Rohrleitung

Rohrleitungen in einem Industriebetrieb

Großteils wärmegedämmte Rohrleitungen in einem Heizungskeller

Rohrleitungsteile und Formstücke aus rostfreiem Stahl

Rohrleitungen dienen dem Transport von Fluiden (Rohrleitungstransport von Gasen, Flüssigkeiten oder riesel- bzw. pumpfähigen Feststoffen). 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 4–80 mm und sind für Berechnungsdrücke zwischen 120–750 bar ausgelegt (nach EN 13480 für Werkstoff P235TR2). Die Wahl der Werkstoffe einer Rohrleitung richtet sich nach statischen und dynamischen Belastungen (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 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.

Historische Rohrleitungen

Historische Deichelwasserleitung

Bereits in der Antike wurden Rohrleitungen zur Wasserversorgung verwendet, so bei Pergamon oder in Köln (siehe Eifelwasserleitung). Sie waren meist Bestandteil von Aquädukten, um als Druckleitungen Höhenunterschiede zu überwinden. Ein Beispiel einer Druckrohrleitung (Siphon) aus dem Mittelalter ist der Tiergartentunnel in Blankenheim.

Historische Wasserleitungsrohre aus Holz werden als Deichel oder Teuchel bezeichnet. Zur Herstellung von Wasserleitungen wurden ausgebohrte Baumstämme aneinandergefügt. Deichelwasserleitungen waren vielerorts noch im 20. Jahrhundert in Betrieb.

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.

Auslegung einer Rohrleitung

Ziel der Rohrleitungsauslegung ist die Bestimmung von

• Nennweite
• Wanddicke
• Fließgeschwindigkeit (hohe Geschwindigkeit bedeutet mehr Fließgeräusche und höhere Druckverluste infolge von Rohrreibungsverlusten)
• Nenndruck
• Halterungskonzept
• Werkstoff
• Trassierung
• Gefälle (etwa für 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 sind folgende Betriebsbedingungen zu bestimmen.

• 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.

Die wirtschaftliche Abmessung mit minimalen Kosten ist erreicht wenn die folgenden Eigenschaften optimal ausgeglichen sind. So ergeben sich aus einer größeren Abmessung sowohl

• Vorteile
  • geringerer Druckverlust,
  • geringeres Strömungsgeräusch,
  • größere Spannweite der Rohrbefestigung (weniger Befestigungsbohrungen),
  • geringerer Energieaufwand des Rohrleitungstransportes als auch

• Nachteile
  • gegebenenfalls größerer Wärmeverlust,
  • höhere Investitionskosten,
  • größerer Platzbedarf,
  • größere Masse (Gewicht),
  • geringere Flexibilität (z. B. Elastizitätsmodul und Festigkeit bei Kunststoffrohren),
  • höhere Kräfte aus Dehnungen durch Temperatur.

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.

Rohrboden in einer modernen Getreidemühle

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

Rohrleitungen in einer chemischen Fabrik

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 Gase oder Flüssigkeiten sind überwachungsbedürftige Anlagen im Sinne der Betriebssicherheitsverordnung und müssen je nach Gefährdungspotential durch zugelassene Überwachungsstellen oder befähigte Personen vor Inbetriebnahme und regelmäßig innerhalb bestimmter Fristen geprüft werden. Die Wartung umfasst:

• Prüfmaßnahmen in regelmäßigen Abständen (visuelle Prüfung, zerstörungsfreie Prüfungen (Ultraschall,Röntgen), Druckprüfung, Prüfungen der Auflager, Aufhängungen)
• Korrosionsschutz-Maßnahmen
• Rohrreinigung

Weblinks

 Commons: Rohrleitung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Rohrleitung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen