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Rohre verbessern die Wirtschaftlichkeit von Kraftwerken (Teil 1)

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07.09.2010 Bei Flüssigkeits- und Gassystemen müssen immer strengere Auflagen erfüllt werden. Systemleckagen führen zu kostspieligen Abschaltungen und Reparaturen. Darüber hinaus sind – bedingt durch den technologischen Fortschritt – deutlich höhere Druck-, Durchfluss und Temperaturwerte vorhanden, die zu immer höheren Belastungen der Fluidsysteme führen.

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Entscheider-Facts Für Anwender

  • Da Rohre gebogen werden können, kommt es zu weniger Leckagepunkten als bei gleichwertigen dickwandigen Rohrleitungen.
  • Vor allem die Kombination von Leistungs- und Kostenvorteilen lassen Rohre zunehmend zu einer guten Wahl für Systeme mit einer großen Bandbreite von Drücken und Temperaturen werden.
  • Rohrsysteme erfordern weniger Zeit zum Aufbau als Systeme mit dickwandigen Rohren.
  • In einem System mit Rohren kann jede Verschraubung und jede Verbindung für einen Austausch, ein Nachrüsten oder einen Umbau rasch auseinander genommen werden.
  • Ein Rohrsystem bietet hingegen grundlegende Vorteile in Form von größerer Wirtschaftlichkeit, geringeren Ausfallzeiten bei Wartungsarbeiten, verbesserter Leistung und einem erheblich
  • verbesserten Schutz gegen Umwelt-
  • probleme und deren Folgen.

Zwar hat sich das betrieblicheUmfeld verändert und entwickeltsich ständig weiter, das Grundkonzept des Aufbaus und der Wartungdieser Systeme ist jedoch un-verändert geblieben. DickwandigeRohre (Pipes) sind bei vielen Kraftwerkanwendungen das bevorzugte Material beim Betrieb mit Flüssigkeiten undGasen geblieben – mit Flanschen, Fittings und Verschweißungen zum Her-stellen von Verbindungen, so wie es jahr-zehntelang der Fall war. Es ist un-bestritten, dass die Funktionsfähigkeit der meisten dickwandigen Rohrsystememit den Abdicht- und Befestig-ungsverfahren, die fast vor hundertJahren entwickelt wurden, steht und fällt. Heutzutage muss man sich ernst-haft die Frage stellen, ob die traditionellen dickwandigen Rohrsysteme mitden Industrieanforderungen Schritt halten können. Der Einsatz von Rohrenist eine brauchbare Alternative zu dick- wandigen Rohren (Pipes) mit kleinen Durchmessern, da es Unternehmenhier möglich ist, die strengeren Standards und wachsenden die Anforderungen zu erfüllen. Kurz gesagt: Der Einsatz von Rohren ist wirtschaftlich und weniger anfällig für Leckagen.

Traditioneller Einsatz von Rohren und dickwandigen Rohren ( Pipes)

Aus historischer Sicht haben Rohre und dickwandige Rohre ihren festen Platz in Kraftwerken. Rohre wurden vielfach eingesetzt und erwiesen sich in kleineren analytischen und Instrumentierungs-Systemen als zuverlässig – in erster Linie mit ½“-Durchmesser oderkleiner. Diese Rohre erfreuen sich großer Beliebtheit, da sie kompaktere Systeme mit besseren Durchflussratenermöglichen. Energieverluste durch scharfe Biegungen in Systemen mit dickwandigen Rohren können durch den Einsatz von Rohren mit sanfteren Biegungen und glatteren Rohrinnenwänden deutlich verringert werden. Da Rohre gebogen werden können, kommt es zu weniger Leckagepunkten als bei gleichwertigen dickwandigen Rohrleitungen. Darüber hinaus können Rohre in Verbundwinkeln gebogen werden. Bei dickwandigen Rohren ist man für die Systemleitungen alternativ auf 45°- und 90°-Bögen angewiesen; dies führt zu sperrigeren Konstruktionen mit höherem Platzbedarf. Es gehört zu dem weit verbreiteten Irrglauben, dass Rohre beim Biegen geschwächt werden; richtig ist vielmehr, dass Rohre an den Biegestellen eine größere Festigkeit aufweisen als in den geraden Stücken, weil beim Biegeprozess eine Härtung des Rohres stattfindet.

Dickwandige Rohre wurden vorallem dort eingesetzt, wo große Durchmesser erforderlich waren. Beispiele für typische Anwendungen sind Luftverteilung, Schmierung, Zuführung von Chemikalien und Wassersysteme in allen Arten von energieerzeugenden Kraftwerken. Rohre stehen jedoch auch mit größeren Durchmessern sowie in einer Vielfalt von Wanddicken und Werkstoffen zur Verfügung. Anders ausgedrückt: Rohre können bei vielen Anwendungen in Prozesslinien den Platz von dickwandigen Rohren mit Durchmessern bis zu 2“einnehmen. Bei Durchmessern von mehr als 2“ sollten jedoch weiterhin dickwandige Rohre verwendet werden.
Vor allem die Kombination von Leistungs- und Kostenvorteilen lassen Rohre zunehmend zu einer guten Wahl für Systeme mit einer großen Bandbreite von Drücken und Temperaturen werden. Zu den Hauptfaktoren, die bei der Entscheidung für oder gegen Rohre bzw. dickwandige Rohre zu berücksichtigen sind, gehören die Installation, die Wartung, die Kosten, die Leistung und die Anforderungen an die Kennwerte.

Vorteile bei der Installation

Rohrsysteme erfordern weniger Zeit zum Aufbau als Systeme mit dickwandigen Rohren, da für erstere nicht so umfangreiche Ausrüstungen und ein bei Weitem geringerer Arbeitsaufwand pro Verbindung erforderlich ist. Dickwandige Rohre werden durch Schweißen, über Flansche oder mit Hilfe von Gewinden verbunden, Rohre werden hingegen durch Schweißen oder Rohrverschraubungen zusammengefügt. Das Schweißen von dickwandigen Rohren ist ein arbeitsintensiver Prozess, der lediglich von hochqualifizierten Facharbeitern ausgeführt werden kann. Das dickwandige Rohr muss zugeschnitten, zubereitet, ausgerichtet und geheftet werden; anschließend muss zum Aufbau des Systems an jeder Verbindung die Schweißnaht fertiggestellt werden. Rohrverschraubungen können mit Standard-Schraubenschlüsseln installiert werden, während für die Verbindung von dickwandigen Rohren gegebenenfalls Gewinde geschnitten oder Schweißnähte gelegt werden müssen. Bei der Installation von geschweißten dickwandigen Rohren werden nicht nur Verbrauchsmaterialien benötigt; zusätzlich handelt es sich in diesem Fall auch um ein Arbeiten „mit offener Flamme“, für die Genehmigungen, Hochspannungs-Stromversorgugen,zusätzliches Personal zur Erfüllung der Brandvorschriften sowie andere Aspekte erforderlich sind.

Zwar können Schraubverbindungen eine Alternative zu verschweißten dickwandigen Rohren darstellen, sie bringen jedoch eine Reihe anderer Schwierigkeiten mit sich. Wenn die Gewinde vor Ort geschnitten werden, können Qualität und Aussehen sehr unterschiedlich sein und dadurch die Installationszeit beeinträchtigen und zu höheren Ausschussraten führen. Um Leckagen zu verringern, werden zum Abdichten Verbundstoffe oder PTFE-Bänder verwendet. Leider beginnt eine abgedichtete dickwandige Rohrverbindung unter Einwirkung von Vibrationen und hohen Temperatur- bzw. Druckeinflüssen im Laufe der Zeit undicht zu werden. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass das Gewindedichtmittel mit chemischen Lösungen, die in den Prozessleitungen transportiert werden, nicht kompatibel ist und zu Leckagen beiträgt.
Im Gegensatz dazu werden Rohre auf Länge zugeschnitten und entgratet. Die Verschraubungen werden einfach durch Festziehen einer Überwurfmutter montiert, die die Klemmringe auf dem Rohr festklemmt. Die Verschraubung erzeugt eine mechanische Metall-zu-Metall-Dichtung und dadurch eine leckdichte Verbindung. Einige Verschraubungen können auch druckgeprüft werden, um eine ordnungsgemäße Montage zu gewährleisten, bevor das gesamte System unter Druck gesetzt und in Betrieb genommen wird. Der Einsatz von Rohren sorgt für einen hohen Grad an Flexibilität, weil das System vollständig ausgerichtet werden kann, bevor irgendeine Verschraubung fest angezogen wird; das erleichtert das sachgerechte Positionieren und Ausrichten der Systemkomponenten erheblich. Manometer können beispielsweise für eine bessere Ablesbarkeit ausgerichtet werden.
Wenn Schweißen als einzige Option zur Verfügung steht oder wünschenswert erscheint, ist ein mit einem Orbitalschweißsystem installiertes Rohrsystem den dickwandigen Rohren immer noch deutlich überlegen. Orbitalschweißsysteme, insbesondere solche mit Mikroprozessor-Technologie, sind schneller und einfacher als das manuelle Schweißen von dickwandigen Rohren. Die Schweißfittings sind speziell für Rohre gedacht, und durch den Mikroprozessor werden reproduzierbare Schweißnähte mit einem Mindestmaß an Bedienfehlern gewährleistet. Der folgende Vergleich von Installationszeiten bei 1“-Verbindungen veranschaulicht das Einsparpotenzial noch deutlicher.

Das Schweißen von dickwandigen Rohren mit Schedule 40 erfordert einen mittleren Zeitaufwand von 1 h, angefangen beim Zuschneiden bis hin zum Ausrichten und Schweißen. Bei dick-wandigen Rohr -Schraubverbindungen werden für das Zuschneiden, Gewindeschneiden, Ausrichten und Abdichten 48min benötigt.
Rohrverbindungen erfordern für Zuschneiden, Entgraten und Zusam-menbauen 12min; bei Rohrgrößen von mehr als 1 muss man weitere 5min hin-zurechnen.

Alles in allem sind bei den Rohrverbindungen die Installationszeiten um mehr als 50% kürzer. Zur Abschätzung der Kosten für alle Typen von dickwandigen Rohren – und Rohrsystemen stehen diverse Print- und Online-Quellen zur Verfügung. Die relativen Kosteneinsparungen können zwar grundsätzlich aus allen Quellen ermittelt werden, die örtlichen Lohnkosten müssen jedoch bei der Berechnung der Gesamtkosten berücksichtigt werden.

Heftausgabe: September 2010

Über den Autor

Ron Holt ,
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