Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen): Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 3. Februar 2006, 23:08 Uhr

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Fertigstellung bis zum 28. November 2005

Einführung

Rohrleitungen stellen für den innerbetrieblichen Transport von Fluiden das wichtigste Verbindungsmedium dar. Die Förderung der Fluide erfolgt durch ein Druckgefälle zwischen Quell- und Zielort, so dass innerhalb der Rohrleitungen während des Förderprozesses in der Regel ein erhöhter Druck herrscht. In Systemen aus Rohrleitungen, Apparaten und Behältern übernehmen Armaturen als Rohrleitungsteile die Funktion des Stellens und Schaltens. Eine Rohrleitung ist die Zusammenstellung von Rohren, Formstücken, Armaturen, Dichtungen, Verbindungselementen wie Flansche, Fittinge, Verschraubungen , Muffen, Schweiß- und Lötnähten zu einer für den Transport von Fluiden nutzbaren Einheit. In dem weiteren Sinne gehören auch noch Pumpen und Rohrunterstützungen zu dieser Zusammenstellung. Diese Einzelteile unterliegen oft der Normung. So ist es möglich, eine Rohrleitung wie aus einem Baukasten zusammenstellen zu können. Rohrleitungen werden in der Nennweite von wenigen Millimetern bis zu einigen Metern ausgeführt und können in dem Fsämtliche einer Pipeline die Länge von Tausenden von Kilometern erreichen. Die Nenndruckstufen können bis zu einigen hundert bar erreichen. 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 (z.B.: Fließgeschwindigkeiten, Geschiebestoffe), korrosiver Beanspruchung sowie Art und Temperatur des zu transportierenden Fluids.

Einsatzgebiet

Rohrleitungen stellen für den innerbetrieblichen Transport von Fluiden das wichtigste Verbindungsmedium dar. Die Förderung der Fluide erfolgt durch ein Druckgefälle zwischen Quell- und Zielort, so dass innerhalb der Rohrleitungen während des Förderprozesses in der Regel ein erhöhter Druck herrscht. Konstruktion, Montage, Betrieb und Instandhaltung von Rohrleitungen werden durch die gehandhabten Stoffe, Prozess- und Umgebungsparameter bestimmt.

Bauarten von Rohren

Datei:Rohrleitungsbauarten2.jpg Datei:Rohrleitungsbauarten.jpg

Schläuche

Schläuche, als flexible, rohrförmige Halbzeuge aufgebaut aus mehreren Schichten und einlage, sind erforderlich für bewegliche, leicht lösbare Verbindungen, die keine Rückwirkung auf die angeschlossenen Aggregate ausüben. Schlauchleitungen sind genormt in der DIN 20066 http://www.wiebeck.de/hydr_l.htm

Formstücke

Verbindungsarten von Rohrleitungen

Schweißverbindungen

Datei:Schweißverbindungen.jpg

siehe auch Artikel Schweißverbindungen

Flanschverbindungen

Datei:Flanschverbindungen.jpg Datei:Flanschverbindungen1.jpg

Rohrverschraubungen

Datei:Rohrverschraubungen.jpg Datei:Rohrverschraubungen1.jpg Datei:Rohrverschraubungen2.jpg

Rohrleitungsarmaturen

Mit Armaturen werden z.B. Durchflussmengen geregelt, Druckverluste eingestellt, Rückströmungen verhindert und sonstige Einflüsse auf den Strömungsvorgang ausgeübt. Sie werden meist elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder der von Hand betätigt. Mit Regelarmaturen (Klappen oder Ventile) können Durchflussmengen und Strömungswiderstände beeinflusst werden. Die aktuellen Einstellungen der Armaturen sind in der Leitwarte und vor Ort zu dokumentieren und vorzuhalten.

Ventile

Datei:Ventile.jpg

Schieber

Hähne

Klappen

Klappen haben allg. kurze Baulängen, jedoch ist bei zusätzlicher Installation von Armaturen (Rückschlagklappen, Kompensatoren usw.) auf genügend Freiraum zur Klappenöffnung zu achten. Datei:Klappen.jpg

Auswahl der richtigen Armatur

Fördern von Fluiden

Zur Förderung flüssiger Medien werden meist Kreiselpumpen eingesetzt.

Normpumpen Inlinepumpen Pumpen sollten druckorientiert eingeplant werden, d.h. die erforderliche Druckerhöhung wird aus dem gesamten Δp (druckseitig) ermittelt: a) vom Pumpendruckstutzen bis zur Systemgrenze (offenes System) b) vom Pumpendruckstutzen bis zum Pumpensaugstutzen (geschlossenes System) Am Pumpensaugstutzen muss ein Mindestdruck vorliegen, sonst entsteht Kavitation Pumpenlaufrad mit Kavitationsschäden Kavitation = Dampfbildung bei Unterschreitung des Dampfdruckes mit anschließender Implosion der Dampfblasen durch Druckerhöhung im System.

Kräfte

Dimensionierung

Auslegung Nenndruck und Nennweite

Es ist der wirtschaftlichste Rohrdurchmesser zu wählen: 1. geringer Strömungswiderstand 2. geringe Investition

Strömungsgeschwindigkeiten für Flüssigkeiten im Rohr ca. 1-4 m/s Rohrzusammenstellung nach: Nennweite DN Nenndruck pN Mit der Kenngröße der Nennweite DN lassen sich unterschiedliche Rohrteile und Flansche zu einem passenden einheitlichen Ganzen zusammenfassen. Zugehörige Druckstufen lassen sich mit der Kenngröße Nenndruck pN ermitteln. Achtung: die Druckfestigkeit innerhalb einer Nenndruckstufe nimmt mit steigender Produkttemperatur ab. Hinweis: Kunststoffrohre sind nicht über Nennweiten zusammenfassbar, sondern über die jeweiligen Außendurchmesser ! Bei Kunststoffrohren ändern sich die inneren Durchmesser abhängig von der Druckfestigkeit deutlicher als bei Stahlrohren. Die hydraulischen Auswirkungen auf das System sind zu beachten. Die temperaturabhängige Festigkeit ist besonders zu beachten Kunststoffbauteile werden meist miteinander verklebt (siehe auch Klebverbindungen) und/oder verschraubt. Die Herstellerangaben sind unbedingt zu befolgen, um Undichtigkeiten und verminderte Druckfestigkeiten zu verhindern. Kunstoffrohre und Stahlrohre können mittels Flansche verbunden werden. ACHTUNG: Kunststoffflansche entsprechen nicht der Stahlrohrnorm, die entsprechenden Herstellervorgaben sind zu beachten. Die Produktverträglichkeit der Kunststoffrohre ist zu beachten.

Sicherheit Belastbarkeit

Verschleiß

Werkstoff

Beispiel einer Rohrvernetzung am Beispiel der Fernwärme Hamburg

Durch ein 770 Kilometer langes Rohrleitungsnetz gelangt die Wärme zu den 9.800 Übergabestationen in den Gebäuden der Kunden. So lieferte Vattenfall im Jahr 2004 vier Milliarden Kilowattstunden Heizwärme. Rund 400.000 Wohneinheiten in Hamburg werden von uns mit Wärme versorgt – sicher, sauber, komfortabel.

Fernwärmenetz im Überblick: http://www.vattenfall.de/www/vf/vf_de/204178priva/222253wxrme/222283ansch/222313netzk/index.jsp?WT.ac=content

Berechnungsgrundlagen

Datei:Berechnungsgrundlagen.jpg

Auslegungskriterien

Datei:Auslegungskriterien.jpg

Kontrollfragen

18.1 Welche Rohrarten werden im Rohrleitungsbau eingesetzt? Zu jeder Rohrart sind zwei für den Einsatz wichtige Eigenschaften und ein typisches Anwendungsbeispiel zu nennen.

18.2 Welche grundsätzlichen Möglichkeiten gibt es, Stahlrohre unlösbar, lösbar bzw. zu funktionsfähigen Leitungen zu verbinden.

18.3 Bei Rohrleitungen gibt es das Problem der Längenänderungen. Wodurch werden diese Längenänderungen verursacht? Welche konstruktiven Möglichkeiten bestehen zur Kompensation dieser Längenänderungen? Was versteht man unter -natürlichem- Dehnungsausgleich?

18.4 Nach DIN 3211 ist eine Armatur ein Rohrleitungsteil, das in Systemen aus Rohrleitungen, Behältern, Apparaten und Maschinen die Funktion des Schaltens und Stellens ausübt. Welche 4 Grundbauarten von Armaturen gibt es?

18.5 Welche Gesichtspunkte sind bei der Planung von Rohrleitungen zu beachten?

18.6 Von welchen Einflussgrößen hängt der Druckverlust in Rohrleitungen ab?

18.7 Welche konstruktiven Möglichkeiten stehen zur Verminderung oder Vermeidung von Druckstößen zur Verfügung?

Antworten zu den Kontrollfragen

18.1 Nahtlose, geschweißte Stahlrohre: Eigenschaften: Einfache, feste und dichte Verbindung durch Schweißen möglich (Stumpfstoß), gleichzeitige Verwendung als Leitungsund Konstruktionselement, hohe Duktilität und Zähigkeit, kalt und warm biegbar, wirtschaftlich günstiges Wanddicken/Durchmesser-Verhältnis. Anwendungen: Alle Bereiche des Rohrleitungsbaus, z.B. Fernrohrleitungen, erdverlegte Rohrleitungen, Trinkund Brauchwasserleitungen, Heißwasser- und Dampfleitungen, pneumatische und hydraulische Förderung. - Präzisionsstahlrohre: Eigenschaften: Hohe Maßgenauigkeit, glatte Rohrwand, gut kalt verformbar (biegen und bördeln), einfache und sichere Montage durch Rohrverschraubungen. Anwendungen: Hydraulikleitungen im Maschinenbau, Bremsleitungen, Konstruktionsrohre. - Gewinderohre (nahtlos bzw. geschweißt, schwarz oder verzinkt): Eigenschaften: Feste und dichte Verbindung durch Fittings (lösbar), auf Whitworth-Rohrgewinde (Kegel 1:16, bis R6) abgestimmt, kostengünstige Stahlrohrleitungen. Anwendung: Installationsrohre, Kalt- und Warmwasserleitungen, Heizungsleitungen, Gasleitungen, Leitungen für Luft und ungefährliche Gase. - Nicht rostende Stahlrohre: Eigenschaften: Gute Korrosionsbeständigkeit, unmagnetisch (austenitische Stähle), Einsatz bei tiefen Temperaturen. Anwendung: Lebensmittel-, Pharma- und Autoindustrie, Apparatebau, für hohe Temperaturen und mechanische Beanspruchung. - Druckrohre aus duktilem Gußeisen: Hohe Festigkeit und hohes Formänderungsvermögen, relativ korrosionsbeständig. Anwendung: Gasleitungen, Wasserleitungen. - Kupferrohre: Eigenschaften: Hohe Korrosionsbeständigkeit, kein anhaftender Zunder oder Rost, gut weich- und hartlötbar (kapillare Lötfittings), keine Inkrustationen (Cu-Rohre wachsen nicht zu), glatte Innenwandung, bei Mischinstallation gilt: Kupfer in Fließrichtung des Wassers nach Stahl. - Anwendung: Trink-, Warmwasserleitungen, Heizungsrohre, Hauswasserleitungen, Kältemittelleitungen. - Aluminiumrohre: Eigenschaften: geringe Dichte (leicht), gute Festigkeit und Zähigkeit bei tiefen Temperaturen, gut schweißbar, gut umformbar, beständig gegen schwach saure und basische Stoffe. Anwendung: Fahrzeugbau, Apparatebau, Lebensmittelindustrie. - Bleirohre: Eigenschaften: Beständig gegen eine Vielzahl von Säuren und Salzlösungen, leicht umformbar, gut lötbar, weiches Wasser greift Blei an (Vergiftungsgefahr). Anwendung: Nur für Nichttrinkwasserleitungen, Rohre für die chemische Industrie. – Kunststoffrohre: Eigenschaften: geringe Dichte (leicht), korrosionssicher und witterungsfest, ungiftig, glatte Innenwände, neigen nicht zur Inkrustation, unempfindlich gegen elektrische Streuströme, leicht verarbeitbar. Anwendung: Trinkwasserleitungen, Abwasserleitungen, Druckrohrleitungen, Fußbodenheizungen, Druckluftbremsanlagen, Chemierohrleitungen, Fahrrohre für Rohrpost.

18.2 Folgende grundsätzlichen Möglichkeiten gibt es: Für unlösbare Verbindungen: Schweißen, Löten Kleben, für lösbare Verbindungen: Flansche, Rohrverschraubungen und ggf. Muffen und Kupplungen.

18.3 Der Unterschied zwischen Montage- und Betriebstemperatur führt durch das physikalische Gesetz der Wärmedehnung zu unvermeidlichen Längenänderungen mit entsprechenden Kraftwirkungen. - Zur Kompensation dieser Längenänderungen mittels „künstlichem“ Dehnungsausgleich gibt es: Stoffbuchsendehner (große Axialdehnung), Wellenrohrkompensatoren (Nieder- und Mitteldruckleitungen), Gummikompensatoren (kaltgehende Leitungen), Metallschlauchkompensatoren und Gelenkkompensatoren. - Natürlicher Dehnungsausgleich: Die Rohrleitungen werden so geführt, dass die durch den Richtungswechsel entstehenden Schenkel durch elastische Verbiegung die Wärmedehnung aufnehmen können. Bei räumlichen Leitungen ist dies fast immer zu verwirklichen. Wegen der hohen Betriebssicherheit versucht man stets, die Leitungen geschlossen zu halten und je nach Bedarf und Rohrverlauf eine ausreichende Weichheit des Rohrsystems durch U-Bögen, Lyra-Bögen und Z-Bögen zu erreichen.

18.4 Die 4 Grundbauarten von Armaturen sind Ventile, Schieber, Hähne und Klappen.

18.5 Folgende Gesichtspunkte sind bei der Planung und Gestaltung von Rohrleitungen zu beachten: - Betriebssicherheit: Bei der Werkstoffwahl sind die Forderungen der Regelwerke zu beachten. Die Auswechslung einzelner Teile soll ohne Betriebsunterbrechung möglich sein. Ein wirksamer Ausgleich für die Wärmedehnungen ist vorzusehen. Die Rohrleitungsteile müssen ausreichend abgestützt werden. Die Rohrleitung ist mit ausreichendem Gefälle auszuführen. - Wirtschaftlichkeit: Kurze und möglichst gerade Rohrleitungen sind anzustreben. Strömungstechnisch günstige Armaturen und Formstücke sind zu verwenden. Wärme- und kälteführende Rohrleitungen sind zu dämmen, um den Energieverlust zu begrenzen.

18.6 Von folgenden Einflussgrößen hängt der Druckverlust in Rohrleitungen ab: Rohrdurchmesser (Δp ~ 1/d5), Strömungsgeschwindigkeit, Höhenunterschied zwischen Anfangsund Endpunkt der Leitung, Länge der Leitung, Rauigkeit der Rohrwand, Strömungsform.

18.7 Die Verminderung oder Vermeidung von Druckstößen ist möglich durch eine Verkürzung der Reflexionszeit (z.B. durch eine kurze Rohrführung), Zwischenreflexionsstellen, Wasserschlösser, Standrohre und Belüftung der Leitung bzw. eine Verlängerung der Schaltzeit (z.B. durch passende Wahl der Armaturen, Windkessel, Nebenauslässe, Sicherheitsüberströmventile und Nachsaugbehälter).

Hersteller, Lieferanten

http://www.pipesystems.com/ http://schwarz-simon.de/ http://www.ehm-edelstahl.de/site/main/default.asp?language=de http://www.s-w-rohrsysteme.de/ http://www.rohrleitungssysteme.de/ http://www.unipipe.de/ http://www.gussrohrtechnik.de/ http://www.wlw.de/rubriken/rohrsysteme.html

Richtlinien, Normung

Die EU-Druckgeräterichtlinie und die zugehörigen deutschen Vorschriften sind zu beachten. In einer technischen Dokumentation sind die Ergebnisse festzuhalten. Die Dokumentation beinhaltet die Anlagenbeschreibung mit Angaben zur Festigkeitsauslegung, einen Rohr- und Instrumentierungsplan (P&I) und einen Rohrverlegeplan mit detaillierten Angaben. Isometrien können unterstützend eingesetzt werden. http://www.eu.int/comm/enterprise/pressure_equipment/ped/directive/directive_de.html http://www.druckgeraete-online.de/pdf/ped_leitlinien(muster).pdf Toleranzen Kosten

--Danny Ribens 10:09, 5. Nov 2005 (CET)