DE3318045C1 - Lösbare, dichte Schraubverbindung für Verbundrohr-Leitungsstücke zum Transport erwärmter Medien - Google Patents

Description

• Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die nur aus Metallstücken bestehende Anschlußverbindung einen Rohrnippel aufweist, der an einem Ende radial nach außen zurückspringt und dort ein Innengewinde trägt, mit dem der Rohrnippel auf ein Außengewinde des Innenrohrs aufgeschraubt ist, daß der Rohrnippel im axialen Bereich des Innengewindes mit dem Außenrohr verschweißt ist, daß der Rohrnippel am anderen Ende ein Außengewinde trägt, mit dem er auf ein Innengewinde einer Muffe aufgeschraubt ist, daß der Rohrnippel in seinem das Außengewinde tragenden Abschnitt einen Innendurchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Innenrohres ist, daß die Muffe an ihrem anderen Ende ebenfalls ein Innengewinde trägt, mit dem sie auf ein Außengewinde des Innenrohres der angrenzenden Rohrleitung aufgeschraubt ist, daß die Muffe an das Außenrohr der angrenzenden Rohrleitung angeschweißt ist, daß an den miteinander verschraubten Gewinden metallische Dichtungen ausgebildet sind und daß an der Muffe zwischen den beiden Innengewindeabschnitten ein Ringstück vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Innenrohres ist.
• Man kann somit auf Dichtungsringe und dergleichen aus Kunststoffmaterial verzichten, weil auch die Dichtungen bei der erfindungsgemäßen Schraubverbindung aus Metallteilen bestehen.
• Auch wird die in die aneinander angrenzenden Innenrohre eingesetzte Hülse beim geschilderten Stand der Technik überflüssig, weil durch die Ausgestaltung der Muffe mit einem Ringstück zwischen den beiden Innengewindeabschnitten, dessen Innendurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Innenrohre ist, zwei Schultern ausgebildet sind, an die sich der Rohrnippel mit seinem Ende bzw. das Innenrohr der anderen Rohrleitung mit dessen Ende anlegen kann, so daß der freie Innenquerschnitt der Innenrohre ungestört bleibt. Auch entfällt die auf die Außenrohre aufgeschraubte Gewindemuffe beim Stand der Technik, weil sowohl der Rohrnippel wie auch die Muffe in radialer Richtung weder üher den Innendurchmesser des Innenrohres noch über den Außendurchmesser des Außenrohres vorstehen. Dennoch erfüllt die erfindungsgemäße Schraubverbindung alle an sie gestellten Forderungen. Sie kann aus einem geeigneten, warmfesten Stahl hergestellt werden, der schweißbar ist und sauergasbeständig. Das bedeutet, daß die Spannungen des Stahls unter der Hälfte der Streckgrenze des Materials bleiben.
• Bevorzugt besteht der Rohrnippel und die Muffe aus im wesentlichen derselben Stahllegierung wie die Innenrohre und ggf. die Außenrohre. Die Materialien haben dann dieselben Eigenschaften und insbesondere thermischen Ausdehnungskoeffizienten, was zur Verringerung von thermischen Spannungen zwischen den Bauteilen beiträgt.
• Weiterhin wird es bevorzugt, wenn der Rohrnippel und die Muffe an ihren Außenflächen ringförmige Auflagen für die Außenrohre haben. Diese können dort gut plaziert und fluchtend angeordnet werden und es steht eine ausreichende Fläche für die Ringschweißverbindung zur Verfügung.
• Eine besonders gute Dichtung wird erzielt, wenn an den miteinander verschraubten Gewinden doppelte metallische Dichtungen ausgebildet sind. Das bedeutet, daß an jeder Gewindeverbindung zwei metallische Dichtflächen ausgebildet sind.
• Hierfür ist es vorteilhaft, wenn alle Gewindeabschnitte einen Winkel mit der Achse der Rohrleitung einschließen. Bei einer solchen Profilierung der Gewinde- abschnitte lassen sich die erwähnten doppelten metallischen Dichtungen besonders gut anlegen.
• Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr mit dem Rohrnippel und der Muffe in erwärmten Zustand des Innenrohrs, des Rohrnippels und der Muffe verschweißt ist. Durch diese Maßnahme wird die eingangs erwähnte Vorspannung der Schraubverbindung erreicht. Alternativ kann man natürlich auch die Vorspannung durch einen ausreichenden mechanischen Zug an den Innenrohren erzielen, wie an sich bekannt, was aber konstruktiv aufwendiger ist. Die Vorspannung der Rohrleitung nimmt gewissermaßen die Längenänderungen der Innenrohre, bedingt durch die im Betrieb auftretende Erwärmung, zumindest teilweise vorweg und verringert dadurch die im Betrieb auftretenden thermischen Spannungen. Dies ist an sich bekannt.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Schraubverbindung zweier aneinander anstoßender Verbundrohr-Leitungsstücke, wobei rechts ein Axialschnitt auch durch den Rohrnippel und die Muffe gelegt ist, während links diese Teile in Ansicht gezeigt sind; Fig. 2 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 1, wobei aber nur ein einziges Verbundrohr-Leitungsstück gezeigt ist, das an einem Ende mit dem Rohrnippel und am anderen Ende mit der Muffe versehen ist; im rechten Axialschnitt von F i g. 2 ist das Leitungsstück vorgespannt gezeigt und im linken Axialschnitt im nicht vorgespannten Zustand.
• In F i g. ist ein Verbundrohr-Leitungsstück mit Innenrohren 1 und Außenrohren 2 gezeigt, die axial miteinander fluchten. Zwischen den Rohren 1, 2 befindet sich eine Wärmeisolation 3, üblicherweise in Gestalt von als Halbschalen gepreßtem Kalziumsilikat, das anschließend mit inertem Gas gespült worden ist. Zentrierringe 4 aus Keramik sind voneinander beabstandet auf die Innenrohre 1 aufgeschoben; ihr Außendurchmesser entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser der Außenrohre. Schließlich ist in F i g 1 noch ein Casing 5 gezeigt.
• Die neuartige Schraubverbindung zwischen der oberen Rohrleitung und der unteren Rohrleitung nach Fig. 1 besteht aus einem Rohrnippel 6 und einer Muffe 7. Dies wird im folgenden im einzelnen erläutert.
• Der Rohrnippel 6 hat grundsätzlich einen Innendurchmesser gleich dem Innendurchmesser der Innenrohre 1. Eine Ringstufe 8 an seiner Innenseite ist vorgesehen, an die sich in zusammengeschraubtem Zustand das obere Ende des unteren Innenrohrs 1 anlegt. Daran schließen sich Gewindeabschnitte 9 sowohl des Innenrohrs 1 wie auch des Rohrnippels 6 an. Diese Gewindeabschnitte bilden einen spitzen Winkel mit der Achse der Rohrverbindung.
• Im Bereich der Gewindeabschnitte 9 ist an der Außenfläche des Rohrnippels 6 eine Kreisringfläche 10 ausgebildet, auf die das Außenrohr 2 aufgeschoben ist Dort ist auch eine Schweißverbindung 11 ausgebildet.
• Am anderen Ende des Rohrnippels 6 hat dieser ebenfalls einen Gewindeabschnitt 12, mit dem der Rohrnippel mit der Muffe 7 verschraubt ist, die dort ebenfalls einen entsprechenden Gewindeabschnitt trägt.
• Daran anschließend ist an der Muffe 7 ein Ringstück 13 ausgebildet, dessen Innendurchmesser gleich dem Innendurchmesser der Innenrohre list. Durch das Ringstück 13 werden oberhalb und unterhalb zwei Schultern ausgebildet, an die sich der Rohrnippel 6 bzw. das Innenrohr 1 mit ihren freien Kanten anlegen.
• Am anderen Ende hat die Muffe 7 einen weiteren Gewindeabschnitt 14, mit dem die Muffe auf einen entsprechenden Gewindeabschnitt am freien Ende des Innenrohrs 1 aufgeschraubt ist.
• Es ist ersichtlich, daß weder der Rohrnippel 6 noch die Muffe 7 in radialer Richtung über den Innendurchmesser der Innenrohre 1 vorstehen noch über den Außendurchmesser der Außenrohre 2. Sie bilden somit eine platzsparende, hochbelastbare, druckdichte und nur aus Metall bestehende Schraubverbindung zwischen den miteinander zu verbindenden Rohrleitungen aus.
• F i g. 2 zeigt grundsätzlich dieselbe Situation, wobei zusätzlich eine Aluminiumfolie 15 gezeigt ist, die auf die Wärmeisolation 3 und die Zentrierringe 4 aufgelegt sein kann.
• Der rechte Teil von F i g. 2 zeigt den vorgespannten Zustand der Rohrleitung, wie auch in F i g. 1. Links ist aber der nicht vorgespannte Zustand der Rohrleitung dargestellt. Man erkennt somit durch einen Vergleich des linken Teils mit dem rechten Teil von Fig. 1, daß vor dem Anlegen der Schweißnähte 11 das Innenrohr 1 auf eine Temperatur derart erwärmt wird, daß dieses sich um den Abstand 16 in axialer Richtung ausdehnt. Dann werden die Schweißnähte angelegt Diese durch Erwärmung bewirkte Vorspannung der Innenrohre (Steigrohre) liegt im mittleren Bereich zwischen der Vorspannung gleich Null und der im Betrieb zu erwartenden Vorspann#ung, damit die noch kalten Rohrleitungen nicht einer unzulässig hohen Vorspannung ausgesetzt werden.
• Als Material für das Innenrohr, das Außenrohr, den Rohrnippel und die Muffe kann die folgende Stahllegierung verwendet werden: 26 CrMo 4 stahlentschwefelt, vergütet für C 75/2.
• Die Rohre sind, wie ersichtlich, fest miteinander verbunden, so daß die thermischen Längenänderungen durch die erwähnte Vorspannung der Innenrohre aufgenommen werden.
• Versuche haben gezeigt, daß die beschriebene Rohrleitung mitsamt ihrer Schraubverbindung einen Temperaturunterschied zwischen Innenrohren und Außenrohren von 200°C aushalten kann (Temperatur des Innenrohres: 3000 C, Temperatur des Außenrohres: C).
• Die Rohrleitung wird wie folgt zusammengebaut Zunächst werden die Muffen auf das Innenrohr aufgeschraubt. Dann werden die Zentrierringe, die Isolierhalbschalen und ggf. die Aluminiumfolie aufgebracht.
• Schließlich wird das Außenrohr übergeschoben. Jetzt wird eine der Schweißnähte angebracht. Anschließend wird das Innenrohr erwärmt, bis ein Dehnungsunterschied von etwa 1,47 mm pro Rohrlänge entstanden ist.
• Dann wird die zweite Schweißnaht angelegt

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Lösbare, dichte Schraubverbindung für Verbundrohr-Leitungsstücke zum Transport erwärmter Medien, von denen jedes aus einem Innenrohr und einem konzentrischen Außenrohr mit einer Wärmeisolation im Ringraum zwischen Innen- und Außenrohr besteht, wobei jeweils das vorgespannte Innenrohr mit dem Außenrohr fest verbunden ist, insbesondere für Dampfinjektionen, geothermische Bohrungen und dergl., dadurch gekennzeichn e t, daß die nur aus Metallstücken bestehende Anschlußverbindung einen Rohrnippel (6) aufweist, der an einem Ende radial nach außen zurückspringt und dort ein Innengewinde (9) trägt, mit dem der Rohrnippel (6) auf ein Außengewinde (9) des Innenrohrs (1) aufgeschraubt ist, daß der Rohrnippel (6) im axialen Bereich des Innengewindes (9) mit dem Außenrohr (2) verschweißt (11) ist, daß der Rohrnippel (6) am anderen Ende ein Außengewinde (12) trägt, mit dem er auf ein Innengewinde (12) einer Muffe (7) aufgeschraubt ist, daß der Rohrnippel (6) in seinem das Außengewinde (12) tragenden Abschnitt einen Innendurchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Innenrohrs (1) ist, daß die Muffe (7) an ihrem anderen Ende ebenfalls ein Innengewinde (14) trägt, mit dem sie auf ein Außengewinde (14) des Innenrohrs (1) der angrenzenden Rohrleitung aufgeschraubt ist, daß die Muffe (7) an das Außenrohr (2) der angrenzenden Rohrleitung angeschweißt (11) ist, daß an den miteinander verschraubten Gewinden (9, 12, 14) metallische Dichtungen ausgebildet sind und daß an der Muffe (7) zwischen den beiden Innengewindeabschnitten (12, 14) ein Ringstück (13) vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Innenrohrs (1) ist.
2. 2. Schraubverbindung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrnippel (6) und die Muffe (7) aus im wesentlichen derselben Stahllegierung bestehen wie die Innenrohre (1).
3. 3. Schraubverbindung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrnippel (6) und die Muffe (7) an ihren Außenflächen ringförmige Auflagen (10) für die Außenrohre (2) haben.
4. 4. Schraubverbindung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den miteinander verschraubten Gewinden (9, 12, 14) doppelte metallische Dichtungen ausgebildet sind
5. 5. Schraubverbindung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (2) mit dem Rohrnippel (6) und der Muffe (7) in erwärmtem Zustand des Innenrohres (1), des Rohrnippels (6) und der Muffe (7) verschweißt ist.
6. 6. Schraubverbindung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Gewindeabschnitte (9, 12, 14) einen Winkel mit der Achse der Rohrleitung einschließen.

   Die Erfindung betrifft eine lösbare, dichte Schraubverbindung für Verbundrohr-Leitungsstücke zum Transport erwärmter Medien, von denen jedes aus einem Innenrohr und einem konzentrischen Außenrohr mit einer Wärmeisolation im Ringraum zwischen Innen-und Außenrohr besteht, wobei jeweils das vorgespannte Innenrohr mit dem Außenrohr fest verbunden ist, insbesondere für Dampfinjektionen, geothermische Bohrungen und dergleichen.

   Eine derartige Schraubverbindung beschreibt die DE-AI-32 18 729. Die Innenrohre sind dabei an den Enden, d. h. im Bereich der Anschlußverbindungen, zu den Außenrohren hin verbogen und mit den Außenrohren verschweißt Auf die Außenrohre ist ein Gewinde im Bereich der Rohrenden aufgeschnitten, so daß die Rohrleitungen über eine Gewindemuffe mit Innengewinde miteinander lösbar verbunden werden können. Zur Erzielung der Druckdichtheit sind Kunststoffringe in das Gewinde eingesetzt. Außerdem ist in die Enden der Innenrohre eine Hülse eingesetzt, die die Schraubverbindung schützen soll.

   Nachteilig hieran ist es aber insbesondere, daß durch die erwähnte Hülse der freie Querschnitt der Innenrohre im Bereich der Anschlußverbindung gestört und eingeengt wird. Meßgeräte können beispielsweise nicht mehr ohne weiteres durch die Rohrleitung hindurchgeschickt werden, weil die Gefahr besteht, daß die Meßgeräte an den Stufen, die durch die Hülsen gebildet werden, hängen bleiben.

   Alternativ müßte man Meßgeräte mit fühlbar verringertem Durchmesser einsetzen, die nicht immer zur Verfügung stehen, und gleichzeitig dafür sorgen, daß die Stufen an den Hülsen von diesen Meßgeräten überwunden werden können.

   Ein weiterer Nachteil der bekannten Schraubverbindung besteht darin, daß Platz auch in radial nach außen liegender Richtung durch die auf die Außenrohre aufgeschraubte Muffe verloren geht. Dieser Platz steht nicht bei allen Anwendungsfällen zur Verfügung, insbesondere wenn man Wert auf einen großen Innenquerschnitt des Innenrohres zur Erzielung einer bestimmten Transportkapazität legt.

   Diese Nachteile treten insbesondere dann zu Tage, wenn eine solche Rohrleitung für geothermische Bohrungen, Dampfinjektionen und dergleichen Anwendungszwecke eingesetzt wird, bei denen also der zur Verfügung stehende Raum in radialer Richtung häufig begrenzt ist und gut ausgenutzt werden muß. Bei diesen Anwendungsfällen hat das in der Rohrleitung strömende Medium häufig eine erhöhte Temperatur, beispielsweise in der Größenordnung von 3400 C, die wiederum zu Wärmespannungen führt. Die erwähnten Kunststoff-Dichtungsringe der bekannten Schraubenverbindung lassen aber eine solche hohe Temperatur nicht zu, weil solche Ringe nur bis etwa 2800 C eingesetzt werden können.

   Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubverbindung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die sich auch für den Transport von sehr warmen Medien, beispielsweise im Temperaturbereich von 3400 C, eignet, sich durch eine lange Lebensdauer auszeichnet und insbesondere einen ungestörten lichten Querschnitt hat, wobei die Anschlußverbindung zwischen den Rohrleitungsstükken in radialer Richtung nach innen und außen nicht dicker sein soll als der lichte Querschnitt der verwendeten Innenrohre und der Außendurchmesser der verwendeten Außenrohre. Außerdem soll die Schraubverbindung sich auch zum Transport von aggressiven Medien eignen, insbesondere soll sie sauergasbeständig sein.