DE2063231B2

DE2063231B2 - Verfahren zum Ausgleichen der Temperatur einer elektrisch geheizten Rohrleitung und Rohrleitung mit Temperaturausgleich

Info

Publication number: DE2063231B2
Application number: DE2063231A
Authority: DE
Inventors: Masao Yokohama Kanagawa Ando; Masao Hinoshi Tokio Hori
Original assignee: Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp
Priority date: 1969-12-27
Filing date: 1970-12-22
Publication date: 1974-07-04
Also published as: DE2063231C3; CA933435A; DE2063231A1; US3678243A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausgleichen der Temperatur einer geheizten Rohrleitung für das Fördern eines Strömungsmediums in Längsrichtung der Rohrleitung, wenn das Strömungsmedium in der Rohrleitung steht oder sehr langsam Hießt, wobei die Rohrleitung entlang dieser angeordnete elektrische Hcizeinrichtungen und wenigstens eine in Längsrichtung des Rohres verlaufende durchströmte HUfsrohrleitung aufweist und auf eine Rohrleitung zur Durchführung des Verfahrens.

Eine Rohrleitung zum Fördern eines Strömungsmediums unter Aufrechterhaltung einer erhöhten Temperatur durch entlang der Rohrleitung angeordnete elektrische Heizeinrichturigen und eine in Längs richtung des Rohres verlaufende durchströmte HUfsrohrleitung ist durch die deutsche Auslcgeschriflt 149 070 bekannt geworden. In dem dort verwende ten Hilfsrohr strömt dabei keine besondere Flüssig keit, sondern ein Teil des zu befördernden Strö

mungsmediums,

Durch die USA.-Patentschrift 3 170026 ist es bekannt geworden, bei in einer ruhenden dielektrischen Flüssigkeit innerhalb eines Rohres angeordneten Ka-

bein ein mit der dielektrischen Flüssigkeit thermisch in Kontakt stehendes Hilfsrohr vorzusehen, durch welches zur Abfuhr der in den Kabeln erzeugten, möglicherweise örtlich konzentrierten Verlustwärme eine Flüssigkeit strömt. Aufgabe und Lösung dieser

bekannten Vorrichtung betreffen lediglich eine Vorrichtung zum derartigen Abführen der Verlustwärme von Kabeln, daß keine übermäßigen örtlichen Erwärmungen in den Kabeln mehr auftreten.

Zum reinen Heben von Rohrleitungen ist es be-

'5 kannt (vgl. z.B. die USA.-Patentschrift 1960866), zusätzliche vom Förderstrom abgeschlossene Hilfsrohrleitungssysteme mit darin umgewälzter besonderer Heizflüssigkeit zu verwenden.

Weiter ist es bekannt und weitgehend verwendete

Praxis, eine Rohrleitung elektrisch zu heizen und bei einer erhöhten Temperatur zu halten, wenn eine Flüssigkeit hoher Viskosität bei Umgebungstemperatur oder eine Flüssigkeit, weiche sich bei Umgebungstemperatur verfestigt, unter Verringerung der Viskosität

oder Verhinderung der Verfestigung durch Heizen durch eine Rohrleitung befördert wird, oder wenn ein durch eine Rohrleitung befördertes Gas bei einer erhöhten Temperatur gehalten werden soll. Einer der Vorteile des Haltens der Temperatur durch elektrisches Heizen gegenüber anderen Heizarten, z. B. mit mitlaufenden Dampf- oder Wasserrohren, ist die einfache Steuerung der Temperatur, d.h. das genaue Halten der Heizternperatur auf Kosten der Fähigkeit, die in Längsrichtung der Rohrleitung erzeugte Wärme auszugleichen. Selbst wenn jedoch die erzeugte Warme gleichmaßig gehalten werden könnte, kann die Temperatur in Längsrichtung der Rohrleitung nicht ausgeglichen werden, wenn diie Isolierung nicht gleichmäßig ist. Bei der Roh'i^itung bereitet es beträchtliche Schwierigkeiten, die Isolierung in Längsrichtunggleichmäßig zu machen, und es ist nicht leicht, die Änderungen in den Wärineverlusicn, welche gewöhnlich örtlich im Bereich von I ängen kleiner als einige Meter der Rohrleitung auftreten, gesteuert in einem Bereich von ± HKf zu halten. Da die Rohrleitung weiter Säulen oder Befestigimgsstützen an entsprechenden Stellen aufweisen muß, sind die Wärmeverluste von diesen Teilen naturgemäß größer als in anderen Teilen, was zu einer Ungleichmäßigkeit der Temperatur führ«.

Wenn ein Strömungsmedium hefördert wird, führen solche Gründe für eine Ungleichmäßigkeit der Temperatur infolge der temperaturausgleichenden Wirkung des beförderten Strömungsmediums zunächst zu keinen Schwierigkeiten. Sie führen jedoch zu Schwierigkeiten, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des zu befördernden Strömungsmediums sehr klein ist oder wenn die Beförderung des Strömungsmediums angehalten wird. In solchen Fällen wird fast immer eine elektrische Heizung erforderlich. Dann ist jedoch die temperaturausgleichende Wirkung des durch die Rohrleitung beförderten Strömungsmediums ungenügend oder kaum zu erhalten, und so tritt infolge ungleichmäßiger Isolierung und ungleichmä-

⁶S ßiger Wärmeverluste, wie oben erwähnt, eine Temperaturänderung in Längsrichtung der Rohrleitung auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer ein langsam strömendes oder stehendes Strömung?-

piedium führenden elektrisch beheizten Rohrleitung über deren Löngserstreckung einen solchen Wärmeausgleich zu erzielen, daß in der Rohrleitung örtlich positive und negative Abweichungen von der gewünschten Temperatur vermieden werden,

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in mindestens ein gegenüber der Förderrohrleitung abgeschlossenes, mit dieser thermisch in Kontekt stehendes Hilfsrohr eine strömende Flüssigkeit mit hohem Wärmeübertragungskoeffizienten eingeführt wird, daß die Temperatur dieser strömenden Flüssigkeit vor dem Einführen in das Hilfsrohr so eingestellt wird, daß sie der mittleren Temperatur der Temperaturverteilung der stehenden oder sich langsam bewegenden Flüssigkeit während des Betriebs der elektrischen Heizeinrichtungen entspricht, und daß diese Flüssigkeit mit im wesentlichen der mittleren Temperatur während des Betriebs der elektrischen Heizeinrichtungen zum Heizen der Rohrleitung durch das Hilfsrohr geführt wird.

Eine Rohrleitung zur Durchführung dieses Verfahrens kann zweckmäßig so aufgebe Jt sein, daß das gegenüber der Förderrohrleitung abgeschlossene, mit dieser thermisch in Kontakt stehende Hilfsrohr minliestens eine separate Hin- und eine separate Rücklaufleitung aufweist, die unter Zwischenschaltung einer Pumpe miteinander verbunden sind.

Alternativ kann die Rohrleitung zweckmäßig auch so aufgebaut sein, daß ein und dasselbe gegenüber 3<> der Förderrohrleitung abgeschlossene, mit dieser thermisch in Kontakt stehende Hilfsrohr eine Hin- und Rücklaufleitung bildet und an den Enden mit umschaltbaren Pumpen und Tanks verbunden ist.

Beide alternative Ausführungsformen der Rohrlei- 3:; tung zur Durchführung des Verfahrens sind grundsätzlich bekannt aus der USA.-Patentschrift 1 960 866, jedoch als Heizleitungen schlechthin, nicht je·-¹ och als zusätzliche Ausgleichsleitungen in Verbindung mit elektrischen Heizeinrichtungen nach dem Verfahren.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und werden im folgenden naher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektrisch beheizten Rohrleitung mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 in

1 ig· I,

Fig. 3 charakteristische Temperaturkurven in Längsrichtung einer Rohrleitung.

Fig. 4 eine schcmatische Darstellung eine elektrisch beheizten Rohrleitung mit einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemal.len Vorrichtung, und

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in I ig- 4.

Flüssigkeiten mit hohem Wärmcübertnigiingskoeffizienten sind z. B. Wasser, eine eutekische Mischung aus Biphenyl und Diphenyläther mit einem Gewichts- ⁽>° verhältnis 1:3, eine eutekische Mischung aus Biphenyl und Naphthalin mit einem Gewichtsverhältnis von 85:15, O-Dichlorbenzol, chloriertes Diphenyl, chloriertes Triphenyi, eine Mischung aus chloriertem Diphenyl und chloriertem Triphenyi usw. Statt der Flüssigkeit kann unter Umständen auch ein Gas vorgesehen sein.

Als Beispii-i für das bei erhöhter Temperatur zu befördernde Strömungsmedium werden Schweröl, Rohöl, Schwefel, Phthalsäureanhydrid, mit Wasserdampf gesättigtes Chlnrgas usw. genannt-Bezüglich der elektrischen Heizeinrichtungen für Rohrleitungen wird hingewiesen auf mit Skineffektstrom wärmeerzeugende Rohre, mit Butylgummi isolierte, vinylüberzogene Kabel, mineralisolierte, metallüberzogene Kabel und weiter eine Einrichtung zum Heizen durch direktes Durchschicken. einss elektrischen Stroms durch das oben erwähnte Transportrohr für Strömungsmedium.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Vorrichtung, bei welcher Hilfsrohre 3 und 4 als separate Hin- und separate Rücklaufleitung vorgesehen sind. Die Flüssigkeit mit hohem Wärmeübertragungskoeffizienten wird zum Zirkulieren durch diese Hüfsrohre gebracht. In F i g. 1 ist ein elektrischer Heizkörper 1 gezeigt, welcher gewöhnlich längs einer im folgenden Transportrohr 2 genannten Förderrohrleitung für Strömungsmedium angeordnet ist, um längs der gesamten Länge des Transportrohres 2 gleichmäßig Wäivne zu erzeugen. Weiter kann an solchen Teilen wie Suulen, Befestigungsstützen. Ventilen usw. an der Rohrleitung, welche nicht gezeigt sind, die Wärmeerzeugung örtlich entsprechend den jeweils auftretenden Wärrneverlusten eingestellt werden. Die Bezugsziffer 9 zeigt eine elektrische Energiequelle, von welcher Spannung und Strom entsprechend den Heizerfordernissen des Heizkörpers 1 abgegeben werden. Die Steuerung der Temperatur der Rohrleitung wird durch Öffnen oder Schließen eines Schalters 11 durch ein Temperaturstcuergerät K) oder durch Einstellung der Spannung der Energiequelle durchgeführt. Mit der Bezugsziffer 7 ist eine Pumpe /um Fördern des Strömungsmediums und mit 8 ein Tank zur Aufnahme des geförderten Strömungsmediums gezeigt. Die Bezugsziffern 3 und 4 zeigen Hilfsrohre. Die Bezugsziifer 5 zeigt eine Pumpe. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine Ausführungsform, bei welcher sowohl die Hilfsrohre als auch der elektrische Heizkörper 1 entlang des Transportrohres 2 für Strömungsmedium angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind die riüfsrohre 3 und 4 auf der Außenseite des Transportrohres 2 für Strömungsmedium angeordnet, sie können jedoch auch innerhaiides Transportrohrcs angeordnet werden. Die Bezug' zitier 6 zeigt eine wärmeisolierende Schicht, welche in Fig. 1 weggelassen ist.

Die durch die Hilfsrohre 3 und 4 strömende Flüsigkeit fuhrt der Rohrleitung über die Hilfsrohre 3 und 4 in Bereichen geringerer Temperatur der Rohrleitung W'äniic zu und" nimmt in Bereichen höherer Temperatur Warme von der Rohrleitung durch die HilfiJohre auf. Weiter ki.nn die Temperatur durHi Vergrößern oder Verringern der durch die Hilfsrohre 3 und 4 fließenden Menge an Flüssigkeit in gewünschtem Maße ausgeglichen werden. Ein saldier Zusammenhang isl in Fig. 3 gezeigt. In dieser Fig. ist als Ordinate die Temperatur 0 des Strömung*! -Mediums in dem Transportrohr und als Abszisse die Entfernung 1 in Längsrichtung der Rohrleitung aufgetragen. Die Kurve 12 zeigt die Temperaturverteilung des zu befördernden Strömungsmediums in Längsrichtung des Transportrohres 2 zu einem Zeitpunkt, an welchem das Strömungsmedium in dem Transportrohr 2 ohne zusätzliche Heizung durch das Hilfsrohr stagniert. In einem solchen Fall ist es möglich, die Temperatur des Strömungsmediums in dem Trans-

portrohr 2, wie sie durch die Kurve 13 dargestellt wird, durch Fördern von Flüssigkeit durch die Hilfsrohre 3 und 4 auszugleichen. Zu diesem Zweck wird die zirkulierende Flüssigkeit so eingestellt, daß der Mittelwert der Temperaturen der Kurve 13 nahezu gleich derjenigen der Kurve 12 ist, außer wenn die Flüssigkeit durch die Hilfsrohre 3 und 4 zu strömen beginnt. Offensichtlich würde ein Aufheizen der Flüssigkeit an einer Stelle auf eine wesentlich höhere oder niedrigere Temperatur als erwünscht zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung führen. Mit anderen Worten befindet sich die zirkulierende Flüssigkeit auf einer geeigneten Temperatur, ehe sie in das Hilfsrohr gepumpt wird. So wirkt die Flüssigkeit aiii wärmeübertragendes Medium in dem Hilfsrohr, welche automatisch entweder als Wärmequelle oder Wärmeaufnahmemittel entsprechend den Temperaturhöhen der Rohrleitung entlang deren Gesamtlänge arbeitet.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei welcher ein Satz von Hilfsrohren mit Pumpen und Tanks an beiden Enden der Hilfsrohre ausgerüstet ist und eine Flüssigkeit abwechaund üuiui lLh 3..U .on Hilfsrohren hin- und herbewegt wird. In Fig. 4 bezeichnen die Bezugsziffern 1, 2,7,8,9,10 und 11 gleiche Teile wie in F i g. 1. Die Bezugsziffer 14 zeigt ein Hilfsrohr, welches zum besseren Verständnis an der Außenseite des Transportrohres 2 angeordnet gezeigt ist. jedoch wie in Fig. 5 gezeigt, auch innerhalb des Transportrohres 2 angeordnet sein kann. Mit Ϊ5 und 15' sind Pumpen an beiden Enden des Hilfsrohrcs bezeichnet, und 16 und 16' /.eigen Tanks zum Speichern der durch das Hilfsrohr zu schickenden Flüssigkeit.

Fig. .S zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher sowohl ein Hilfsrohr als auch ein elektrischer Heizkörper 1 entlang eines Transportrohres 2 für Strömungsmedium angeordnet sind. In dieser Ausführungsform ist das Hilfsrohr innerhalb eines Transportrohres für Strömungsmedium angeordnet, kann jedoch selbstverständlich auch außerhalb des Transportrohres angeordnet sein. Die Be/ugsziffcr 6 in Fig. 5 zeigt eine wärmeisolierende Schicht, welche in Fi g. 4 weggelassen ist.

Unter der Annahme, daß eine Flüssigkeit zum Ausgleich der Temperatur einer Rohrleitung in Längsrichtung zunächst in den Tank 16 gefüllt ist, wird die Flüssigkeit mit Hilfe der Pumpe 15 durch das Hilfsrohr 14 in den Tank 16' geschickt, welcher zunächst leer ist. In diesem Falle versteht es sich von selbst, daß die durch das Hilfsrohr 14 strömende Flüssigkeit durch einen in der Zeichnung nicht gezeigten Nebenschluß zum Tank 16' geführt wird, ohne durch die Pumpe IS' zu laufen. Wenn die Flüssigkeit aus dem Tank 16 fast geleert und der Tank 16' fast auf seine volle Kapazität aufgefüllt ist, wird die Flüssigkeit dann durch Ersetzen der Pumpe 15 durch die Pumpe 15' von dem Tank 16' zu dem Tank 16 geführt. So wird die Flüssigkeit durch das Hilfsrohr 14 hin- und herbewegt, führt der Rohrleitung in Bereichen geringerer Temperatur Wärme zu und nimmt von der Rohrleitung in Bereichen höherer Temperatur Wärme auf.

um zu dem Ausgleich der Temperatur der Rohrleitung beizutragen. Die in Fig. 3 gezeigte Beziehung gilt auch für das Verfahren nach Fig. 4. Bei dem Verfahren nach Fig. 4 sollten die entsprechenden Mittelwerte der Temperaturen Kurven 12 und 13 in Fig. 3 ebenfalls auf nahezu gleiche Größe eingestellt werden, ausgenommen beim Beginn des Strömens der Flüssigkeit durch das Hilfsrohr 14. Zu diesem Zweck wird die durch das Hilfsrohr strömende Flüssigkeit im Tank 16 oder 16' oder an einer benachbarten Stelle so eingestellt, daß sie der oben im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen besonderen Temperatur genügt.

Das in Fig. 1 gezeigte Verfahren erfordert minde-

>5 stens zwei Hilfsrohre, während für das in Fig. 4 gezeigte Verfahren ein einziges Hilfsrohr ausreicht. Da jedoch bei dem in Fig. 4 gezeigten Verfahren zusätzlich die Pumpe 15' und der Tank 16' erforderlich sind, sollte unter Berücksichtigung der anderen Bcdinguiigen jeweils abgewogen werden, ob das in Fig. 4 oder in V- i g. 1 gezeigte Verfahren wirtschaftlicher ist.

Als nächstes sollen einige wichtige, beim Entwurf der "orliegenden Anordnung zu beachtende Punkte, welche auch die in Fig. 1 und 4 gezeigten Ausführungsiormen betreffen, beschrieben werden.

Zum Beispiel sollte, wenn ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ungleichmäßigkeit der Wärmeverteilung in Längsrichtung der Rohrleitung K) kcal pro Meter Rohrleitungslänge und pro

3c Stunde (d.h. H)kcal/mStd)verglichen mit eiern Mittelwert beträgt, der Wärmeübertragungskoeffizient pro Meter Rohrleitungslängc zwischen dem Transportrohr 2 für Strömungsmedium und den Hilfsrohren 3 und 4 oder 14 5 kcal/mStd oder mehr sein, um die Ungleichmäßigkeit der Temperatur entsprechend der Erfindung in einem Bereich von ± 2° C zu halten. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, daß die Hilfsrohre 3 und 4 oder 14 mit dem Transportrohr 2 verschweißt sind, oder daß das Spiel zwischen den Hiifsrohren und dem Transportrohr mit einem wärmclei tendon Bindemittel gefüllt ist oder daß manchmal das Transportrohr 2 mit einem äußeren Schutzrohr /um Aufbau einer Dualstruktur versehen ist.

Wenn die durch das Transportrohr 2 und das Hilfs·· rohr 14 strömenden Strömungsmedien beide Flüssigkeiten sind, wird im allgemeinen 1 °Ί der gewöhnlich durch d.is Transportrohr 2 zu befördernden Flüssigkeit als Menge für die durch das Hilfsrohr 14 zu fördernde Flüssigkeit ausreichen, obwohl diese Menge

So entsprechend der Ungleichmäßigkeit der thermischen Isolation schwankt. So wird es entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, ohne einen hohen Grad an Isolierung eine Substanz zu befördern, welche unter strengen Bedingungen befördert werden muß, wie /. B. Schwefel, welcher bei etwa 115^C C" flüssig wird und bei etwa 160" C hochviskos ist. Zu sätzlich wird als durch das Hilfsrohr zu schickende Flüssigkeit beim Befördern einer Substanz wie Schwefel bei hoher Temperatur vorzugsweise eine

Substanz wie chloriertes Diphenyl od. dgl. verwendet, welche sich bei Umgebungstemperatur nicht verfestigt und sich selbst bei höheren Temperaturen nicht verschlechtert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Ausgleichen der Temperatur einer geheilten Rohrleitung für das Fördern eines Strömungsmediums in Längsrichtung der Rohrleitung, wenn das Strömungsmedium in der Rohrleitung steht oder sehr langsam fließt, wobei die Rohrleitung entlang dieser angeordnete elektrische Heizeinrichtungen und wenigstens eine in Längsrichtung des Rohres verlaufende durchströmte HUfsrohrleitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens ein gegenüber der Förderrohrleitung (2) abgeschlossenes, mit dieser thermisch in Kontakt stehendes Hilfsrohr (3,4 bzw. 14) eine strömende Flüssigkeit mit hohem Wärmeübertragungskoeffizienten eingeführt wird, daß die Temperatur dieser strömenden Flüssigkeit vor dem Einführen in das Hilfsrohr so eingestellt wird, daß sie der mittleren Temperatur derTempeiaiurverteilungder stehenden oder sich langsam bewegenden Flüssigkeit während des Betriebs der elektrischen Heizeinrichtungen entspricht, und daß diese Flüssigkeit mit im wesentlichen der mittleren Temperatur während des Betriebs der elektrischen Heizeinrichtungen zum Heizen der Rohrleitung durch das Hilfsrohr geführt wird.

2. Rohrleitung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegenüber der Förderrohrleitung (2) abgeschlossene, mit dieser thermisch in Kontakt stehende Hilfsrohr mindestens eine separate Hin- und eine separate Rückläufig t.ung (3 bzw. 4) aufweist, die unter Zwischenschaltung einer Pumpe (5) miteinander verbunden sind.

3. Rohrleitung /ur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein und dasselbe gegenüber der Förderrohrleitung (2) abgeschlossene, mit dieser thermisch in Kontakt stehende Hilfsrohr (14) eine Hin- und Rücklaufleitung bildet und an den Enden mit umschaltbaren Pumpen (15. 15') und Tanks (16, 16') verbunden ist.