert jedoch den Betrieb der äußeren Druckgrenze bei optimalen Temperaturen, d. h. Temperaturen unterhalb der Kriechzahl, jedoch ausreichend hoch, um die Bildung von Kondensation zu verhindern. Der Dampf weist bei diesen Temperaturen optimale isolierungseigenschaften auf.
Wenn das Verbundrohr 1 in Betrieb ist, ist es wichtig zu beobachten, dass die innere isolierende Schicht 4 angemessen arbeitet. Dies wird sicherstellen, dass das äußere Rohr 8 innerhalb eines optimalen Temperaturbereichs arbeitet. Wenn keine äußere Schicht Isolierung 10 verwendet wird, kann dieser Anstieg der Temperatur durch entfernt liegende Infrarotkameras erfasst werden. Wenn die äußere Schicht Isolierung 10 verwendet wird, können Temperaturen unter der äußeren Schicht Isolierung 10 unter Verwendung von verteilten Temperaturmesssystemen überwacht werden.
Ein Beispiel dieses Typs von Messsystem verwendet ein Glasfaserkabel. Das Kabel wird in einem spiralförmigen Muster um die Außenseite des Rohrs 8 gewickelt. Laserlicht wird das Kabel hinunter geführt und Licht wird von allen Punkten entlang dem Kabel zurück zu der Quelle reflektiert. Von der Frequenz und der Flugzeit des reflektierten Signals aus kann die Temperatur an jedem beliebigen Punkt entlang dem Kabel auf eine Genauigkeit von 1°C und eine räumliche Genauigkeit von 1 Meter gemessen werden.
Ein weiteres Beispiel dieses Typs von System verwendet ein durch Mineralien isoliertes Kabel, das dem bei Thermopaaren verwendeten Typ ähnlich ist. Die verwendete Mineralisolierung ist eine spezielle Mischung aus Salzen, die eine spezifische eutektische Temperatur aufweist. Wenn ein Punkt auf dem Kabel diese Temperatur erreicht, schmelzen die Salze und verursachen einen Kurzschluss in dem Kabel, wodurch verursacht wird, dass ein Fehlersignal erzeugt wird. Die Position des Fehlers kann durch die Flugzeittechniken oder durch Netzwerkanalyse bestimmt werden.
Alternativ könnte ein IOF-Argument (IOF = Incredibility Of Failure = Unglaublichkeit des Versagens) angeführt werden, um zu beweisen, dass bei Verwendung einer Hochintegritätsisolierung, sorgfältiger Konstruktion und guter Qualitätskontrolle der interne Isolierung nicht versagt.
Das Verbundrohr der Erfindung findet außerdem besondere Anwendung bei Kesselanlagen und dergleichen.
Das Verbundrohr der Erfindung findet ebenfalls Anwendung bei Verrohrungen zur Wiedererwärmung, Überhitzer-Sammlern und Wiedererhitzer-Sammlern. Das Verbundrohr der Erfindung findet ebenfalls Anwendung bei Heißölanwendungen z. B. auf dem Meeresboden und dergleichen.
Es versteht sich, dass das innere Rohr 2 und das äußere Rohr 8 nicht zwangsläufig einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen müssen, sondern jeden geeigneten Querschnitt aufweisen können, zum Beispiel quadratisch oder oval.
Die Ausführungsformen sind nicht wie hier zuvor beschrieben begrenzt, sondern können innerhalb des Bereichs der Erfindung variiert werden.

Claims

Ein Verbundrohr, das ein inneres, nichtdrucktragendes Rohr, das innerhalb eines äußeren, drucktragenden Rohrs positioniert ist, beinhaltet, wobei die Querschnittsabmessung des äußeren Rohrs größer als diejenige des inneren Rohrs ist, wobei das Verbundrohr ferner ein erstes Isoliermaterial beinhaltet, das das innere Rohr von dem äußeren Rohr isoliert, wobei das Isoliermaterial und das äußere Rohr einen Fluidkanal beinhalten und das innere, nichtdrucktragende Rohr mit Durchgangslöchern oder Durchlässen punktiert ist, um den Druckausgleich durch Fluidströmung von dem inneren, nichtdrucktragenden Rohr zu ermöglichen, wobei das Verbundrohr ein zweites Isoliermaterial, das das äußere Rohr im Wesentlichen umgreift und angrenzend an dieses liegt, beinhaltet.
Verbundrohr gemäß Anspruch 1, wobei die Rohre einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Verbundrohr gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das erste Isoliermaterial das innere Rohr im Wesentlichen umgreift und angrenzend an dieses liegt.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Isoliermaterial Gesteinswolle oder Calciumsilikatblock ist.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das innere Rohr eine Wanddicke von zwischen 1 und 3 mm aufweist.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das innere Rohr einen legierten Stahl beinhaltet.
Verbundrohr gemäß Anspruch 6, wobei die Stahllegierung Nickellegierung ist.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das innere Rohr entlang seiner Länge Hohlräume aufweist.
Verbundrohr gemäß Anspruch 8, wobei die Hohlräume des inneren Rohrs Löcher beinhalten, die das innere Rohr umgeben und entlang seiner Länge vorliegen.
Verbundrohr gemäß Anspruch 8, wobei die Hohlräume Löcher beinhalten und sich an den Enden von angrenzenden inneren Rohren befinden.
Verbundrohr gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Hohlräume Löcher beinhalten und sich an Verbindungsstellen von zwei aneinander anschließenden inneren Rohren befinden.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem Faltenbälge entlang dem inneren Rohr platziert sind.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Isoliermaterial eine hohe Durchlässigkeit für Dampf aufweist.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das erste Isoliermaterial aus einem Material gebildet ist, das den Dampf nicht verschmutzt und durch den Dampf nicht korrodiert wird.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Isoliermaterial gegen Pilzbewuchs resistent ist.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Isoliermaterial eine Isolierung, die aus einem dünnen Unterlegblech aus rostfreiem Stahl gefertigt ist, beinhaltet.
Verbundrohr gemäß Anspruch 16, wobei das Unterlegblech aus rostfreiem Stahl so angeordnet ist, dass es parallel zu der Längsachse des Verbundrohrs verläuft.
Verbundrohr gemäß Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei die Oberfläche des Unterlegblechs aus rostfreiem Stahl Vertiefungen aufweist.
Verbundrohr gemäß Anspruch 18, wobei die Vertiefungen einen Fluidkanal zwischen der Oberfläche des Unterlegblechs aus rostfreiem Stahl und dem äußeren Rohr bereitstellen.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das erste Isoliermaterial DARMET ist.
Verbundrohr gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das erste Isoliermaterial amorphes Silikon beinhaltet.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Isoliermaterial ringförmige Segmente beinhaltet und wobei die Enden von angrenzenden ringförmiger Segmenten mittels eines Dehnungsausgleichers angeschlossen sind.
Verbundrohr gemäß Anspruch 22, in dem der Dehnungsausgleicher ein Paar Endplatten beinhaltet, von denen sich jeweils Unterlegblechrippen aus rostfreiem Stahl in eine seitliche Richtung erstrecken, wobei die Rippen von einer der Platten mit Bezug auf die Rippen der anderen Platte versetzt sind, um deren Übereinandergleiten während der Dehnung und Kontraktion der Verbindungsstelle zu ermöglichen.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein oder mehrere der Folgenden umfasst: ein T-Stück; eine Y-Verzweigung; und ein Sammelrohr.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Anpassungsstück zum Anschließen eines Endes des Verbundrohrs an einem herkömmlichen Rohr umfasst, wobei das Anpassungsstück ein konisches Rohr mit einem großen Ende, das zum Eingreifen in das äußere Rohr des Verbundrohrs angepasst ist, und einem kleineren Ende, das zum Eingreifen in das herkömmliche Rohr angepasst ist, beinhaltet.
Verbundrohr gemäß Anspruch 25, in dem das große Ende des Anpassungsstücks nicht isoliert ist.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zum Verwenden bei der Überführung von Hochtemperaturfluid mit hohem Druck.
Verbundrohr gemäß Anspruch 27, in dem die Hochtemperaturflüssigkeit Dampf oder heißes Öl ist.
Verbundrohr gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zum Verwenden in Kesselanlagen.
Eine Einrichtung, die ein Verbundrohr gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29 beinhaltet, wobei das Verbundrohr in einem geneigten Winkel ausgerichtet ist.
Ein Verfahren zum Befördern von Hochtemperaturfluid mit hohem Druck, wobei das Verfahren ein Verbundrohr gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29 anwendet und die folgenden Schritte beinhaltet: Durchführen des Fluids durch das innere Rohr und Ermöglichen der Migration eines Anteils des Fluids durch die Löcher oder Durchlässe des inneren Rohrs, um den Druckausgleich zwischen den zwei Rohren zu ermöglichen.
Verfahren gemäß Anspruch 31, das den weiteren Schritt der Entleerung von Kondensat, das sich innerhalb des Fluidkanals bildet, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 31 oder 32, in dem das Fluid Dampf ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 31 bis 33, in dem das Verbundrohr in einem geneigten Winkel ausgerichtet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 31 bis 34, das einen Schritt der Isolierung des äußeren Rohrs umfasst.