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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein wärmeisoliertes Rohr für die Erdölförderung,
bestehend aus einem inneren Stahlrohr und einer dieses umgebenden, eine Zellenstruktur
aufweisenden wärmeisolierenden Hülle.
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In Off-Shore-Erdölförderfeldern gehen von den Bohrinseln aus zahlreiche
Leitungen zu den eigentlichen Ölquellen am Meeresgrund, die mehr als 10 km von der
Bohrinsel entfernt sein können. Das Öl fließt von den Ölquellen durch diese sogenannten
Flow-Lines zu den Bohrinseln, wo das geförderte Gemisch aus Rohöl, Wasser und Gas
eine erste Aufbereitung erfährt, um dann auf die Tanker umgefüllt zu werden oder
über andere Leitungen an Land transportiert zu werden.
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Das Rohöl-Gemisch hat an der Quelle eine Temperatur von beispielsweise
956C und soll sich auf dem Weg zur Bohrinsel möglichst wenig abkühlen, da es sonst
erstarrt oder Wachsbestandteile ausfallen, wodurch die Leitung verstopft wird.
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Für die genannten Flow-Lines verwendet man derzeit wärmeisolierte
Rohre, bestehend aus einem Stahlrohr, das von einer Umhüllung aus Hart-PVC-Schaum
umgeben ist. Dieses Isoliermaterial hält den genannten Temperaturen nicht in befriedigender
Weise stand. Außerdem sind je nach Meerestiefe entsprechend hohe Drücke wirksam,
die den Schaumstoff zusammendrücken, so daß dessen Isoliereigenschaften leiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wärmeisoliertes Rohr
der vorgenannten Art anzugeben, das bei verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen
die herrschenden Temperatur- und Druckeinflüsse zugleich ein verbessertes Isoliervermögen
aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung schafft eine isolierende Hülle um das das warme Rohöl
führende Stahlrohr, die aufgrund ihrer mechanischen Festigkeit den in Frage kommenden
äußeren Drücken in befriedigender Weise widersteht und dabei ein befriedigendes
Isolierverhalten aufweist. Die Hülle bildet eine relativ steife, Hohlräume umschließende
Struktur aus, wobei die Hohlräume mit einem Material hoher Isolationseigenschaften
gefüllt sind. Solche Materialien weisen zumeist nicht die mechanische Festigkeit
auf, als daß sie den herrschenden Drücken widerstehen könnten. Da die Gesamtanordnung
ihre Festigkeit jedoch nicht von den Hohlkörperfüllungen, sondern von der stützenden
Struktur erhält, brauchen an das Füllmaterial keine besonderen Festigkeitsanforderungen
gestellt zu werden.
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Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist die Hülle in Längsrichtung
des Rohres gegliedert. Es wird hierdurch möglich, das Rohr, wie es allgemein üblich
ist, auf einen Durchmesser von etwa 12 m aufzuwickeln, ohne daß die Hülle dabei
reißt. Vorzugsweise weisen die Glieder eine Länge von 20 cm auf und sind vorzugsweise
an ihren Enden abgeschrägt, um Spalte zu bilden, die das Aufwickeln erleichtern.
Zwischengefügte Gummischeiben puffern die einzelnen Glieder gegeneinander ab. Die
Umhüllung kann aber auch durchgehend sein, wobei der Außenmantel mit Falten versehen
ist, die ein Reißen der Hülle beim Aufwickeln des Rohres verhindern.
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Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen
dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig.
la einen Teillängsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung; Fig. 1b
im Ausschnitt eine Stirnansicht durch die Ausführungsform nach Fig. la; Fig. 2a
ein einzelnes Glied einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt;
Fig. 2b eine Stirnansicht der Ausführungsform nach Fig. 2a; Fig. 3a ein Glied entsprechend
Fig. 2a in vergrößerter Darstellung; Fig. 3b einen Ausschnitt durch einen gebogenen
Rohrstrang im Schnitt, und Fig. 4 im Querschnitt eine dritte Ausführungsform der
Erfindung.
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Die Ausführungsform nach Fig. la besteht aus einem Stahlrohr 1, das
von einer isolierenden Hülle 2 mit Zellenstruktur umgeben ist.
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Die Hülle ? besteht aus einem Stützkörper 3, bestehend aus einer Vielzahl
von im Abstand zueinander angeordneten schlanke Trennwände ausbildenden Scheiben
3a und einem rohr-oder schlauchförmigen Mantel 3b, der im wesentlichen parallel
zur Wand des Rohres 1 verläuft und zwischen sich und dem Rohr 1 ringförmige Kammern
4 ausbildet, die durch die Scheiben 3a gegeneinander abgegrenzt sind. Die Kammern
4 sind mit einer Füllung 5 aus einem wärmeisolierenden Material versehen. Diese
Füllung kann beispielsweise aus Schaumstoff oder aus einem Fasermaterial oder dergleichen
geeignetem Material bestehen.
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Der Mantel 3b ist in regelmäßigen Abständen mit Falten 6 versehen,
die den Zweck haben, die Hülle 2 ausreichend elastisch zu machen, daß das Rohr gebogen
werden kann, ohne daß die Hülle reißt. Zweckmäßigerweise sind die Falten 6 den Scheiben
3a benachbart angeordnet, weil auf diese Weise eine einfache Möglichkeit geschaffen
ist, die Scheiben und den Mantel miteinander zu verbinden. Die Gesamtanordnung ist
mit einer Gummihülle 7 überzogen, die primär dem Korrosionsschutz dient, aber auch
zur Verbesserung der Isolationseigenschaften beiträgt.
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Der aus den Scheiben 3a und dem Mantel 3b bestehende Stützkörper kann
beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunstharz, z.B. Polyester-, Epoxid-,
Phenol- oder Polyimidharz bestehen, da dieser aber nur relativ kleine Berührungsflächen
mit dem zu isolierenden Rohr 1 hat, es daher auf seine Wärmedämmungseigenschaften
nicht entscheidend ankommt, kann er auch aus Stahlblech bestehen, wodurch der Gesamtanordnung
eine hohe mechanische Festigkeit verliehen wird. Da die Scheiben 3a schlanke Trennwände
bilden, d.h. Trennwände, deren Querschnitt im Vergleich zu den flächenhaften Ausdehnungen
klein ist, ist der Wärmeverlust durch den Wärmeübergang am Fußpunkt der Trennwände
nicht gravierend. Es kann auch das Rohr 3b aus Stahl und die Scheiben 3a können
aus Isoliermaterial bestehen.
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Es sei erwähnt, daß zwischen dem Stahlrohr und dem Stützkörper gegebenenfalls
ein das Stahlrohr isolierender und den Korrosionsschutz verbessernder Gummimantel
angeordnet sein kann, der den Stützkörper trägt. Dieser Mantel ist in den Figuren
1a und Ib nicht dargestellt.
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Die Glieder der Hülle können aus einzelnen, hintereinander angeordneten,
auf dem Stahlrohr quasi aufgefädelten Muffenkörpern bestehen. Ein solcher Muffenkörper
8 ist in Fig. 2a im Längsschnitt dargestellt. Der Muffenkörper 8 besteht aus einem
relativ steifen wärmeisolierenden Material, beispielsweise aus mit mineralischen
Hohlkugeln gefüllten Phenolharzpreß
massen (Wärmeleitzahl) 30,15,
Druckfestigkeite 30-50 N/mm2 Y und ist mit einer Vielzahl von längslaufenden Kammern
4 versehen, die entweder hohl sein können oder mit einem wärmeisolierenden, Konvektionsluftbewegungen
verhindernden Füllmaterial gefüllt sind. Diese Kammern 4 sind von einem ringförmigen
Deckel 9 verschlossen. Bei einem Rohraußendurchmesser von beispielsweise 160 mm
hat die Hülle eine Dicke von etwa 70 mm, wobei die Kammern 4 einen Durchmesser von
etwa 40 mm aufweisen. Die einzelnen Muffenkörper 8 haben beispielsweise eine Länge,
die in der Größenordnung von 200 mm liegt.
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Um das Stahlrohr auftrommeln zu können, mit einem Trommelradius von
etwa 12 m, ist es günstig, wenn zwischen den einzelnen Muffenkörpern Gummischeiben
angeordnet sind und die Muffenkörper im Außenbereich ihrer Stirnseiten abgeschrägt
sind, wobei der Abschrägungswinkel beispielsweise 10 beträgt. Fig. 3a zeigt im Längsschnitt
einen solchen Muffenkörper in etwas vergrößerter Darstellung gegenüber Fig.
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2a. Durch die Abschrägung der Muffenkörper und durch die Zwischenlage
der Gummischeiben wird eine Stauchung der Muffenkörper beim Biegen des Rohres vermieden.
Fig. 3b zeigt anschaulich einen Ausschnitt aus einem gebogenen Rohr, das von Muffenkörpern
nach Art der Fig. 3a ummantelt ist. Die Gummischeiben treten in Fig. 3b nicht in
Erscheinung, man sieht aber, daß an der Innenseite des gebogenen Rohres die Spalte
geschlossen und an der Außenseite geöffnet sind.
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Die Anordnung nach den Figuren 2a bis 3b kann ebenso wie jene nach
den Figuren 1a und 1b außen von einem Gummimantel umhüllt sein, der als Korrosionsschutz
dient und verhindert, daß Wasser in die Spalte oder gar in die Hohlräume in den
Muffenkörpern eindringt. Auch kann, wie schon unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert,
das Stahlrohr unter den Muffenkörpern mit einem Gummimantel versehen sein.
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Fig. 4 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Konfiguration,
bei der der Stützkörper aus zwei Hüllen
besteht, die durch Stege
miteinander verbunden sind. Dieser Stützkörper ist aus der Ausführungsform nach
Fig. 2 hervorgegangen und zeichnet sich gegenüber jener dadurch aus, daß die Hohlräume
vergrößert und der Materialeinsatz am Stützkörper verringert ist. Es versteht sich,
daß dieser Stützkörper aus einem relativ steifen Material besteht, um den in großen
Wassertiefen herrschenden Drücken widerstehen zu können. Dieser Stützkörper weist
besonders gute Isoliereigenschaften auf. Er ist für eine Ausführungsform nach Art
der in den Figuren 2 und 3 erläuterten einsetzbar.
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Die wärmeisolierende Hülle nach den Figuren 2 bis 4 weist den besonderen
Vorteil auf, daß sich die einzelnen Glieder als Massenprodukte sehr leicht herstellen
und auf einfache Weise auf dem zu isolierenden Rohr anbringen lassen. Sie brauchen
nur einfach auf das Rohr aufgeschoben zu werden, wobei auf eine Festlegung der Isolierkörper
an dem Rohr in Längsrichtung gegebenenfalls verzichtet werden kann.