Rohrleitung
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Rohrleitungen dienen dem Transport von Fluiden (Gase, Flüssigkeiten oder riesel- bzw. pumpfähige Feststoffe). Bestandteile sind insbesondere Rohre, Rohrformteile, Ausdehnungsstücke, Armaturen, Dichtungen, Verbindungselemente wie Flansche, Fittinge, Verschraubungen, Muffen sowie die Befestigungselemente (Rohrunterstützung). Im weiteren Sinne gehören auch noch die Pumpen, eventuelle Wärme- oder Kältedämmung sowie Überwachungssysteme zu dieser Zusammenstellung. Diese Einzelteile unterliegen häufig einer Normung. So ist es möglich, eine Rohrleitung wie aus einem Baukasten zusammenzustellen. Einzelne Rohrleitungen können zu ganzen Netzen zusammengefügt werden, die einzelnen Netzteile werden gegeneinander durch Erstabsperrungen abgesichert.
Rohrleitungen werden in der Nennweite von wenigen Millimetern bis zu einigen Metern ausgeführt und können im Falle einer Pipeline die Länge von Tausenden von Kilometern erreichen. Die Nenndruckstufen können vom Vakuum bis zu einigen hundert bar reichen. Hydraulikrohre haben Außendurchmesser zwischen 4 und 80 mm und sind für Berechnungsdrücke zwischen 120 und 750 bar ausgelegt (nach EN 13480 für Werkstoff P235TR2). Die Wahl der Werkstoffe einer Rohrleitung richtet sich nach statischen und dynamischen Belastungen (z. B.: Nenndruckstufe, Verkehrslasten, Erddrücke, Drücke von innen oder außen, Druckstoß), mechanischen Beanspruchungen (beispielsweise Fließgeschwindigkeiten, Geschiebestoffe), korrosiver Beanspruchung sowie Art und Temperatur des zu transportierenden Materials.
Bestimmte konstruktive Festlegungen für Rohrleitungen wie Nenndruckstufe, Werkstoffe, Flanschausführungen, Dichtungen usw. werden in sogenannten Rohrklassen definiert.
Je nach Temperatur des zu transportierenden Materials oder der Umgebungstemperatur kann eine Wärmedämmung, eine Rohrbegleitheizung oder -kühlung, aber auch z. B. eine Lecküberwachung der Rohrleitung erforderlich sein.
Rohrleitungen mit einem zulässigen inneren Betriebsdruck von über 0,5 bar sind gemäß der Druckgeräterichtlinie 97/23/EG ein „Druckgerät“ und dürfen nur in Übereinstimmung mit dieser Richtlinie in Verkehr gebracht werden.
ARSCH
Planungsunterlagen
Bei der Konstruktion, Planung und dem Bau von Druck-Rohrleitungen in Großanlagen wie Kraftwerken, Raffinerien und Produktionsstätten der chemischen Industrie laufen die einzelnen Planungsschritte mit der Erstellung der folgenden Planungsmittel ab:
- Das Grundfließbild
- Das Verfahrensfließbild
- Das Rohrleitungs- und Instrumentierungsfließbild
- Der Aufstellungs- und der Rohrleitungsplan
- Die Rohrleitungsisometrie mit den zugehörigen Stücklisten
- Die Rohrleitungsauslegungsliste
- Weitere Prüfpläne und Qualitätssicherungspläne
Mit Hilfe dieser Planungsunterlagen ist es möglich, ein von Rohrleitungen bestimmtes Gebilde wie beispielsweise ein Großkraftwerk zu planen und zu bauen.
Rohrleitungen aus Kunststoffen
In den vergangenen Jahren haben Rohrleitungen aus Kunststoffen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Sie sind mittlerweile mit 54 % Marktanteil und einem Volumen von 2.500.000 Tonnen/Jahr die wichtigsten Werkstoffe für Rohrsysteme in Europa. Am häufigsten werden Systeme aus Polyethylen (PE), vernetztem Polyethylen (PE-X), Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid (PVC-U) in den Bereichen Wasserversorgung, Abwasserentsorgung, Gasversorgung, Wärmeversorgung (nur PE-X und PP), und Industrierohrleitungen eingesetzt.
Auch für die kommenden Jahre wird für Rohrsysteme aus Kunststoff ein kontinuierliches Wachstum erwartet, das sich vor allem für PE auf die Sanierung bestehender Wasserversorgungsleitungen und für PVC-U und PP auf den Abwasserbereich stützt.
Siehe z. B. auch Polyethylenrohr
Auslegung einer Rohrleitung
Ziel der Rohrleitungsauslegung ist die Bestimmung von
- Nennweite
- Fließgeschwindigkeit (hohe Geschwindigkeit bedeutet mehr Fließgeräusche und höhere Druckverluste infolge von Rohrreibungsverlusten)
- Nenndruck (indirekt Festlegung einer ausreichenden Wanddicke)
- Halterungskonzept
- Werkstoff
- Trassierung
- Gefälle (z.B. Abwasser)
Rohrklasse
Zu Beginn der Planung wird eine Spezifikation, die in diesem Fall Rohrklasse genannt wird, erstellt. Hierin wird alles beschrieben, was für die Auswahl der Rohrleitungskomponenten entscheidend ist. Im Wesentlichen:
- Betriebsbedingungen
- Medium
- Temperatur
- Druck
- Massendurchsatz
- wirtschaftliche Hintergründe
- Kosten
- Ersatzteilverfügbarkeit
Nennweite
Abhängig vom gewünschtem Massenstrom und dem maximal akzeptierten Druckverlust (bei maximal vorgesehener Strömungsgeschwindigkeit) wird ein bestimmter Rohrquerschnitt errechnet. Bei der Auswahl des Rohres wird der berechnete bzw. – falls nicht standardmäßig vorhanden – der nächsthöhere Nenninnendurchmesser gewählt. Nenndurchmesser sind eine normierte – und optimierte – Stufung von Rohrinnendurchmessern, um die Variantenvielfalt der eingesetzten Rohre zu minimieren.
Der Druckverlust ist ein wesentliches Kriterium für die Auslegung einer Rohrleitung. Der Druckverlustwert reagiert sehr empfindlich auf Änderungen des Rohrleitungsinnendurchmessers. Der Strömungsdruckverlust einer Rohrleitung ändert sich bei gegebenem Durchsatz mit der vierten Potenz des Durchmessers.
Vorteile einer größeren Abmessung:
- Geringerer Druckverlust
- geringeres Strömungsgeräusch
- größere Spannweite der Rohrbefestigung (weniger Befestigungsbohrungen)
- geringerer Energieaufwand des Rohrleitungstransportes
Nachteile einer größeren Abmessung
- Ggf. größerer Wärmeverlust
- Höhere Investitionskosten
- Größerer Platzbedarf
- Größere Masse (Gewicht)
- Geringere Flexibilität (z. B. Elastizitätsmodul und Festigkeit bei Kunststoffrohren)
- Höhere Kräfte aus Dehnungen durch Temperatur
Man spricht von einer wirtschaftlichen Abmessung, wenn sich die Kosten aus den oben genannten Eigenschaften ausgleichen.
Strömungsgeschwindigkeit
Um Stöße durch Beschleunigungen oder Verzögerungen zu vermeiden, sollte die Strömungsgeschwindigkeit in Rohrleitungen gleich gehalten werden. In der Literatur werden die folgenden Richtwerte genannt:
| Wasser | Quelle | |
| Saugleitungen, je nach Länge und Temperatur | 0,5 - 2,0 m/s | Steinmüller |
| Saugleitungen von Kreiselpumpen | 1,0 - 1,5 m/s | Dubbel |
| Saugleitungen von Kolbenpumpen | 0,8 - 1,0 m/s | Dubbel |
| Druckleitungen, bei ständigem Betrieb | 1,5 - 5,0 m/s | Steinmüller |
| Druckleitungen, bei Not oder Umgehungsbetrieb | 4,0 m/s | Steinmüller |
| Druckleitungen bei Korrosionsgefahr durch O2 | 5,0 m/s | Steinmüller |
| Druckleitungen von Kreiselpumpen | 2,5 - 3,0 m/s | Dubbel |
| Druckleitungen von Kolbenpumpen | 1,0 - 2,0 m/s | Dubbel |
| Gebrauchswasserleitungen | 4,0 - 6,0 m/s | Steinmüller |
| Kühlwasserleitungen | 4,0 - 6,0 m/s | Steinmüller |
| Kondensatleitungen | 1,0 - 2,0 m/s | Steinmüller |
| Dampf | Quelle | |
| Sattdampf für Fabrikationsleitungen | 25 – 30 m/s | Steinmüller |
| Heißdampf, 40 bar im Kraftwerk | 30 – 40 m/s | Steinmüller |
| Heißdampf, 80 bar im Kraftwerk | 16 – 22 m/s | Steinmüller |
| Heißdampf, 120 bar im Kraftwerk | 15 – 20 m/s | Steinmüller |
| (für kurze Leitungen bis zu 50 % höhere Werte) | Steinmüller | |
| Frischdampfleitungen großer Kesseleinheiten | 40 – 60 m/s | Steinmüller |
| Turbinen, Heißdampf , kleine Leistung | 35 m/s | Dubbel |
| Turbinen, Heißdampf , mittlere Leistung | 40 – 50 m/s | Dubbel |
| Turbinen, Heißdampf , große Leistung | 50 – 70 m/s | Dubbel |
| Turbinen, Sattdampf | 25 m/s | Dubbel |
| Turbinen, Abdampf | 15 – 25 m/s | Dubbel |
| Kolbendampfmaschinen, Heißdampf | 40 – 50 m/s | Dubbel |
| Kolbendampfmaschinen, Sattdampf | 25 – 30 m/s | Dubbel |
| Luft | Quelle | |
| Druckluft in Betriebsnetzen | 2 – 10 m/s | Steinmüller |
| Warmluft zu Heizzwecken | 0,8 - 1,0 m/s | Steinmüller |
| Kolbenverdichter, Saugleitung | 16 – 20 m/s | Dubbel |
| Kolbenverdichter, Druckleitung | 25 – 30 m/s | Dubbel |
| Turboverdichter, Saug- und Druckleitung | 20 – 25 m/s | Dubbel |
| Gas | Quelle | |
| Niederdruck, lange Leitungen | 5 – 10 m/s | Steinmüller |
| Hochdruck, kurze Leitungen | 20 – 30 m/s | Steinmüller |
| Öl | Quelle | |
| Schweröl, beheizt, Druckleitungen | 1 – 2 m/s | Steinmüller |
| Schweröl, beheizt, Saugleitungen | 0,5 – 1 m/s | Steinmüller |
| Schmieröl | 0,5 – 1 m/s | Dubbel |
| Benzin, Kerosin: DN 25 | 5 m/s *) | Steinmüller |
| Benzin, Kerosin: DN 100 | 2,5 m/s *) | Steinmüller |
| Benzin, Kerosin: DN 200 | 1,8 m/s *) | Steinmüller |
- *) Richtwert zur Vermeidung elektrostatischer Aufladung bei leichtentzündlichen Mineralölprodukten
Quellen:
- Dubbel = DUBBELs Taschenbuch für den Maschinenbau; Bd. 1; 1956
- Steinmüller = STEINMÜLLER Taschenbuch Rohrleitungstechnik; 1988
Ausschlaggebend für die Dimensionierung ist die Wirtschaftliche Geschwindigkeit. Sie ergibt sich aus dem Optimum der Summe aus den Investitionskosten für die Rohrleitung, den Investitionskosten der Maschinenanlage (Pumpen, Verdichter) und den Energie- und Wartungskosten über die gesamte Betriebszeit.
Nenndruck
Für die Rohrleitungskomponenten gibt es viele für die Hersteller verpflichtende Normen. Die Ermittlung der notwendigen Wandstärke (nach der Kesselformel) ist in diesen Normen berücksichtigt.
Für die Planung muss ein Nenndruck gewählt werden, der natürlich immer über dem maximal auftretenden Betriebsdruck sein muss. Hohe Betriebstemperaturen müssen berücksichtigt werden, weil hierdurch die Materialfestigkeit herabsetzt wird. So kann die Erhöhung des Nenndruckes um ein oder mehrere Stufen notwendig sein.
Feststoffe
Rohrleitungen für Feststoffe (z. B. Granulate, Mehl, Stäube) werden oftmals als Schurre bezeichnet. Man findet sie zum Beispiel in der Zementindustrie oder in Mühlen für Getreide. Sie zeichnen sich durch große Radien bei Richtungsänderungen aus, die zugehörigen Rohrbögen sind oftmals aus einem besonders verschleißfesten Material bis hin zu künstlichem Basalt ausgeführt.
Weiterhin können sich Feststoffe während des normalen Betriebes im Inneren von Rohrleitungen ablagern. Diese Ablagerungen können zur Blockade der Strömung bis hin zu einer Verstopfung der Leitung führen und müssen daher regelmäßig durch eine Rohrreinigung beseitigt werden.
Betriebssicherheit
Als wichtiger Bestandteil technischer Anlagen müssen Rohrleitungen im Zuge der Anlagensicherheit (Betriebssicherheit) gewartet werden. Dies gilt insbesondere für Rohrleitungen, die neben der Dichtheit weitere physikalische Eigenschaften wie einen bestimmten Reibungskoeffizienten oder Wärmedurchgangskoeffizienten erfüllen müssen. Besondere Vorschriften gelten für druckbelastete Rohrleitungen und die entsprechenden Durchflussmedien, beispielsweise Rohrleitungen für Wasserdampf in Dampfkraftwerken. Rohrleitungen mit einem inneren Überdruck von mehr als 0,5 bar für entzündliche, leichtentzündliche, hochentzündliche, ätzende, giftige oder sehr giftige Gase oder Flüssigkeiten sind überwachungsbedürftige Anlagen im Sinne der Betriebssicherheitsverordnung und müssen je nach Gefährdungspotential durch zugelassene Überwachungsstellen oder befähigte Personen vor Inbetriebnahme und innerhalb bestimmter Fristen geprüft werden. Die Wartung umfasst:
- Prüfmaßnahmen in regelmäßigen Abständen (z. B. visuelle Prüfung, zerstörungsfreie Prüfungen (Ultraschall,Röntgen), Druckprüfung, Prüfungen der Auflager, Aufhängungen)
- Korrosionsschutz-Maßnahmen
- Rohrreinigung
