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Rohrleitungen in der Industrie: Moderne Praktiken des Designs, der Konstruktion und des Betriebs
Rohrleitungen

Rohrleitungen in der Industrie: Moderne Praktiken des Designs, der Konstruktion und des Betriebs

  • Katarina Knafelj Jakovac

    1. Februar 2024

Rohrleitungen werden für den Transfer von flüssigen und gasförmigen Arbeitsmedien von einem Ort zum anderen verwendet. Sie bestehen aus einem System von Rohren, Ellbogen, Flanschen, verschiedenen Arten von Ventilen, Halterungen und anderen Armaturenkomponenten.

Beste Praktiken umfassen alle Phasen des Lebenszyklus einer Pipeline, von Design, Tests und Installation bis hin zu Betrieb und Wartung.

Dies stellt eine angemessene Rendite bei der Konstruktion von Pipelines sicher und eine optimale Nutzung der Struktur.

Die europäische Druckgeräterichtlinie PED 2014/68/EU definiert eine Pipeline als ein System, das alle für den Flüssigkeitstransfer vorgesehenen Rohrkomponenten umfasst, die miteinander verbunden sind, um ein Drucksystem zu bilden. Eine Pipeline umfasst speziell Rohre oder ein Rohrsystem, Armaturen, Ausdehnungsfugen, Schläuche oder andere notwendige Druckteile.

Wärmetauscher, die aus Rohren zur Kühlung oder Erwärmung der Luft bestehen, gelten ebenfalls als Pipelines.

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(Quelle)

Rohrleitungen zur Beförderung von Arbeitsfluiden in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, Heiz- und Kühlsystemen, geothermischem Wasser und Dampf müssen während Entwurf und Bau den Kriterien des ANSI/ASME B 31.1-Standards entsprechen.

Rohrleitungen, die Arbeitsflüssigkeiten in Raffinerien, petrochemischen Anlagen, chemischen Fabriken oder der Pharmaindustrie transportieren, unterliegen den Kriterien des ANSI/ASME B 31.3-Standards.

Rohrleitungen für den Transport von Flüssigkeiten zwischen Pumpstationen, Brunnen, Bohrlöchern und Terminals werden gemäß den Anforderungen des ANSI/ASME B 31.4-Standards konstruiert.

Im Gegensatz dazu werden Rohrleitungen für den Transfer von verflüssigten Gasen, bei der Ölförderung entstehenden Gasen oder Gasen zwischen Plattformen gemäß den Anforderungen des ANSI/ASME B 31.8-Standards entworfen.

Die grundlegende Eigenschaft von Metallrohren ist der Nenndurchmesser DN (mm).

Rohrtabellen geben sowohl den inneren als auch den äußeren Durchmesser des Rohrs sowie die Wanddicke oder den Zeitplan an.

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(Quelle

Bei der Planung einer Pipeline und dazugehöriger Armaturen gemäß dem Standard EN 13480-3:2017/A1:2021 für metallische industrielle Rohrleitungen müssen betriebliche Bedingungen, zukünftige Wartungsanforderungen und Inspektionsanforderungen berücksichtigt werden. Dies hängt von den geplanten Betriebsparametern und vorherigen Vereinbarungen mit dem für Funktionalität und Wartung verantwortlichen Personal ab.

Zusätzlich sollten zukünftige Überwachungssysteme für den Betrieb der Pipeline, Wartungsbedürfnisse ohne Beeinträchtigung der Integrität der Komponenten, Zugangswege zu Pipeline und Armaturen, Medienmanipulation sowie die erforderliche Anzahl von Personen und Kommunikationsleitungen im täglichen Betrieb berücksichtigt werden.

Die Gestaltung und Konstruktion einer Pipeline stellt sicher, dass das Risiko von Materialermüdung durch Vibrationen in den Rohren angemessen behandelt wird.

Je nach dem vom Rohr transportierten Arbeitsmedium, insbesondere seinen chemischen Eigenschaften, Strömungsregimes, Temperatur- und Druckschwankungen, kann die Materialauswahl für den Bau von Rohrleitungen eine grundlegende Herausforderung darstellen, die die initiale Bauphase bestimmt.

Das Material für industrielle Rohrleitungen ist in der Regel Kohlenstoffstahl gemäß den Standards API Spec. 5L, ANSI/ASME B 31.4 und ANSI/ASME B 31.8.

Wenn die Auswirkungen der Säure des Arbeitsmediums vernachlässigt werden, wie sie nach dem Standard NACE MR 0175 definiert ist, sollte das Material für den Rohrleitungs­bau so definiert werden, dass es säurebeständig ist, unabhängig davon, ob Korrosionsinhibitoren auf die Arbeitsmedien aufgetragen werden.

Kohlenstoffstahlrohre werden für schwach saure Arbeitsmedien verwendet, bei denen die Korrosionsprogression weniger als 0,5 mm pro Jahr beträgt, ohne Inhibitoren, jedoch mit ausreichender Korrosionsreserve, obligatorischer Dosierung von Inhibitoren und regelmäßigen Inspektionstests und Betreiberüberwachung während des Betriebs.

Bei der Auswahl von Stahl für die Rohrherstellung sind Schweißbarkeit und Schweißverfahrensspezifikation entscheidend, insbesondere wenn Anforderungen an das Vorheizen bis zu 300°C für unfertige Schweißnähte vor dem Abschließen des Schweißens und definierte Dehnungsverhältnisse hinsichtlich der Festigkeit vorliegen.

Armaturen an Rohrleitungen wie Ventile und Klappen müssen so spezifiziert sein, dass sie zum inneren Durchmesser des Rohrs passen. Ventile mit Rückschlagklappen gemäß dem Standard API-6D werden bevorzugt.

Ellbogen, T-Stücke und Verbindungsstücke müssen einen Durchmesser haben, der zum Rohrdurchmesser passt, und aus dem gleichen oder ähnlichen Material bestehen. Flansche müssen einen Schweißnacken und eine flache Oberfläche haben. Dichtungen müssen der Klasse und den Merkmalen der Flanschverbindung an der Rohrleitung entsprechen.

Unterschiedliche Betriebsdrücke, Rohrdurchmesser, Durchflussraten, Positionen von Armaturen und Baumaterialien bestimmen das Verhalten der Rohrleitung während ihrer Betriebsdauer.

Das Risiko eines unbeabsichtigten Austretens des Arbeitsmediums muss minimiert werden, indem der Typ und der Inhalt des Arbeitsmediums spezifiziert werden und die Auslässe von Entwässerungssicherheitsrohren klar markiert sowie die Positionen und die Route der unterirdischen und oberirdischen Rohrleitung in der technischen Dokumentation angegeben werden.

Wenn die Rohrleitung kilometerlang ist, wie bei Wasser-, Öl- und Gasleitungen, müssen auch Abbruchkammern und Pumpstationen berücksichtigt werden.

Der Abstand zwischen den Pumpstationen und die Kapazitäten der Pumpen zum Pumpen des Arbeitsmediums müssen ebenfalls unter Berücksichtigung der anderen erforderlichen Infrastruktur für den Betrieb und die Wartung der Pipeline geplant und entworfen werden.

Ein häufig übersehener Faktor ist die Interaktion der Pipeline mit der Umgebung, in der sie sich befindet, z. B. in der Nähe des Meeres oder in einer Wüstengegend, weil die Umgebung die äußeren Wände des Rohrs, Armaturen und begleitende Strukturen beeinflusst.

Der Schutz der inneren Wände der Pipeline vor Korrosion und Erosion hängt von Prozessbedingungen wie den chemischen Eigenschaften des Arbeitsmediums (z. B. einer Kombination aus Wasser und Kohlendioxid, Wasserstoff­sulfid oder Sauerstoff), Temperaturschwankungen, Druckschwankungen und Ablagerungen verschiedener Partikel ab.

Der Schutz der äußeren Wände vor Korrosion unterscheidet sich vom Schutz der inneren Wände, sodass alle externen und internen Einflüsse auf das Material sorgfältig während der Konstruktion berücksichtigt werden müssen, um sicherzustellen, dass die Pipeline während ihrer gesamten Lebensdauer in optimalem Zustand ist.

Wenn die Möglichkeit besteht, während der Konstruktion der Pipeline verschiedene Bau­lösungen zu implementieren, wird eine wirtschaftliche Analyse durchgeführt.

Diese überprüft die optimale Lösung, die spezifische Anforderungen für den Betrieb der Pipeline mit den strukturellen Merkmalen abgleicht und die finanziellen Kosten minimiert.

Die finanzielle Analyse berücksichtigt alle anderen einflussreichen Faktoren und Sicherheitsrisiken für die Sicherheit, Gesundheit der Arbeiter und Umweltauswirkungen.

Wie testet man eine geschweißte Verbindung von 2 Rohren?

Nach der Planung folgt die Phase der Konstruktion und des Baus. Die Bauphase umfasst das Schweißen, Verbinden durch Flanschverbindungen und/oder durch das Verlegen auf Trassen sowie das Verbinden mit der erforderlichen Armatur.

Jedes Mal, nachdem 2 oder mehr Rohre in Reihe geschweißt wurden, um einen neuen oder erneuerten Abschnitt der Rohrleitung zu erhalten, und bevor die Rohrleitung an eine bestimmte Position eingebaut wird, ist es erforderlich, die geschweißten Verbindungen zu überprüfen.

Die Verbindung durch Schweißen hat bestimmte Vorteile gegenüber anderen technischen Verbindungsmethoden wie z. B. die Verbindung ist dicht, von hoher Qualität und erfordert keine Wartung, der Prozess ist schnell und kostengünstig, es werden keine zusätzlichen Verbindungselemente und Dichtungen verwendet, was die Rohrleitung leichter macht.

Diese Art der Verbindung von metallischen Materialien wird immer für alle Rohre in Prozessanlagen verwendet, in denen eine höhere Sicherheit erforderlich ist und das Risiko von Lecks verhindert werden muss, wobei die Verbindungen gleichzeitig schwer zugänglich für Mitarbeiter sind.

Die Rohre müssen fachmännisch geschweißt werden, ausschließlich von qualifizierten Schweißern, und die geschweißte Verbindung muss zu 100% dicht sein.

Die Norm EN ISO 15609 definiert den Inhalt der Schweißverfahrensspezifikation und stellt den grundlegenden Nachweis der Schweißtechnologie dar.

Die Qualifikation des Schweißers wird gemäß einer Reihe von Anforderungen überprüft, die in der Norm HRN EN ISO 9606 definiert sind.

Ein Mangel an Schweißen von Rohren führt zu Steifheit der Rohrleitung, und für die Demontage und Demontage müssen die Rohre geschnitten werden. Dies ist besonders gefährlich und unpraktisch, wenn die Arbeitsmedien entzündlich, korrosiv, explosiv oder eine Kombination davon sind.

Während des Schweißprozesses können Fehler in den Verbindungen auftreten.

Kürzere Rohre werden in der Werkstatt verbunden, und beim Zusammenbau der Rohrleitung werden solche Rohre durch Schweißen zu Rohrleitungen verbunden.

Bevor das Arbeitsmedium und die Rohrleitung in Betrieb genommen werden, muss die Dichtigkeit und Festigkeit der geschweißten Rohre überprüft werden.

Die Prüfmethoden für geschweißte Verbindungen für Prozessrohrleitungen sind zerstörungsfreie Methoden und umfassen verschiedene Arten von Prüfungen, die vor der Installation der Rohrleitung in der Anlage durchgeführt werden.

Die erste Methode ist die Anfangskontrolle, die der Schweißer nach jedem Herstellungsschritt der Rohre durchführt (z. B. nach dem Schweißen von Flanschen, Anschlüssen und Abzweigen, Biegen und Formen).

Die Kontrolle umfasst die Überprüfung der Hauptabmessungen und Form der Rohre gemäß den Werkstattdokumenten, der Qualität und Genauigkeit der Herstellung (Schneiden, Schweißen, Schleifen) und der Formgebung der Rohre.

Die Endkontrolle umfasst die Überprüfung der Qualität der Herstellung (Qualität des Schweißens, Schleifens und der Endbearbeitung) und eine detaillierte dimensionale Kontrolle.

Zuerst erfolgt eine visuelle Inspektion, bei der sichtbare Mängel an den Rohren, wie Verformungen und Beschädigungen der Rohre, verschiedene Mängel an den geschweißten Verbindungen usw., erkannt werden.

Beim Schweißen kann es zu Verformungen kommen, wenn der Schweiß die Rohre zusammenzieht, was zu Abweichungen von den vorgegebenen Abmessungen führt. Daher umfasst die zweite Kontrolle die Überprüfung der Geometrie des bearbeiteten Rohrs.

Das Rohr wird auf eine horizontale Oberfläche gelegt, und dann werden die tatsächlichen Abmessungen im Vergleich zu den Abmessungen auf der Messskizze oder der Werkstattnotiz mithilfe einer Wasserwaage, eines Winkels und eines Maßbands überprüft. Insbesondere werden Abmessungen über die gesamte Länge des Profils, Radien der Rohrbiegungen, alle Anschlusspunkte, Winkel der geschweißten Abzweige und der Winkel der Flanschbefestigung im Verhältnis zum Rohr überprüft.

Danach wird das Innere des Rohrs überprüft, und wenn keine weiteren Bearbeitungen erforderlich sind, gilt das Rohr als bearbeitet.

In der Schiffbauindustrie ist die Prüfung von Rohrleitungen in Klasse I, II und III unterteilt.

Klasse I umfasst den Prüfungsbereich der geschweißten Verbindungen über die volle Länge bei Längsverbindungen von Rohren und die Prüfung bis zur Hälfte der Länge (1/2), wenn es sich um Querverbindungen handelt.

Klasse II umfasst die Prüfung von geschweißten Verbindungen bis zu einem Viertel (1/4) der Länge bei Quer- und Längsverbindungen.

Klasse III umfasst die Prüfung von geschweißten Verbindungen von Rohren gemäß der Bewertung des Schiffsregisters und erfolgt nach der Montage der Rohrleitung am Schiff im Gegensatz zu den Klassen I und II.

Für die Qualitätsprüfung der geschweißten Verbindungen werden Druckprüfungen für Rohrleitungen verwendet.

Rohre für den Zusammenbau von Rohrleitungen der Klasse I und II sowie Dampf-, Druckluft-, Speisewasser- und Schwerölleitungen mit einem berechneten Druck von mehr als 3,5 bar müssen nach der Herstellung und der endgültigen Bearbeitung, jedoch vor dem Anstrich, in Anwesenheit eines Vertreters des Schiffregisters einem hydraulischen Prüfdruck unterzogen werden, der um 50% höher ist als der berechnete Druck für die jeweilige Rohrleitung.

Der berechnete Druck stellt den höchsten Betriebsdruck des Mediums dar, der im Rohrleitungssystem auftreten kann und nicht niedriger sein darf als der höchste Druck, für den ein Sicherheitsventil oder ein Druckentlastungsventil in derselben Rohrleitungslinie eingestellt ist.

Rohre für die Montage von Rohrleitungen der Klasse III, die keiner Druckprüfung in Anwesenheit eines Vertreters des Schiffregisters unterzogen werden müssen, werden direkt an Bord nach der Montage der Rohrleitung durch Drücken mit Wasser getestet.

Aufgrund der internen Zustandskontrolle können solche Rohre auch in der Werkstatt gepresst werden, wodurch die Möglichkeit von Lecks an den geschweißten Rohrverbindungen bei deren Montage und Inbetriebnahme ausgeschlossen wird.

Die Prüfung der Dichtigkeit ist die nächste zerstörungsfreie Methode zur Kontrolle der geschweißten Verbindung, die zeigen muss, dass die Maßnahmen zur Sicherung der Qualität während des Schweißens wirksam waren und die vorgeschriebene Schweißtechnologie effizient durchgeführt wurde.

Die Prüfung der Dichtigkeit wird häufig am Einbauort der Ausrüstung in Prozessanlagen durchgeführt. Jede Prüfung hat vorgeschriebene Druckmethoden, die in der Werkstatt angewendet werden.

Die Prüfung der Dichtigkeit von Rohren wird durch das Drücken der Rohrleitung mit Wasser in einem speziell vorbereiteten System in der Schlosserei zur Herstellung von Rohren durchgeführt.

Der Druck beträgt 10% bis 15% mehr als der für die jeweilige Rohrleitung berechnete Druck.

Auf der Abbildung ist eine Skizze der Verbindung von Rohren und der fertigen Verbindung für die Prüfung der Dichtigkeit dargestellt.

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Bild: Dichtigkeitsprüfung von Rohrleitungen, 1-Prüfsystem, 2-Pumpe, 3-flexibler Verbindungsschlauch, A, B, C - verschiedene Rohre durch Schweißen verbunden (Quelle)

Die hergestellten Rohre werden durch Flansche miteinander verbunden, unabhängig von der späteren Reihenfolge der Montage der Rohrleitung, und dann gleichzeitig einem hydraulischen Druck ausgesetzt, um die Dichtigkeit und Festigkeit der geschweißten Rohrverbindungen zu überprüfen.

An den geschweißten Verbindungspunkten darf kein Wasser austreten, während sich die Rohre unter Druck befinden, und dies wird die ganze Zeit visuell überwacht.

Nach Abschluss der Dichtigkeitsprüfung werden die Ergebnisse in standardisierte Formulare eingetragen und im Archiv abgelegt. Wenn Undichtigkeiten auftreten, bedeutet dies, dass die geschweißte Verbindung Fehler aufweist und nicht verwendet werden kann.

Wenn eine Rohrleitung längere Zeit in Betrieb ist, treten verschiedene Einflüsse auf. Auf der einen Seite gibt es den Einfluss des Arbeitsmediums auf die Wände, während auf der anderen Seite die Umgebung auf die äußeren Oberflächen des Rohrs oder auf die Isolierung, wenn es sich um eine isolierte Rohrleitung für den Transport von kalten oder warmen Arbeitsmedien handelt, wirkt.

Das Austreten des Arbeitsmediums ist der häufigste Mangel, der in Rohrleitungen auftritt. Der zweithäufigste Mangel sind Wärmeverluste.

Haben Sie Wärmeverluste in der Rohrleitung?

Das folgende praktische Beispiel erklärt, wie die Wärmeverluste für eine isolierte Rohrleitung berechnet werden.

Die Abbildung zeigt einen Querschnitt einer isolierten beheizten Stahlrohrleitung. Stahl hat eine Wärmeleitfähigkeit von k = 45 W/mK.

Der innere Radius des Rohrs r1 beträgt 150 mm, der äußere Radius r2 beträgt 155 mm. Der Rohrradius mit Isolierung r3 beträgt 255 mm.

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Bild: Querschnitt einer isolierten Rohrleitung (Quelle: Die Abbildung wurde von mir in AutoCAD erstellt)

Die Rohrleitung ist mit einer 100 mm dicken Isolierung versehen, die eine Wärmeleitfähigkeit von k = 0,06 W/mK hat. Durch das Rohr strömt Luft, die auf die Temperatur Ti = 60°C erhitzt ist.

Der Wärmeübergangskoeffizient für die Übertragung der Wärme von der Luft auf die innere Rohrwand beträgt hi = 35 W2/mK. In der Arbeitsumgebung der Rohrleitung beträgt die Lufttemperatur 15°C, und der Wärmeübergangskoeffizient von der äußeren Oberfläche des Rohrs auf die Luft in der Umgebung beträgt hou = 10 W2/mK.

Es soll berechnet werden, wie hoch die Wärmeverluste für diese Rohrleitung sind, wenn ihre Gesamtlänge 50 m beträgt.

Die Luft, die durch das Rohr strömt, überträgt der Rohrwand eine Wärmemenge, die nach folgender Formel berechnet wird:

Q=2πr1Lhin(TinT1)Q=2\pi r_{1} L h_{in} (T_{in}-T_{1})

Die Wärmemenge, die durch das Stahlrohr übertragen wird, wird nach folgender Formel berechnet:

Q=2πLKsteel(T1T2)/ln(r2r1)Q=2\pi L K_{steel} ( T_{1} - T_{2}) / ln( r_{2} - r_{1})

Die Wärmemenge, die durch die Isolierung übertragen wird, wird nach folgender Formel berechnet:

!Q=2πLKinsulation(T2T3)/ln(r3r2)Q=2\pi L K_{insulation} ( T_{2} - T_{3}) / ln( r_{3} - r_{2})

Die Wärmemenge, die durch Konvektion von der äußeren Oberfläche der Isolierung auf die Luft in der Umgebung übergeht, wird durch folgende Formel dargestellt:

Q=2πr3LHout(T3Tout)Q=2\pi r_{3} L H_{out} ( T_{3} - T_{out})

Wenn wir die Ausdrücke für die Wärmemenge verbinden, erhalten wir:

Q=2πL(T1T0)(1r1hin)+(ln(r2/r1)ksteel)+(ln(r3/r2)kinsulation)+(1r3hout)Q = \frac{2\pi L (T_{1}-T_{0})}{({{1}\over{ r_{1}h_{in}}})+ ({{ln{(r_{2}/r_{1}}) }\over{k_{steel} }}) + ({{ln{(r_{3}/r_{2}}) }\over{k_{insulation} }}) + ({{1}\over{r_{3} h_{out} }} )}

Wenn wir die vorhandenen Werte einsetzen, haben wir:

Q=2π×50×(6015)(135×0.15)+(ln(0.155/0.150)45)+(ln(0.255/0.155)0.06)+(10.255×10)Q = \frac{2\pi \times 50 \times (60-15)}{({{1}\over{ 35 \times 0.15}})+ ({{ln{(0.155/0.150}) }\over{45 }}) + ({{ln{(0.255/0.155}) }\over{0.06 }}) + ({{1}\over{0.255\times 10 }} )}

Q=1592WQ = 1592 W

Der Wärmewiderstand der Isolierung ist größer als der Widerstand des Stahls und des Arbeitsmediums, das durch das Rohr strömt oder sich in der Umgebung befindet.

Eine Erhöhung der Isolationsdicke garantiert nicht, dass der Wärmeverlust verringert wird. Durch das Hinzufügen von Isolierung wird die Oberfläche, von der die Wärme in die Umgebung abgegeben wird, vergrößert.

Wenn die Oberfläche um mehr als den Wärmewiderstand vergrößert wird, wird es zu einem größeren Wärmeverlust kommen.

Der kritische Radius der Isolationsdicke ist der größte Radius, bei dem eine Erhöhung der Isolierung zu einem erhöhten Wärmeverlust führen würde.

Der kritische Radius wird durch die Formel berechnet:

rcrit=kis/kextr_{crit} = k_{is} / k_{ext}

rcrit=kins/hextr_{crit} = k_{ins} / h_{ext}

rcrit=0,06/10r_{crit} =0,06 / 10

rcrit=6mmr_{crit} = 6 mm

Für den Radius r >6 mm wird jede weitere Erhöhung der Isolationsdicke zu einem erhöhten Wärmeverlust führen.

Gute Praxis für Rohre in Maschinensystemen

Wenn es um Montage, Verbindung und Überprüfung von Rohren und kleineren Rohrleitungen geht, in der Regel im Rahmen von Skid-Einheiten oder Anlagen mit wenigen Ausrüstungsstücken wie z.B. einer Lebensmittelfabrik, gibt es eine Reihe von Richtlinien für bewährte Ingenieurpraxis.

Lassen Sie uns der Reihe nach vorgehen:

Ablaufanschlüsse müssen sich an den tiefsten Stellen des Systems befinden. – Das Spülen der Rohrleitung wird potenzielle Probleme wie Ablagerungen an den Rohrwänden und die Bildung von Korrosion lösen. – Erzwungene Zirkulation des Arbeitsmediums wird auch potenzielle Probleme durch Korrosion verhindern. – Wenn eine Kühlung im System erforderlich ist, muss sie so konstruiert werden, dass sie die Rohrleitung nicht beeinträchtigt und die Integrität nicht gefährdet. – Überprüfen Sie kontinuierlich auf Lecks im System. – Bei der Planung sollten die Rohrleitungen so verlegt werden, dass Verluste in der Rohrleitung vollständig vermieden oder maximal reduziert werden. – Verwenden Sie Ellenbogen mit größerem Durchmesser, wo dies möglich und anwendbar ist. – Platzieren Sie die Auslassanschlüsse tangential. – Stellen Sie sicher, dass das Material für die Rohrherstellung mit dem Arbeitsmedium im System kompatibel ist und unbedingt den geltenden Industriestandards entspricht. – Verwenden Sie Reduzierungen, wo nötig und anwendbar. – Überprüfen Sie vor dem Inbetriebnahme, ob alle Anschlüsse an die entsprechenden Rohrleitungen angeschlossen sind, um die Durchflussrichtung des Arbeitsmediums sicherzustellen. – Die Neigung der Rohre muss sanft und graduell sein (40 mm/m). Scharfe Neigungen verursachen erhöhten Strömungswiderstand und Verluste in der Rohrleitung. – Entlüften und entleeren Sie die Rohrleitung vor der Inbetriebnahme des Systems. – Überprüfen Sie vor dem Start des Systems, welche Druck- und Pegelwerte für das Arbeitsmedium an allen Rohrleitungen und Geräten eingestellt sind, an denen Alarme und/oder Messgeräte überwacht werden.

Rohrleitungen sind komplexe Strukturen, ohne die kein Prozess- oder Transportsystem realisiert werden kann. Ohne eine angemessene Planung und Einhaltung der Regeln des Fachs während der Montage und des Betriebs ist es nicht möglich, das volle Potenzial der Rohrleitung auszuschöpfen.

Rohrleitungen haben einen großen Einfluss auf verbundene Ausrüstungen, wie im folgenden Beispiel genauer erläutert. Es wird betrachtet, wie die Wechselwirkung der Rohrleitung zu einem profitablen Betrieb einer Zentrifugalpumpe beiträgt.

Einfluss der Exzentrizität der Pumpe auf die Belastung der Saug- und Druckrohrleitung

Nach der Montage der Pumpe und Elektromotors, aber vor dem Starten des Betriebs muss unbedingt eine Zentrierung oder Ausrichtung der gesamten Pumpenanlage durchgeführt werden.

Eine Exzentrizität der Pumpenanlage führt zu Belastungen in der Saug- und Druckrohrleitung an den Flanschverbindungen, was zu inneren Belastungen der Pumpenlager, übermäßigem Verschleiß der mechanischen Dichtung, Lager des Elektromotors und verkürzter Lebensdauer der Kupplung führt.

Es ist auch nicht ausgeschlossen, dass die Pumpe die erforderlichen Betriebsparameter nicht optimal erreicht.

Das Bild zeigt eine Pumpenanlage zur Umförderung des Arbeitsmediums aus einem Tank zu einem Wärmetauscher in einem Teil eines technologischen Prozesses.

![Screenshot 2024-01-31 at 16.08.53.png](https://strapi.metrikon.io/uploads/Screenshot_2024_01_31_at_16_08_53_a

82a73f716.png) Bild: Pumpenanlage an Saug- und Druckrohrleitung angeschlossen

Die Flanschverbindungen sind auf dem Bild mit gelber Farbe umrandet. An der Saug- und Druckflansch der Pumpe sind Flansche der Saug- und Druckrohrleitung angeschlossen, wo potenzielle Stellen für die größte Belastung konzentriert sind. Um schädliche Belastungen zu vermeiden, sollten bestimmte Richtlinien bei der Montage der Pumpenanlage und dem Anschließen von Saug- und Druckrohrleitungen beachtet werden:

  1. Die Flansche der Rohrleitung, die mit den Flanschen der Pumpe verbunden werden, müssen untereinander parallel und ausgerichtet sein, sodass der Abstand zwischen ihnen nicht die Dicke von 2 Dichtungen überschreitet oder der Abstand zwischen den Flanschen nicht die vom Pumpenhersteller empfohlenen Montagedimensionen überschreitet, wie es in der Abbildung gezeigt ist.

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Bild: Fachgerecht montierte Flanschverbindung (Quelle: Bild aus AutoCAD)

  1. Schrauben und Muttern, die an den Flanschen montiert sind, müssen ohne Klemmen oder zwangsweises Einstellen durch Ziehen montiert werden.
  2. Verwenden Sie beim Ausrichten der Rohrflansche und der Pumpenflansche keine Brechstangen, Stangen und Handwinden. Verwenden Sie nur geeignete, nicht funkenbildende Handwerkzeuge von geprüften Herstellern.
  3. Es ist wichtig, dass alle Ausführenden während der Montage von Flanschverbindungen Unternehmensverfahren (falls vorhanden) befolgen, um eine Beanspruchung des Rohrleitungsnetzes zu vermeiden.
  4. Eine Laser-Ausrichtung der Pumpen- und Motorwellen sollte innerhalb der vom Hersteller festgelegten Grenzen, der Unternehmensstandards und bewährter Ingenieurpraxis durchgeführt werden.

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Bild: Laser-Ausrichtung der Pumpeneinheit (Quelle: Laser Alignment Shaft Centrifugal Pump Check Stock Photo 1185219934 Shutterstock)*

  1. Lösen Sie dann die Saug- und Druckflansche von der Saug- und Druckflansche an der Pumpe, entfernen Sie Dichtungen und alle Schrauben mit Muttern.

  2. Überprüfen Sie die Ausrichtung der Pumpen- und Motorwellen erneut mit einem Laser. Jetzt haben Sie eine von zwei Situationen: a) Es gibt keine Veränderung in der Ausrichtung der Pumpeneinheit, was beweist, dass keine Spannung in den Rohrleitungen vorhanden ist. b) Es gibt eine Veränderung in der Ausrichtung der Pumpeneinheit. Es ist nachgewiesen, dass Spannungen in den Rohrleitungen vorhanden sind und sie so schnell wie möglich identifiziert und beseitigt werden müssen. Anschließend die Pumpeneinheit neu ausrichten.

  3. Erstellen Sie ein Messprotokoll zur Ausrichtung, bestätigen Sie, dass die antreibenden und angetriebenen Maschinen korrekt ausgerichtet sind, zertifizieren Sie es und übergeben Sie es dem Benutzer oder dem Geräteeigentümer.

Stress in Saug- und Druckrohrleitungen ist keineswegs harmlos und hat zahlreiche negative Auswirkungen auf die Maschine.

Häufig treten Schäden an Pumpen- oder Elektromotorenlagern als Folge von Spannungen in den Rohrleitungen auf, die sich manifestieren als:

  • Materialabnutzung durch Undichtigkeiten an Dichtungen
  • Teileabnutzung durch Vibrationen
  • Maschinenlast im stationären Zustand
  • Korrosion aufgrund unzureichender Schmierung durch übermäßige Last und resultierende Undichtigkeiten an Dichtungen
  • Abplatzen von Material auf Oberflächen, verursacht durch Fehlausrichtung und übermäßige Last

Jedes technische System erfordert eine angemessene Pflege und Überwachung während seines Lebenszyklus als grundlegende Voraussetzung für einen zuverlässigen und profitablen Betrieb.

Rohrleitungen sind scheinbar einfache mechanische Konstruktionen; jedoch ist wenig bekannt, wie viel Aufwand und Aufmerksamkeit sie während ihrer Arbeitsdauer benötigen, angefangen bei der Entwurfsphase über den Bau, die Schweißinspektion, die Montage und den Betrieb bis hin zu ihrem Einfluss auf verbundene und begleitende Ausrüstung.

Nur so können eine optimale Funktionalität, ein hoher Grad an Betriebssicherheit und eine zufriedenstellende Rendite in der Prozessanlage erreicht werden.

Katarina Knafelj Jakovac
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31. Januar 2024

Katarina Knafelj Jakovac ist eine Maschinenbauingenieurin mit langjähriger Berufserfahrung in der Erdölindustrie. Sie ist zertifizierte Führungskraft für die Zuverlässigkeit von Ausrüstungen, spezialisiert auf maschinelle Ausrüstung und operative Exzellenz. Sie ist die Autorin des Blogs Strojarska Radionica(Mechanische Werkstatt), in dem sie ihr berufliches Wissen und persönliche Erfahrungen im Bereich Wartung verschiedener Rotationsmaschinen, Maschinensysteme und Prozessausrüstungen teilt. Sie liebt Mechanik, Wärmelehre und Verbrennungsmotoren. Ihr Engagement gilt der kontinuierlichen Verbesserung der Maschinenwartung und einer qualitätsvollen Verwaltung von Sachanlagen.