SE464259B - Markfoerlagd roerledning foer kylt medium samt saett att minska roerledningens formfoeraendring vid tjaelbildning - Google Patents

Description

464 259 2 utsträckning, benämnes lyftmotstànd och det är de kraf- ter, som alstras av de motsatt verkande tjällyftkrafter- na i zonen B och de lyftning motverkande krafterna i zonerna A och C som kan åstadkomma en riskabel sanno- likhet för rörbrott.

Ovanstående problem förekommer mest i arktiska UI områden, där en blandning av jord, sten och is, som i det följande benämnes ständig tjäle, bibehålles i huvudsakligen permanent fryst tillstånd ned till ett 19 djup av någon meter under eller nära markytan. Mark- skiktet ovanför tjälskiktet utsättes för omväxlande tö och frost under de varma och kalla årstiderna. Dis- kontinuerliga områden med ständig tjäle förekommer emel- lertid, i vilka ett töat "aktivt" område befinner sig 15 mellan områden med ständig tjäle och sträcker sig nedåt till berggrunden eller till en tölinje på ett större djup än de yttöade delarna av intilliggande ytmarkskikt.

Problemen med att bibehålla konstruktiv integritet och stabilitet genom reducering av den påkänning, som är 20 en följd av de olika lyftkrafterna, är särskilt akut för rörledningar under dylika omständigheter. En rör- ledning för kyld gas, som transporterar gasen vid en temperatur under fryspunkten, är känslig för tjällyft- krafter eftersom en tjäluppbyggnad runt röret i vissa 25 markområden attraherar ytterligare fukt, varför de på röret utövade olika tjällyftkrafterna ökar.

Sovjet-patentet 361 349 avser en rörledning, som har en isolation kring den nedre hälften av röret uppen- barligen för att reducera rörpåkänningarna genom redu- 30 cering av tillväxten av tjälpartiet under röret och därmed av tjällyftkrafterna. Det framgår, att röret enligt detta patent är ett vätskerör. Det tyska patentet 497 118 avser också en rörledning, som har olika mängder isolation kring olika ytor. 35 Anordningar, som ibland något missledande kallas "värmerör“, t ex enligt US-patentet 3 217 791, består av ett förseglat rör, som invändigt har en mängd vätska 10 15 20 25 30 35 464 259 3 med låg kokpunkt. Dylika rör har inbäddats i marken med sina övre ändar sträckande sig upp i det fria. I dylika anordningar sker överföringen av värme till den kallare atmosfären genom en förändring av tillståndet hos vätskan med låg kokpunkt, som är anordnad i rörets botten och som absorberar värme från den omgivande mar- ken och förångas, varvid ångorna rör sig till rörets övre ände, där de kyles av den omgivande kallare atmos- fären och kondenseras för att strömma tillbaka till rörets botten i en kontinuerlig operationscykel.

US-patenten 4 194 856 och 4 269 539 avser använd- ning av värmerör, som är placerade antingen intill eller under en kyld gasrörledning för att hjälpa till att bibehålla ett fruset tillstànd under rörledningen så att ett alstrande av överdrivna krafter på rörledningen undvikes. Dessa patent innehåller också en diskussion av känd teknik, till vilken hänvisas. Andra anordningar är kända genom US-patenten 3 563 825, 3 747 355, 3 807 183, 3 809 149, 3 948 313 och 3 990 502.

Olyckligtvis har de kända systemen för reglering av tjällyftningen av rörledningar varit otillfredsstäl- lande till sin funktion och/eller utomordentligt dyra att tillverka och/eller underhålla.

Ett huvudändamål med föreliggande uppfinning är därför att anvisa en ny och förbättrad rörledning och ett sätt fär undvikande av tjällyftskador på en rörledning, i synnerhet kyld gas. Ändamålen uppnås enligt uppfinningen medelst den i patentkravet 1 närmare definierade rörledningen respektive sättet enligt patentkravet 13.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar, vilka visar utföringsexempel och på vilka varandra motsvarande delar har samma hänvisningsbeteckningar. Fig 1 visar i sektionde krafter, som verkar på en rörledning, vilken sträcker 464 259 lO 15 zo, 25 30 35 4 sig genom en zon med betydande lyftning mellan markzoner med mindre lyftning. Fig 1A visar i större skala i sek- tion en rörledning för kyld gas, vilken sträcker sig genom en aktiv tjällyftzon, som befinner sig mellan intilliggande zoner, vars benägenhet till tjällyftning är mindre. Fig 2 visar i perspektiv ett föredraget ut- förande av uppfinningen med avseende på såväl sätts- som konstruktionsaspekterna därpå. Fig 3 visar i verti- kalprojektion och delvis i sektion en rörledningsin- stallation enligt ett föredraget utförande. Fig 4 visar en sektion längs linjen 4-4 i fig 3. Fig 5 visar i per- spektiv ett andra utförande av uppfinningen àskádliggöran- de monteringen därav. Fig 6 visar i perspektiv det i fig 5 visade utförandet i monterat tillstànd och fig 7 visar i tvärsektion ett dike och en rörledning, illustre- rande en alternativ metod att anordna isolation på rö- ret.

Fig 1A visar de krafter, som verkar på en konven- tionell oisolerad rörledning 10 för kyld gas, vilken sträcker sig tvärs en tjälfri zon 12, i vilken tjäl- lyftning förekommer. Mera speciellt åskàdliggöres en rörledning 10, som har ett centralt parti 15, vilket sträcker sig tvärs en tjälfri lyftzon 12, vilken be- finner sig mellan zoner 14 och 16, i vilka mindre lyft- ning förekommer under frysning än i zonen 12. Under vintern fryser zonerna 12, 14 och 16 från ytan liksom från rörledningen för kyld gas. Röret i zonen 12 rör sig snabbare uppåt än i zonerna 14 och 16 och "änd"-par- tier 11 och 13 hos rörledningen är effektivt låsta i zonerna 14 och 16 på grund av de betydande motverkande krafterna från den frusna marken ovanför röret. Det skall observeras, att den kylda gasen i rörledningen medför en permanent tjäluppbyggnad 18 av jord och vatten runt röret i zonerna 12, 14 och 16. Eftersom rörets "ändar" 11 och 13 hàlles av tjälzonerna 14 och 16 och inte kan röra sig vertikalt (eller röra sig vertikalt med lägre hastighet in i zonen 12) uppstår betydande 10 15 20 25 30 35 464 259 5 motverkande krafter i zonerna 12 och 16. Det är följ- aktligen möjligt att en skadlig spänning uppstår i rö- ret, vilken kan medföra att detta böjes uppåt, såsom överdrivet åskådliggöres i fig 1A. Ändamålet med upp- finningen är att mildra de i fig 1A visade förhållandena genom att reducera de motverkande krafterna i zonerna 14 och 16. Det inses emellertid att tillämpningen av uppfinningen icke är begränsad till arktiska eller under- arktiska områden med permanent tjäle utan att uppfin- ningen också är användbar i varje område, vari jord eller berg har större tjällyftning än jord och berg i intilliggande områden.

Vid utförande av uppfinningen gräves ett dike 30 till förutbestämt djup, såsom visas i fig 2 och förses med en bädd av grus eller sand eller oblandad jord 51 för upptagning av ett stålrör 32, vilket har ett tunt överdrag av korrosionsförhindrande material (icke visat) kring sin ytteryta. Detta rör är också försett med en isoleringsanordning 36, vilken sträcker sig över dess övre yta. Isoleringsanordningen sträcker sig under rö- rets 32 mittplan M, varvid rörets bottenyta 60 mellan isolationens 34 nedre ändar 35 är oisolerad, såsom visas i fig 4 för att tillåta värmeflöde genom den oisolerade ytan till rörets inre från intilliggande markområden, som är i beröring med det oisolerade området. Vinkel- utsträckningen av det oisolerade området 60 kring rörets periferi varierar med olika installationer men för ark- tiska installationer är den normalt ungefär 600. En jordtäckning 33 är anordnad över röret och isolerings- anordningen.

Isoleringsanordningen består av ett segment av en cylinder 34 av isolerande material, över vilken ett skyddsöverdrag 36 av uretan eller annat konventionellt material kan vara anordnat för att förhindra inträngning av fukt i isoleringsmaterialet och för att reducera sannolikheten för fysisk skada på isoleringsmaterialet.

Isoleringsmaterialet kan bestå av skummad uretan med 464 259 10 15 20 25 30 35 6 hög hållfasthet, vilket har strukturell integritet, då det utsättes för tryck av storleksordningen åtmin- stone 21,1 kg/cmz. Andra t o m starkare isoleringsma- . terial, såsom syntaktiska skummaterial, skummad betong, skumglas och liknande, som har hög tryckhållfasthet, , kan emellertid också användas.

Periferien av det av isoleringen täckta röret väl- jes så, att under den varmare sommarsäsongen marken töar från ytan 31 till ungefär i nivå med rörets 32 mittplan M. Eftersom röret transporterar en kyld gas vid en temperatur väl under vattnets fryspunkt tenderar den kylda gasen, som passerar röret, att bibehålla ett tjältillstånd i alla delar av marken, som berör oisole- rade delar av röret.

Fig 3 visar en typisk installation av ett system enligt uppfinningen, i vilket röret 32 sträcker sig tvärs en tjälfri zon 12, som är placerad mellan zoner 14 och 16 med ständig tjäle. Röret sträcker sig sålund genom en diskontinuerlig tjälzon. Under sommarmånaderna förhindrar isoleringsmaterialet 34 den kylda gasen i röret att bibehålla ett tjälskikt över rörets övre hälft men ett sig nedåt sträckande tjälskikt 38 är resultatet av värmeabsorption av gasen i röret från marken under det oisolerade, blottade partiet 60 av röret i den akti- va zonen 12. Isolationen tillåter med andra ord marken ovanför isolationen att töa nedåt från ytan ungefär till isolationens mittplansnivå, så att områdena 14 och 16 ovanför röret inte kan utöva några lyftningsmot- verkande krafter mot de lyftkrafter, som förekommer i zonen 12. Om inte isolationen 34 varit anordnad skulle gasen med en temperatur under fryspunkten i röret bibe- 6 hållit ett tjältillstånd i marken i områdena 14 och 16 ovanför röret för att sålunda fixera röret i läge . och alstra möjligen oacceptabla differentialkrafter på röret. Vid återgång till kallt väder skulle zonerna 12, 14 och 16 fryst på nytt och låst röret i zonerna 14 och 16 och åstadkommit en ytterligare spänning i 10 15 20 25 30 35 464 259 7 röret på grund av lyftkrafterna i zonen 40. Men under följande sommar skulle denna spänning huvudsakligen upphävts genom att marken ovanför röret töat, varigenom ett avsevärt reducerat motstånd mot rörelse i zonerna 14 och 16 skulle blivit följden. Eftersom ändarna på röret i zonerna 14 och 16 med ständig tjäle inte fasthål- les av marken ovanför röret förekommer blott en ringa mot- verkande kraft och en betydande uppàtrörelse av röret tillåtes för undvikande av en överdriven formförändring av röret. Skada på röret undvikes följaktligen.

Fig 5 och 6 visar ett andra utförande av uppfin- ningen, enligt vilket isoleringsmaterialet har formen av cylindersektioner av skummat isoleringsmaterial, vilka hållas på plats medelst glasfiberremsor eller -band 50, som sträcker sig kring röret och skummaterial- stommarna, såsom bäst framgår av fig 6. Om så önskas kan spänningsabsorberande block 52 av skum eller annat material anordnas under remsorganen 50 på rörets undre yta för att reducera kraften på skumorganens nedre kant 54 på vanligt sätt. Blocken 52 kan utformas i ett stycke med skummaterialkropparna 34, om så önska. Det är också möjligt att utforma skummaterialorganen eller blocken 34 som separata komponenter, vilka är delade längs ett vertikalplan, som sträcker sig genom skumblockens cen- trumlinje för att tillåta den ursprungliga placeringen av skummaterialorganen på röret 32. I vissa fall är det också möjligt att bocka de nedre kanterna på cylin- dersektionerna isär en tillräcklig sträcka för att tillå- ta formen att "snäppas" i läge.

Det inses, att isoleringsmaterialet kan sprutas på röret efter det att det lagts i diket eller gjutas kring röret i diket. Fig 7 visar en sådan metod för gjutning av isolationen på plats på röret 32, som är placerat på ett underlag 70 av grus eller liknande på bottnen av ett dike 130, som har väggar 132. Formar 140 är anordnade längs motsatta sidor av röret och iso- leringsmaterialet 134 igjutes för fyllning av formen 464 259 10 15 20 25 30 35 8 och täcker helt röret men kvarlämnar ett blottat parti 60, såsom visas. Alternativt kan formarna 140 elimineras och isoleringsmaterialet gjutas i diket för att helt enkelt fylla utrymmet mellan dikets väggar 132 till en önskad nivå.

Det framgår sålunda att uppfinningen representerar ett betydande steg framåt för förhindrande av överdriven formförändring av en rörledning för kyld gas på ett utomordentligt enkelt men ändå effektivt sätt. Ehuru föredragna utföranden av uppfinningen visats inses det att dessa utföranden kan modifieras av fackmannen och att uppfinningen kan modifieras inom ramen för efterföl- jande patentkrav.

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 464 259 PATENTKRAV

1. l. Rörledning för ett kylt medium särskilt kyld gas, vilken sträcker sig tvärs en zon med intensiv tjäl- lyftning och intilliggande zoner med mindre tjällyft- ning, k ä n n e t e c k n a d av ett med jord täckt, nedgrävt rör och en isolering, som täcker den övre hälf- ten och ett parti av den nedre hälften av det nedgrävda röret, så att det längst ned belägna partiet av det nedgrävda röret är fritt från isolering, varvid isole- ringen är så dimensionerad, att den åstadkommer till- räckligt motstånd mot värmeöverföring från jordtäckningen ovanför röret in i det övre partiet av röret för att tillåta jorden ovanför isoleringen att tina från ytan och ned till isoleringen under perioder av varmt väder, varigenom tjällyftningen motverkande krafter i intillig- gande zoner reduceras, medan det genom det nedgrävda röret strömmande, kylda mediet bibehåller området ome- delbart under röret i ett permanent tjältillstånd.

2. '2. Rörledning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att röret är tillverkat av metall och isoleringen består av en kropp av uretanskum.

3. Rörledning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att röret är tillverkat av stål och isole- ringen består av en stomme av uretanskum i form av en sektion av en cylinder och har ett överdrag av polyuretan över ytterytan på stommen av uretanskum.

4. Rörledning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att rörets längst ned belägna parti, som saknar isolering, sträcker sig över ungefär 60° av rör- periferin.

5. Rörledning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att röret är tillverkat av stål och iso- leringen består av en stomme av isoleringsmaterial som är ihälld och gjuten på plats kring rörorganets övre partier. 464 259 10 15 20 25 30 35 10

6. Rörledning enligt krav 5, k ä n n e t e c k - p n a d därav, att stommen av isoleringsmaterial sträcker sig över hela bredden av ett dike, i vilket röret är placerat.

7. Rörledning enligt krav 5, k ä n n e t e c k - n a d därav, att stommen av isoleringsmaterial sträcker sig över ungefär 300° av rörets periferi.

8. Rörledning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att isoleringen består av en kropp av skum med hög hållfasthet, särskilt uretanskum med en strukturell integritet, då det utsättes för tryck, av 21,1 kg/cm2 eller mera.

9. Rörledning enligt krav 8, k ä n n e t e c k - n a d därav, att isoleringen täcker ungefär de övre 300° av rörets periferi.

10. Rörledning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att isoleringen är ett syntaktiskt skum.

11. ll. Rörledning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att isoleringen består av skummat glas.

12. Rörledning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att isoleringen består av skummad betong.

13. Sätt för minimering av formförändringen av en med jord täckt, nedgrävd rörledning för kyld gas, som sträcker sig genom intilliggande jord- eller bergzoner, vilka har olika tjällyftegenskaper, k ä n n e t e c k - n a t därav, att (1) ett fruset marktillstånd bibehålles i områden omedelbart intill och under rörledningen genom att ett nedåtvänt parti av rörledningens periferi lägges i direkt beröring med marken och (2) att rörledningen i huvudsak hindras från att absorbera värme från jordtäckningen medelst en över rörledningen placerad isolering, så att jordtäck- ningen över rörledningen kan tina naturligt under den varma säsongen och sålunda minimera motståndet mot uppåtkraft på rörledningen till följd av frys- ningen av områden under rörledningen.