Transportleitung mit keramischer Innenisolierung zur Führung heisser Fluide

Abstract

 In einer Transportleitung für heiße Fluide sind den Strömungsraum (2) des Fluids zumindest teilweise umgebende keramische Hohlkörper (3) zur Innenisolierung der Transportleitung eingesetzt, die mit geringem Abstand zur äußeren Wandung (1) der Transportleitung angeordnet sind.
Um hohe Fluiddrucke und hohe axiale Strömungsdruckverluste aufnehmen zu können, ist der keramische Hohlkörper (3) durch Spannelemente (5), die den Hohlkörper auf seiner der äußeren Wandung (1) der Transportleitung zugewandten Seite umschließen, im unbelasteten Zustand auf Druck vorgespannt.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

Ansprüche

1. 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 Ab- . stand innerhalb einer äußeren Wandung der Transportleitung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
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.

2. Keramische Innenisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Spannelemente (5) auf keramische Hohlkörper aufschrumpfbare Ringe (5) oder Hülsen (12) vorgesehen sind.

3. Keramische Innenisolierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich von Anschlußstellen Ring oder Hülse mit der äußeren Wandung (1) gasdicht verbunden sind.

Keramische Innenisolierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß an der äußeren Wandung (1) eine Zwischenwand (8) befestigt ist, mit der die Ringe oder Hülsen verschweißbar sind.

5. Keramische Innenisolierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringe (5) oder Hülsen (12) zugleich die äußere Wandung (1) der Transportleitung bilden.

Zeichnung