Für die Auslegung der Nennweite von Rohrleitungen und Rohrleitungssystemen wird in erster Linie die Strömungsgeschwindigkeit basierend auf der Massenbilanz sowie der Druckverlust über die Rohrleitung der verfahrenstechnischen Anlage herangezogen.
Vorgehen
Das Vorgehen zur Auslegung der Nennweite kann in zwei verschiedene Blöcke unterteilt werden: Die initiale Auslegung der Nennweiten in der Entwurfsplanung basierend auf wirtschaftlichen Faktoren sowie der Überprüfung und Anpassung der Nennweiten in der Ausführungsplanung aufgrund durchgeführter Druckverlustberechnungen.
Wirtschaftliche Nennweitenauslegung
In der Entwurfsplanung (teilweise auch in der Vorplanung zur Kostenabschätzung) wird zum ersten Mal eine initiale Auslegung der Nennweiten durchgeführt. Hierfür sind als Eingangsparameter eine Massenbilanz (mit Massenströmen und Dichte bzw. Druck, oder Volumenströmen) sowie ein Fließschemata mit Referenzkennzeichnungen für die auszulegenden Rohrleitungen zwingend notwendig. Darüber hinaus sind Informationen über das verwendete Rohrleitungssystem (vorhandene Nennweiten, Wandstärken und resultierende Innendurchmesser) notwendig.
Die Nennweitenauslegung findet hierbei anhand von Richtwerten je nach Medium, Saug- bzw. Druckleitung und ggf. Nennweite statt. Hierbei bilden die Richtwerte ein Optimum zwischen Investitionskosten und Betriebskosten der Anlage ab. Es wird zwischen Druck- und Saugleitungen unterschieden, da Saugleitungen von Pumpen gängigerweise eine Nennweite größer gewählt werden, um den Druckverlust zu minimieren und ausreichend Vordruck (NPSHa), zur Vermeidung von Kavitation der Pumpe, bereitzustellen.
Zu klein dimensionierte Rohrleitungen haben zwar geringere Investitionskosten, erzeugen jedoch einen höheren Druckverlust und somit mehr Arbeit und Strombedarf für eine Pumpe, bzw. Verdichter. Gängige Richtwerte sind in der nachstehenden Tabelle und den im Literaturverzeichnis angegebenen Quellen zu finden.
Bei Verwendung der tabellierten Strömungsgeschwindigkeiten werden weitere Anforderungen wie beispielsweise Schwingungen der Leitungen oder eingebrachte Scherkräfte in Medien nicht beachtet. Des Weiteren ist die Angabe von Richtwerten bei mehrphasigen Strömungen schwierig, da die Strömungsform stark geometrieabhängig ist.
Richtwerte Strömungsgeschwindigkeiten
| Medium | Strömungsgeschwindigkeit [m/s] |
|---|---|
| Saugleitung generell | 1 – 1,5 |
| Druckleitung Flüssigkeiten generell | 1 – 3 |
| Druckleitung Nassdampf < 10 barg | 10 – 20 |
| Druckleitung Dampf 10 – 40 barg | 20 – 40 |
| Druckleitung Dampf 40 – 125 barg | 30 – 60 |
| Druckleitung Dampf 125 – 200 barg | 50 – 70 |
| Druckleitung Dampf > 200 barg | 40 – 60 |
| Druckluft/Instrumentenluftleitung | 10 – 20 |
Umsetzung
Die Umsetzung der Nennweitenauslegung kann auf verschiedenen Wegen erfolgen.
Für einfache, abschätzige Auslegungen, können Durchflusstabellen herangezogen werden. In der unten stehenden Tabelle sind Fließgeschwindigkeiten für die Nennweiten DN15 bis DN300 für Rohrleitungen nach der Wanddickenreihe 2 nach DIN EN 10253 abgebildet:
Als gängigste Methode für die Auslegung kann ein Tabellenkalkulationsprogramm (z.B. MS Excel) herangezogen werden. Hierfür werden die Volumenströme der Rohrleitungen, vorhandenen Nennweiten und resultierende Innendurchmesser herangezogen, um die Strömungsgeschwindigkeit zu berechnen.
Darüber hinaus kann die Nennweitenauslegung auch mit spezieller verfahrenstechnischer Software oder im Internet zuhauf vorhandenen Strömungsgeschwindigkeitsrechnern erfolgen.
Druckverlustberechnung
Spätestens in der Ausführungsplanung findet eine detaillierte Druckverlustberechnung von (ausgewählten) Rohrleitungen statt. Diese ist notwendig zur Auslegung von Pumpen und Verdichtern, sowie etwaigen Regelventilen in den Rohrleitungen. Startpunkt für die iterative Berechnung bildet die in der wirtschaftlichen Nennweitenauslegung festgelegte Nennweite. Neben der Massenbilanz und den Fließschemata werden hierbei auch Rohrleitungslängen, Rohrleitungsgeometrie (Bögen, hydrostatische Höhe anhand von 3D Modellen oder Rohrleitungsisometrien) sowie alle weiteren Einbauten (z.B. Armaturen, Reduzierungen) in der Rohrleitung, die zum Gesamtdruckverlust beitragen betrachtet.
Sofern sich bei der Druckverlustberechnung keine Probleme ergeben, können die in der wirtschaftlichen Nennweitenauslegung festgelegten Nennweiten beibehalten werden.
Literaturverzeichnis
| Autor | Titel |
|---|---|
| Branan, Carl | Rules of Thumb for Chemical Engineers |
| Horlacher, Hans-Burkhard | Rohrleitungen 2 |
| Sattler, Klaus | Verfahrenstechnische Anlagen: Planung, Bau und Betrieb |
| Wagner, Walter | Rohrleitungstechnik |
| Weber, Klaus | Engineering verfahrenstechnischer Anlagen |
| VGB | VGB-R 507 Bestellung von Rohrleitungsanlagen in Wärmekraftwerken |