RM Rudolf Müller

Abb.1: Eine römische Wasserleitung: Vorgänger heutiger Fernwärmenetze (Foto: Thadeus Hoss, Lindlar)

Ausführung
03. Februar 2021 | Artikel teilen Artikel teilen

Brandschutz und Korrosions­beständigkeit in vorisolierten Rohren

Die Anforderungen an vorisolierte Rohre sind hoch. Denn sie gewährleisten die Betriebssicherheit und den Personenschutz in Anlagen. Elementare Kriterien sind vor allem der Brandschutz und die Korrosionsbeständigkeit. Doch auch die Handhabung und die Wartungsfreiheit spielen eine zentrale Rolle.

Ein Rückblick auf die Römerzeit verdeutlicht den Ursprung dessen, was man heute als Fernwärme bezeichnet: erste Formen von Rohrleitungen zum Transport von warmem Wasser über große Distanzen in Zentren der Zivilisation. Sie begründeten den Komfort für die Bewohner der Städte. Nach dem Bau erster Leitungsnetze im 14. Jahrhundert in Frankreich sowie der Entstehung von urbanen Fernwärmesystemen in Stockport und New York als Zwischenstation in den 1970er und 1980er Jahren gilt die Fernwärme-Versorgung mit ihrer modernen Rohrtechnologie heute als ausgereift.

Auf Basis dieser Technologie sowie den Erfahrungen im Umgang mit Schäumen als Isolierung begann die Jabitherm Rohrsysteme AG bereits 1984 mit der Entwicklung eines modularen Rohrkonzeptes für Installa­tionen im Anlagenbau in der Chemie, Öl- und Gasveredelung sowie in Produktionsbetrieben der Nahrungs- und Genussmittelindustrie.

Später kamen Lösungen für Brauereibetriebe und Molkereien hinzu. Den Ausschlag gab die hohe Nachfrage nach der Verbesserung eines Dämmstoff-Produktes, das schädlichen Umwelteinflüssen bei oberirdischen Installationen trotzen konnte. Dies war letztendlich einer der Hauptgründe für die Suche nach einer ­Alternative zur bis dato konventionellen Rohrtechnik.

Zeitgemäße Technik entwickelt

Abb. 2: Rohraufbau und Rohrauflager im Detail (Foto: Jabitherm Rohrsysteme AG)

Die Liste der damaligen Anforderung an eine neu zu entwickelnde Rohrtechnik war lang. Etliche Aspekte galt es zu berücksichtigen. ­Darunter waren neben den Umwelteinflüssen bei oberirdischer Installation auch die Garantie eines hohen Isoliervermögens, eine schnelle und plangerechte Realisierung, die Kosten für die Investition und eine hohe Alterungsbeständigkeit.

Eine wichtige Rolle spielten zudem die Erfahrungen aus Anwendungen mit konventioneller Rohrtechnik, wie u.a. feuchte Isolierungen durch Diffusion von Feuchtigkeit bei Leckagen und die ungleichmäßige Dämmwirkung, hervorgerufen durch die unterschiedliche Dichte der Mineralfaserdämmung.

Das Ergebnis: Ein Verbundrohr aus Mediumrohr mit einer Wärmedämmung und äußerem Schutzmantel aus Metall mit der Option der Vorbereitung für die Anwendung einer Rohrbegleitheizung. Feuchter, konventioneller Dämmung begegnet die Konstruktion wiederum mit geschlossenzelligem Schaum auf Polyurethanbasis.

Spalt- und hohlraumfreie Isolierung

Der hochadhäsive Schaum bildet darüber hinaus eine spalt- und hohlraumfreie Isolierung auf den Oberflächen des Mediumrohrs und der Innenseite des Schutzmantels aus. Der kraftschlüssige Rohrverbund kompensiert Bewegungen der Rohrleitung bei Wärmezyklen. Geschlossene Schaumzellen wehren das Eindringen von Feuchtigkeit ab. Der kontrollierte Schäumprozess unterbindet außerdem die Bildung von Lunkern und bannt die Gefahr von Kondensation in der Wärmedämmung. Ein diffusionsdichter, vierfach gefalteter Spiralfalzmantel schützt vor dem Eindringen von Feuchtigkeit. Eine optionale, mehrlagige Anti-Korrosionsbeschichtung des Mediumrohrs ermöglicht zusätzlichen Schutz im Fall äußerer Beschädigung.

Der Wärmeleitwert von λ=0.023 bis λ=0.025 W/mK sorgt bei vorisolierten Rohren für eine Energieeinsparung von etwa 30 % im Vergleich zur konventionellen Isoliertechnik oder erreicht alternativ bei gleichem Wärmeverlust eine deutlich reduzierte Isolierstärke.

Vorisolierte Rohrleitungen wartungsfrei

Das steigende Umweltbewusstsein induziert seit Jahren einen höheren Bedarf an LNG (Liquid Natural Gas), also an flüssigem Erdgas. Das bedeutet, dass auch der Bedarf an LNG-Terminals und -anlagen weltweit zunimmt. Für den Designer vorisolierter Rohre ist flüssiges Erdgas allerdings eine besondere Herausforderung. Es gilt eine Homogenität der Isolierung sowie die Fähigkeit einer Garantie von –163 °C im Mediumrohr unabhängig von Umgebungseinflüssen herzustellen. Gleichzeitig müssen LNG einen selektiven Brandschutz und einen unterhaltungsfreien Betrieb garantieren können.

Die Lösung: eine mehrschichtige Schaumisolierung, deren Schichtdicke unter Berücksichtigung des Taupunktes in Abhängigkeit von der Mediumrohr-Beschaffenheit und Betriebsumgebung bestimmt wird. Damit ist im Extremfall, beispielsweise bei einem Brand, eine Temperaturdifferenz von ca. ΔT=220 K sicher zu gewährleisten.

Abb. 3: Überirdische Pipelines in der Arktis (Foto: Thadeus Hoss, Lindlar)

Brandschutz steht im Vordergrund

Die Dämmdicke des Isolierschaums rückt bei der Realisierung des Brandschutzes ein weiteres Mal in den Fokus. Für die Brandschutz-Klassifizierung, das T-Rating der Isolierung von T30, T60 und T90, gelten bestimmte Mindestwerte. Die Dotierung des Schaums der Produktreihe Firesafe von Jabitherm Rohrsysteme verhindert z.B. durch die selbstverlöschende Eigenschaft die Brandfortleitung innerhalb des Rohrsystems. Überschreitet die erforderliche Schichtdicke den Wert des zuvor zur Wärmedämmung berechneten Wertes, so ist ersterer auf das gesamte Rohr anzuwenden.

Die Grundlage der Brandprüfungen des Produktes beim Materialprüfungsamt (MPA) in Dresden bildete ein Testprogramm auf Basis der Richtlinien DIN 4102, EN 13501 sowie EN 1363-2. Aktuelle Normen beschreiben nur die Prüfung von Dämmwerkstoffen, nicht aber die von kompletten Produkten. Für Verbundrohre erfordert diese Vorschrift deshalb die Erstellung eines speziellen Testablaufs.

 

Diese Aspekte wurden beim Test des Verbundrohrs berücksichtigt:

  • Brandfortleitung bzw. Brandverhalten
  • Brandentwicklung bei Dauerbeflammung nach EN 1363-2 (Normalkurve)
  • Erwärmungsverlauf innerhalb der Isolierschichten  (qualitativ/zeitlich)
  • Erhöhung der Mediumtemperatur im Rohr
  • Zustand (mechanisch/optisch) des Prüfrohres nach Brandprüfung

 

Die Prüfobjekte stellten bei der Beurteilung drei Aufbauten mit ein-, zwei- und dreilagiger Schaumisolierung dar (s. Abbildung 2). Aktuell führt die Bundesanstalt für Materialprüfung in Berlin eine weitere Prüfung durch. Die Aufgabenstellung ist jedoch etwas anders: Das Institut untersucht das Verhalten brandgeschützter Rohre unter dem Einfluss des Temperaturverlaufs nach „Hydrocarbon fire“-Befeuerung (EN 1363-2). Der Temperaturanstieg gestaltet sich bis zur Nenntemperatur wesentlich steiler und zeigt das Modell für eine Brandentwicklung im Explosionsfall.

Erste Ergebnisse liegen vor

Die Tests der Bundesanstalt für Materialprüfung zeigen bereits, dass der Anstieg der Mediumtemperatur unter Beflammung erst nach 1/3 der Prüfzeit (T-Klasse) beginnt und die Temperatur im Mediumrohr zu Beginn nur unwesentlich steigt.

Dies stellt einen wichtigen Sicherheitsaspekt (Zeitreserve) im Brandfall zum Schutz nachfolgender Prozesse dar.

Die Standardlänge eines Komplettrohrs von vorisolierten Rohren liegt zwischen 6 und 12 Metern. Für kurze Rohrverbindungen wurden Easy-Cutting-Pipes (ECP) genutzt, die sich leicht in kurze Stücke schneiden lassen. Die Besonderheit: ECP-Rohre werden speziell vorbehandelt. Die Schaumisolierung lässt sich mit wenigen Griffen vom Mediumrohr trennen und hinterlässt ein blankes, unmittelbar zum Verschweißen vorbereitetes Rohrende. Konventionelle Rohrtechnik und vorisolierte Rohre lassen sich dadurch mit konventionell-isolierten Rohrleitungssystemen problemlos kombinieren. Beim Ausgießen der Muffenverbindung bildet der Schaum zwischen beiden Materialien eine vollständige Versiegelung offener Enden der Mineralfaserisolierung. Die Montage der Gleitlager, Schellen oder Haltepunkte ist durch die hohe Schlag- und Scherfestigkeit der Rohrkonstruktion auf dem äußeren Schutzmantel möglich. Der Aufwand für die Einrüstung von Rohrbrücken reduziert sich bei vorisolierter Rohrtechnik zumeist auf den Bereich der Muffen.

 


 Autor
Dipl.-Ing. (TU) Thadeus Hoss, Repräsentant der Jabitherm Rohrsysteme AG für Skandinavien, UK und Irland
th@jabitherm.com


 

Der Beitrag ist auch in Ausgabe 4.2020 der Fachzeitschrift TI – Technische Isolierung (November 2020) erschienen.

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