Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen)

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 zum beispiel bei 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.

Funktion

Rohrleitungen dienen zur Führung von flüssigen, gasförmigen und feinen festen Stoffen. 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.

Eigenschaften

• Führung von Gasen oder Flüssigkeiten
• Feststoffe mit Trägermedium oder mit Feststoffpumpen (Beton)
• Energieversorgung fluidischer Antriebe
• Druckdifferenz durch Gefälle, Absaugen, Überdruck
• Topologie als Ringleitung, Rohrnetz oder Strahlenleitung
• Querschnitt meist kreisförmig
• Material Stahl, Buntmetall, Gusseisen, Leichtmetall, Kunststoff
• Nennweite (DN) entspricht ungefähr dem Durchmesser und ist Kenngröße für Rohre, passende Armaturen und Formteile
• Nenndruck (PN) zulässiger Betriebsüberdruck bei 20°C

Bauarten von Rohren

Bauarten	Hartblei	Präzisionsrohr	Gewinderohr	Edelstahlrohr	Gusseisen	Kupferrohr	Aluminium	Kunststoff
Einsatz	Chemie, Trinkwasser	Hydraulik, Pneumatik	Gas, Wasser, Heizung	Lebensmittel, Chemie	Trinkwasser, Abwasser	Heizung, Schmieröl, Lebensmittel, Kältetechnik	Fahrzeugbau, Apparatebau, Lebensmittel	Installationstechnik, Haustechnik, Trinkwasser, Abwasser
Vorteile	gute chemische Beständigkeit	Genauigkeit, gut schweißbar	billig	gute chemische Beständigkeit, korrosionsbeständig	mit großem Durchmesser herstellbar	gute chemische Beständigkeit, gut schweißbar, hartlötbar	chemische Beständigkeit, gut schweißbar, bei tiefen Temperaturen einsetzbar	leicht korrosionsbeständig, kleben, schlagfest, wärmebeständig
Werkstoff	Blei Antimon (PbSb1As)	ST32	Stahl	meist austenitischer Edelstahl, Cr Ni Stahl	duktiles Gusseisen	sauerstofffreie Kupfersorten	Al- und Al-Knetlegierungen	PVC, PE, PP
Herstellung	-	kaltgezogen, geglüht	Schwarz, verzinkt, Kunststoffüberzug	-	Überzug aus Zementmörtel, PE oder Zink	nahtlos gezogen	nahtlos gezogen oder stranggepresst	-
Norm: DIN 1262	-	-	DIN EN ISO 1127	EN 595, EN 969	DIN 1754	DIN 1795, DIN 9107	DIN 8061, 8062	DIN 8074, DIN 8075	DIN 8077, 8078

Frage 1: Welche Rohrarten werden im Rohrleitungsbau eingesetzt? Zu jeder Rohrart sind zwei für den Einsatz wichtige Eigenschaften und ein typisches Anwendungsbeispiel zu nennen zur Lösung Schläuche Wenn Verbindungen leicht lösbar sein sollen oder die Anschlussstellen gegeneinander beweglich sein müssen, werden statt Rohre Schläuche verwendet. Schläuche, als flexible, rohrförmige Halbzeuge aufgebaut aus mehreren Schichten dürfen keine Rückwirkung auf die angeschlossenen Aggregate ausüben. Schlauchleitungen sind genormt in der DIN 20066 http://www.wiebeck.de/hydr_l.htm Formstücke Formstücke sind Bauteile von Rohrleitungsanlagen, z.b. Rohrbogen, Fittings, Abzweig-und Verbindungsstücke, Wasserabscheider usw., die oft hohen Beanspruchungen unterliegen und entsprechend dem Verwendungszweck aus nahtlosem Stahlrohr oder als Schmiedestücke, in Stahlguss oder duklilem Gusseisen gefertigt sind Verbindungsarten von Rohrleitungen Schweißverbindungen Stumpfnaht Kehlnaht Schweißkantenvorbereitung mechanisch beste Lösung Überschiebmuffe gut bei Innenbeschichtung vorteilhaft bei Reparaturen Kugelschweißmuffe Winkel bis 10° möglich Nippelschweißmuffe keine Schweißrückstände im Inneren vollkommen durchschweißbar keine Querschnittsverengung siehe auch Artikel Schweißverbindungen Flanschverbindungen Eigenschaften lösbare Verbindung Rohre mit unterschiedlichem Material statische Dichtstelle, elastische Dichtelemente Lochzahl durch vier teilbar, symmetrisch verteilt Flansche mit glatter Dichtfläche Gussflansch Vorschweissflansch Gewindeflansch Löt- oder Schweissflansch Bördelflansch Flansche mit Vor- und Rücksprung Eigenschaften aufwendige Montage große Sicherheit beste Dichtwirkung Einsatz Vakuum Hochdruck (>1000 bar) Gefahrengut Feder und Nut DIN 2512 Feder und Nut DIN2513 Vorsprung mit Eindrehung DIN2514 1) Dichtring 2) Feder 3) Nut 4) Vorsprung 5) Rücksprung 6) Strömungsrichtung Rohrverschraubungen Eigenschaften Stahl oder Guss Whitworth Rohrgewinde - zylindrisches Innengewinde - kegeliges Außengewinde metallische Dichtung Einsatz Hausinstallation Muffe zur Verbindung zweier gleicher Rohre Reduziermuffe mit Durchmessersprung Fittings 1) T-Stück 2) Bogen 3) Kreuzstück Hydraulikverschraubungen Eigenschaften metallisch oder O-Ring gedichtet Durchmesser 6 bis 38 mm leicht, mehrfach lösbar Einsatz Hydraulikanlagen Schneidring, Dichtkegel 24° Bördel, Dichtkegel 37° flachdichtend mit O-Ring Schweißdichtkegel, Dichtkegel 24° Verschraubungsarten gerade Einschraubverschraubung - Verbindung Rohr zu Block gerade Verbindungsverschraubung - Verbindung Rohr zu Rohr Winkelverschraubung Schwenkverschraubung - Winkel einstellbar Frage 2: Welche grundsätzlichen Möglichkeiten gibt es, Stahlrohre unlösbar, lösbar bzw. zu funktionsfähigen Leitungen zu verbinden? zur Lösung Längenänderung in Rohrleitungen Wärmeausdehnung Frage 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? zur Lösung 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 Bewegung des Abschlusses senkrecht zur Strömung Absperrventil Auf -Zu Funktion Durchgangsventil Rückschlagventil Rückstromsperre schließt bei Druckausgleich Durchgangsventil federbelastetes Sicherheitsventil Sekundärseite Tank Überdrucksicherung Eckventil Schieber Bewegung des Abschlusses quer zur Strömung Einsatz Gas Druckluft Wasser Dampf Keilschieber Parallel-Plattenschieber Hähne Drehung des Abschlusses um die Längsachse quer zur Strömung, Abschluss geöffnet durchströmt Eigenschaften geringer Bauraum schnell schaltend geringer Widerstand Durchgangshahn Schmierhahn Kugelhahn 1.Schmierkammer 2.Schmierspindel 3.Schmiernuten 4.Anschlag Klappen Drehung des Abschlusses um die Längsachse quer zur Strömung, Abschluss geöffnet umströmt Eigenschaften geringer Bauraum verschleißarm verschiedene Antriebe Bauarten Absperrklappe Drosselklappe Rückschlagklappe Klappen haben allg. kurze Baulängen, jedoch ist bei zusätzlicher Installation von Armaturen (Rückschlagklappen, Kompensatoren usw.) auf genügend Freiraum zur Klappenöffnung zu achten. 1.Gehäuse 2.Scheibe 3.Futter austauschbar 4.Lagerzapfen 5.Antriebswelle 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 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 = V / t Auslegungskriterien Kontrollfragen 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? Zu den Lösungen 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)