EP0000497A1 - Transportleitung mit keramischer Innenisolierung zur Führung heisser Fluide - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a ceramic inner insulation for a hot fluid-carrying transport line, which is formed by a ceramic hollow body which at least partially surrounds the flow space of the fluid and which is arranged at a short distance within an outer wall of the transport line.
- Internal insulation for transport lines is required to protect the outer walls of the transport line, which are usually made of metallic materials, from overheating. This is particularly necessary when the hot fluids are under pressure and the loads on the transport line caused thereby have to be borne by the outer walls. Ceramic foil or fiber materials and solid ceramic insulation are known for internal insulation. The latter have particularly Proven especially for prestressed concrete tanks.
- the object of the invention is to provide a ceramic inner insulation which is also suitable for high fluid pressures and high axial flow pressure losses while avoiding gas flows and which can also be used in a simple manner in the transport lines.
- a ceramic inner insulation of the type mentioned above according to the invention in that the ceramic hollow body is prestressed in the unloaded state by means of clamping elements which gas-tightly enclose the hollow body on its side facing the outer wall of the transport line.
- the preload is selected so that the inner insulation is not subjected to tensile forces in the operating state, but at least in such a way that the tensile stresses to be absorbed are limited to an admissible level.
- the internal insulation expands so that the pretension applied by the tensioning elements is increased during operation.
- the clamping elements also act as sealing elements. The occurrence of parasitic gas flows in the space between the inner insulation and the outer wall can be largely suppressed in an advantageous manner.
- Draw ceramic inner insulation with tensioning elements is therefore also characterized by a higher insulating effect.
- a further embodiment of the invention is that rings or sleeves that can be shrunk onto ceramic hollow bodies are provided as clamping elements.
- ceramic segments that are more adaptable to the shapes of the transport lines can advantageously be used without having to fear the occurrence of parasitic gas flows.
- the ring and sleeve are connected gas-tight to the outer wall at least in the area of these connection points. Such a connection is facilitated in that an intermediate wall is attached to the outer wall, with which the ring or the sleeve can be welded.
- Thin-walled tubular parts can be used as the intermediate wall, which are welded to the pressure-bearing outer walls before they are annealed. The subsequent welding of the rings or sleeves does not cause any deterioration in the desired strength properties of the outer wall.
- rings or sleeves With moderate pressures in the flow space of the transport line, further forms staltung of the invention, the rings or sleeves at the same time the outer wall of the transport line. This considerably simplifies the construction of the transport line. Since the tensioning elements are heated to a comparatively low degree when the transport line is in operation, rings or sleeves can be directly welded to one another at connection points or connected in a gas-tight manner in another suitable manner.
- the transport line has, within an outer wall 1, a ceramic inner insulation surrounding the flow space 2 of the fluid and designed as a hollow body 3.
- a steel tube is provided as the outer wall 1.
- the inner insulation is formed by several segments, of which in Fi gur 2 the interlocked segments 3a to 3c are shown.
- a space 4 is present between the inner insulation and the outer wall.
- the ceramic hollow body 3 is enclosed on its side facing the outer wall 1 by clamping elements 5, which prestress the hollow body under pressure.
- tensioning wires can be used as tensioning elements. An embodiment of this type is not shown in the drawing.
- 5 rings are provided as tensioning elements, which are shrunk onto the segments of the hollow body 3 which are jointed together in order to achieve the desired prestress. This creates closed, hollow-cylindrical insulating pieces that can be inserted axially into the transport line. Centering 6 ensure mutual alignment of the lined up hollow body.
- the clamping elements 5 are welded gas-tight to the outer wall 1.
- the outer wall 1 is connected to a further inner, thin intermediate wall 8.
- the intermediate wall 8 is welded into the outer wall 1 at welding points 7 ′ before the annealing treatment.
- the intermediate wall 8 advantageously also reduces the space between the insulation and the outer wall, so that heat losses - caused by the occurrence of free convection in the space - are reduced.
- a transport line for lower pressures is shown in axial section in FIG.
- the inner insulation which also consists of segments in this exemplary embodiment, is spanned by sleeves 12, which at the same time form the outer wall of the transport line.
- the sleeves 12 are welded at connection points.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eins keramische Innenisolierung für eine heiße Fluide führende Transportleitung, die von einem den Strömungsraum des Fluids zumindest teilweise umgebenden keramischen Hohlkörper gebildet wird, der mit geringem Abstand innerhalb einer äußeren Wandung der Transportleitung angeordnet ist.
- Innenisolierungen bei Transportlsitungen sind erforderlich, um die meist aus metallischen Werkstoffen bestehenden äußeren Wandungen der Transportleitung vor einer Überhitzung zu schützen. Dies ist vor allem dann erforderlich, wenn die heißen Fluide unter Druck stehen und die hierdurch hervorgerufenen Belastungen der Transportleitung von den äußeren Wandungen zu übernehmen sind. Zur Innenisolierung sind keramische Folien-oder Faserwerkstoffe und Festkeramikisolierungen bekannt. Letztere haben sich insbesondere für Spannbetonbehälter bewährt.
- Bei einer keramischen Innenisolierung in einer Transportleitung für heiße Fluide treten vor allem zwei Probleme auf: Durch den erwünschten Temperaturabbau in der Innenisolierung zwischen Strömungsraum und äußerer Wandung treten an der äußeren kalten Seite der Isolierung Zugspannungen auf, die das keramische Material nur in sehr begrenztem Umfang aufnehmen kann. Die Rißgefahr bei keramischen Innenisolierungen ist infolgedessen insbesondere bei hohen Temperaturgradienten zwischen Strömungsraum-und äußerer Wandung außerordentlich hoch. Um dies zu vermeiden, wurde daher bereits vorgeschlagen, die keramische Innenisolierung in mehrere Segmente zu unterteilen. Nachteilig ist dabei jedoch, daß sich infolge der in Strömungsrichtung des Fluids bestehenden Druckgradienten eine parasitäre Gasströmung in den Fugen zwischen aneinanderliegenden Isolierungssegmenten sowie im Zwischenraum zwischen Innenisolierung und äußerer Wandung der Transportleitung einstellt. Diese unerwünschte Gasströmung setzt die Isolierwirkung in häufig unkontrollierbarer Weise stark herab, so daß örtlich für die Aufnahme der Kräfte in der Wandung unzulässig hohe Temperaturen auftreten.
- Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung von Gasströmungen außerhalb des Strömungsraumes eine auch für hohe Fluiddrucke und hohe axiale Strömungsdruckverluste geeignete keramische Innenisolierung zu schaffen, die zugleich in einfacher Weise in die Transportleitungen einsetzbar ist.
- Diese Aufgabe wird bei einer keramischen Innenisolierung der oben genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der keramische Hohlkörper mittels Spannelementen, die den Hohlkörper auf seiner der äußeren Wandung der Transportleitung zugewandten Seite gasdicht umschließen, im unbelasteten Zustand auf Druck vorgespannt ist. Die Vorspannung wird so gewählt, daß die Innenisolierung'im Betriebszustand nicht durch Zugkräfte beansprucht wird, zumindest aber so, daß die aufzunehmenden Zugspannungen auf ein zulässiges Maß beschränkt sind. Bei Betrieb dehnt sich die Innenisolierung aus, so daß die durch die Spannelemente aufgebrachte Vorspannung während des Betriebes noch erhöht wird. Die Spannelemente wirken zugleich als Dichtelemente. Das Auftreten parasitärer Gasströmungen im Zwischenraum zwischen Innenisolierung und äußerer Wandung läßt sich in vorteilhafter Weise weitgehend unterdrücken. Keramische Innenisolierungen mit Spannelementen zeichnen sich daher zugleich auch durch eine höhere Isolierwirkung aus.
- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß als Spannelemente auf keramische Hohlkörper aufschrumpfbare Ringe oder Hülsen vorgesehen sind. In diesem Falle lassen sich in vorteilhafter Weise auch den Formen der Transportleitungen besser anpaßbare keramische Segmente einsetzen, ohne dabei das Auftreten parasitärer Gasströme befürchten zu müssen. Um auch das Einströmen von Fluid in den Zwischenraum zwischen Innenisolierung und äußerer Wandung an solchen Stellen zu vermeiden, an denen ein RohranschluB erforderlich ist, sind zumindest im Bereich dieser Anschlußstellen Ring und Hülse mit der äußeren Wandung gasdicht verbunden. Eine solche Verbindung wird dadurch erleichtert, daß an der äußeren Wandung eine Zwischenwand befestigt ist, mit der der Ring oder die Hülse verschweißbar sind. Als Zwischenwand sind dünnwandige Rohrteile verwendbar, die vor dem Glühen der drucktragenden äußeren Wandungen mit diesen verschweißt werden. Das spätere Einschweißen der Ringe oder Hülsen verursacht so keine Verschlechterung der-erwünschten Festigkeitseigenschaften der äußeren Wandung. r
- Bei mäßigen Drücken im Strömungsraum der Transportleitung bilden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Ringe oder Hülsen zugleich die äußere Wandung der Transportleitung. Damit vereinfacht sich der Aufbau der Transportleitung erheblich. Da die Spannelemente bei Betrieb der Transportleitung nur verhältnismäßig gering erhitzt werden, lassen sich Ringe oder Hülsen an Anschlußstellen unmittelbar miteinander verschweißen oder in sonst geeign.eter Weise gasdicht verbinden.
- Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch wiedergegeben sind, näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen
- Figur 1 Transportleitung mit keramischer Innenisolierung im Axialschnitt gemäß Schnittlinie I/I nach Figur 2,
- Figur 2 Querschnitt einer Transportleitung nach Figur 1 gemäß Schnittlinie II/II und
- Figur 3 Transportleitung mit keramischer Innenisolierung für niederen Druck.
- Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist die Transportleitung innerhalb einer äußeren Wandung 1 eine den Strömungsraum 2 des Fluids umgebende, als Hohlkörper 3 ausgebildete keramische Innenisolierung auf. Im Ausführungsbeispiel ist als-äußere Wandung 1 ein Stahlrohr vorgesehen. Die Innenisolierung wird von mehreren Segmenten gebildet, von denen in Figur 2 die ineinander verfugten Segmente 3a bis 3c wiedergegeben sind. Zwischen Innenisolierung und äußerer Wandung ist ein Zwischenraum 4 vorhanden. Der keramische Hohlkörper 3 wird auf seiner der äußeren Wandung 1 zugewandten Seite von Spannelementen 5 umschlossen, die den Hohlkörper auf Druck vorspannen. Als Spannelemente sind im einfachsten Falle Spanndrähte verwendbar. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
- Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 sind als Spannelemente 5 Ringe vorgesehen, die in üblicher Weise auf die miteinander verfugten Segmente des Hohlkörpers 3 zur Erzielung der gewünschten Vorspannung aufgeschrumpft werden. Es entstehen so geschlossene hohlzylindrische Isolierstücke, die in die Transportleitung axial einsetzbar sind. Zentrierungen 6 sorgen für eine gegenseitige Ausrichtung der aneinandergereihten Hohlkörper.
- Um eine axiale Gasströmung im Zwischenraum 4 zu vermeiden, sind die Spannelemente 5 mit der äußeren Wandung 1 gasdicht verschweißt. Um dies ohne Beeinträchtigung der äußeren Wandung zu ermöglichen ist im dargestellten Ausführungsbeispiel die äußere Wandung 1 mit einer weiteren inneren, dünnen Zwischenwand 8 verbunden. Mit der Zwischenwand 8 sind die Spannelemente 5 an Schweißstellen 7 verschweißt. Die Zwischenwand 8 wird in der äußeren Wandung 1 an Schweißstellen 7'vor der Glühbehandlung eingeschweißt. Die Zwischenwand 8 verringert in vorteilhafter Weise zugleich den Zwischenraum zwischen Isolierung und äußerer Wandung, so daß Wärmeverluste - verursacht durch das Auftreten freier Konvektion im Zwischenraum - vermindert werden.
- Eine Transportleitung-für geringere Drücke ist in Figur 3 im Axialschnitt dargestellt. Die auch in diesem Ausführungsbeispiel aus Segmenten bestehende Innenisolierung wird von Hülsen 12 umspannt, die zugleich die äußere Wandung der Transportleitung bilden. An Anschlußstellen werden die Hülsen 12 verschweißt.
Claims (5)
daß der keramische Hohlkörper (3) mittels Spannelementen (5, 12), die den Hohlkörper auf seiner der äußeren Wandung (1) der Transportleitung zugewandten Seite umschließen, im unbelasteten Zustand auf Druck vorgespannt ist.
daß als Spannelemente (5) auf keramische Hohlkörper aufschrumpfbare Ringe (5) oder Hülsen (12) vorgesehen sind.
daß im Bereich von Anschlußstellen Ring oder Hülse mit der äußeren Wandung (1) gasdicht verbunden sind.
daß an der äußeren Wandung (1) eine Zwischenwand (8) befestigt ist, mit der die Ringe oder Hülsen verschweißbar sind.
daß die Ringe (5) oder Hülsen (12) zugleich die äußere Wandung (1) der Transportleitung bilden.
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