Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/

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1 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Aufbau der öffentlichen Gasversorgung Das Erdgasnetz in der BR Deutschland besteht heute aus den großen Transportleitungen, mit denen das Gas importiert wird, den regionalen Transport- und Verteilungsleitungen, sowie aus den Verteilungssystemen der Regional-, und Endverteiler einschließlich der Systeme der Stadtwerke. Diese Struktur mit bis zu vier Verteilungsebenen hat sich im Wandel des Energierechts ( Durchleitung, commun carriage ) stark verändert und bildet für manche Unternehmen der Gaswirtschaft eine existenzielle Frage. Zum Netz gehören Produktionsstätten ( eigene Gasvorkommen, Verdichterstationen sowie eine große Anzahl von Druckregel- und Meßstationen an Stellen der Gasübergabe an Abnehmer bzw. In Weiterverteilernetze mit niedrigerem Druckniveau. Bild 1.1: Schematischer Aufbau des Erdgas- Transport- und Verteilungsnetzes Erdgasbohrung Lagerstätte Fern Gasaufbereitung Druckregulierung Transport- alle km system Zwischenverdichtung Ausspeicherung Sommer Winter Einspeicherung Untertagespeicher ( wie Lagerstätte) Speicherleitungen*) Regionalverteilung Biogas Übergabestationen: p; V Rohr- Kugelspeicher Endverteilung Druck- und Mengenmessung bei der Übergabe an Industrie, Gewerbe, Haushalt, Sonstige Die Struktur des Leitungssystems ist etwa: Leitungsart DN PN (bar) Anlandeleitung von Seetransport Ferntransport Regionaltransport Verteilung Endverteilung Kunde ( Industrie) ( Gewerbe ) ( Haushalt )

2 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Werkstoffe und Rohre für den Gasleitungsbau 2.1 Allgemeines Im Gasleitungsbau kommen heute folgende Werkstoffe Stahl, Stahlguß für Formteile, duktiler Guß und verschiedene Arten des Polyethylens zur Anwendung. PVC und Grauguß*) werden nicht mehr bei der Neuverlegung nicht mehr verwendet. Die genannten Werkstoffe dürfen in folgenden Druckbereichen eingesetzt werden: Werkstoff zul. Betriebsdruck bar DVGW-Arbeitsblatt PE-80, P100 / PE-Xa bis 10 G-472 Duktiles Gußeisen bis 4 / 16 G-461 I / II Stahl bis 4 G-462 I bis 16 G-462 II über 16 G-463 (derzeit bis 130 bar) 2.2 Stahlrohre Allgemeines Wegen hohen Anforderungen an die Sicherheit der Gasleitungen beginnen bereits im Herstellerwerk Prüfungen zur Gütesicherung und Qualitätskontrolle am Vormaterial. chemische Prüfungen physikalische Prüfungen technologische Prüfungen. Dazu gesellen sich weitere Kontrollen und Prüfungen während der Fertigung: Schweißnaht Druckprüfung Maßhaltigkeit Es wird ein Abnahmezeugnis mit lückenloser Dokumentation des Werdegangs ausgestellt, ( z.b nach DIN 50049, siehe auch DIN 2470 Teil 1 und 2 ) Werkstoffe für Rohre Es sind nur Stahlsorten einsetzbar, welche gleichzeitig folgende Eigenschaften in günstiger Kombination besitzen: große Zähigkeit hohe Festigkeit gutes Formänderungsverhalten gute Schweißbarkeit Diese Eigenschaften weisen einige Kohlenstoff- und niedrig legierte Stähle auf. Sie müssen beruhigt vergossen sein, weshalb bei der Stahlherstellung das Sauerstoff-Blasverfahren im Siemens-Martinofen oder im Elektroofen zur Anwendung gelangen. Die sog. thermomechanisch behandelten Stähle wurden in den 70-er Jahren entwickelt. Es sind Stähle der alten Festigkeitsstufen StE TM bis derzeit StE TM, die ihre hohen Festigkeits- und Zähigkeitswerte aus einer speziellen Legierungstechnik in Verbindung mit einem Temperatur gesteuerten Walzverfahren erzielen. Dadurch kann der Kohlenstoffgehalt bis auf unter 0,10 % abgesenkt und gute Schweißbarkeit erzielt werden. Die neuen Bezeichnungen sind den folgenden Tabellen zu entnehmen:

3 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Rohre für Gasleitungen aus Stahl nach DIN EN DVGW-Arbeitsblatt G 463 Tabelle 1: Sicherheitsbeiwert S und Nutzungsgrad f o ( S = 1 / f 0 ) Stahlsorte Sicherheitswert S Nutzungsgrad f o L245NB / L245MB ,67 L290NB / L290MB L360NB / L360MB L415NB / L415MB L450MB ,63 L485MB 1, L555MB Tabelle 2: Vorzugsweise einzusetzende Werkstoffe Werkstoff Werkstoffnummer R to,5 N/mm² L245NB / L245MB / L290NB / L290MB / L415NB / L415MB / L450MB L485MB L555MB Tabelle 3: Nennwanddicken DN >600 D 114,3 168,3 219,1 273,0 323,9 355, ,0 610,0 - T 3,6 4,5 5,0 5,6 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 1 % D Werkstoffe für Rohrleitungsteile Unter Rohrleitungsteilen außer den geraden Rohre selbst sind in diesem Zusammenhang zu verstehen: Armaturen Bogen Formstücke Längenausdehner Molchschleusen Isolierstücke Sonstige

4 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Die Anforderungen an diese Teile sind in DIN 2470 Teil 1 und Teil 2 festgelegt. Ihre Einhaltung zur Lieferung der entsprechenden Teile wird in jedem DVGW-Arbeitsblatt für die Erstellung von Stahlleitungen angefordert. Bei aus Rohren hergestellten Teilen ist bei der Wanddickenberechnung ggf. der Abfall der Streckgrenze zu beachten, ansonsten ist mit dem Sicherheitsbeiwert wie für die Rohre zu rechnen, bei den übrigen Teilen mit 1, Rohrherstellung Es werden derzeit Rohre für Gasleitungen nach zwei Methoden hergestellt. Für jedes neue Herstellerwerk ist das vorgesehene Verfahren von einem Sachverständigen einer TÜO oder MPA zu prüfen: Nahtlose Rohre: Pilgerschrittverfahren - ca. 600 mm Schrägwalzverfahren - ca. 400 mm Konti-Verfahren - ca. 250 mm Nachteilig sind die großen Toleranzen im Durchmesser, in der Wanddicke und die auftretenden Unrundheiten. Durch das Walzen ist jedoch das Gefüge fester, die Rohre werden daher für hoch belastete Strukturen und Anwendungen herangezogen ( Bohrrohre für die Exploration ). Geschweißte Rohre: Ausgangsmaterialien sind Bleche, welche genau für die vorgesehenen Belastungen konfektioniert werden: Längsnaht geschweißt: Spiralnaht geschweißt: Schweißverfahren: UP-Schweißung: Großrohre Korrosionsschutz HFI Schweißung <= DN 500 Als passive Korrosionsschutzmaßnahme wird heute fast ausschließlich die Umhüllung mit Polyethylen nach DIN als werksseitige Umhüllung angewendet. Die Umhüllungen aus Bitumen erfüllen nicht die Forderungen an Porenfreiheit und Durchschlagsfestigkeit, wie sie für den späteren aktiven Korrosionschutz gefordert werden müssen. Das Stahlrohr wird blank gereinigt, dann mit einem Haftkleber versehen und anschließend wird die Isolierung aus PE im Extrusions - oder Wickelverfahren aufgebracht Wanddickenbestimmung Es sind folgende Beanspruchungen bei der Dimensionierung zu berücksichtigen. In der Praxis genügt in den meisten Fällen eine Auslegung gegen den Innendruck, wobei Geltungsbereich I ( vorwiegend ruhende Beanspruchung, bis 120 C ) angenommen wird.

5 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Berechnungswanddicke: s min = DP * D 20 s p mit: s min = rechnerische Wanddicke oder Mindestwanddicke, die nicht unterschritten werden darf D = Rohr-Außendurchmesser in mm DP = Auslegungsdruck in bar S p = Umfangsspannung in N / mm² Im Ausland wird oft an Stelle des Sicherheitbeiwertes dessen reziproker Wert als Nutzungsgrad Y angegeben: f 0 = 1 / S S = Sicherheitsbeiwert, siehe Tabelle 1 Damit wird s p in der Formel für die Wanddickenberechnung zu: s p = < f 0 * R t 0,5 ( θ ) Bestellwanddicke ( Normwanddicke ) s = s min + c 1 + c 2 c 1 = c 2 = Zuschlag für zulässige Wanddickenunterschreitung ( Herstellungstoleranz 0,2... 0,5 mm) Zuschlag für Korrosion und Abnutzung ( = 0 bei kathodischem Korrosionsschutz, sonst 0,3... 0,6 mm, wobei 1,0 mm in jedem Falle ausreichend ist ) Aufgabe 2.1: Eine Leitung DN 300 soll für PN 70 verlegt werden. Es kommen geschweißte Rohre aus L360MB zur Anwendung. Der Zuschlag für Wanddickenunterschreitung soll mit 0,25 mm berücksichtigt werden. Der Durchmesser ist Da = 323,9 mm. Welche Wandstärke muß nach Tabelle 3 bestellt werden? 2.3 Kunststoffrohre Allgemeines Bereits seit 1949 wurden in Deutschland Kunststoffrohre für den Bau von Gasleitungen verwendet. Diese waren anfangs Rohre aus PVC, welche aber Ende der 60-er Jahre vom PE abgelöst wurden. Die Rohre aus PE sind bis etwa DN 200 eine wirtschaftlich interessante Alternative zum Stahl, besonders in strukturschwachen Regionen, in denen eine Vorab - Verlegung ohne aktiven Korrosionsschutz Kostenvorteile bringt.

6 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Werkstoffe Neben dem PE HD, welches auf Drücke bis 4 bar schränkt war, kommen nun auch Rohre aus den unempfindlicheren und hochfesten Polyethylensorten PE 100 und PEX zum Einsatz. Diese Rohre sind für Drücke bis 10 bar zugelassen ist. Eine Rolle spielt die Farbgebung der Rohre. Während bei gelben Rohren ( Cadmium stabilisiert gegen UV- Strahlung) die Lagerzeit bei freier Witterung auf 2 Jahre begrenzt ist, sind die schwarzen Rohre mit gelbem Sicherheitsstreifen ( Ruß stabilisiert ) unbegrenzt haltbar Berechnung Die Berechnung erfolgt nach der folgenden Formel, abgeleitet aus der Kesselformel zu: s v = d p 2 σ zul + p mit: σ zul = zulässige Vergleichsspannung N/mm² p = Innendruck N/mm² d = Rohr - Außendurchmesser mm s = Wandstärke mm Die zulässigen Vergleichsspannungen sind für die Rohrwerkstoffe war bisher 2,0 N/mm. Die Anwendungsfälle wurden jedoch neu beurteilt und sind in der folgenden Tabelle dargestellt : Abmessungsreihe Werkstoffbezeichnung PE 80 PE 100 PE-Xa D-mind SDR 17,6 * 1 bar mm SDR 17,0 * 1 bar 4 bar - 75 mm SDR 11,0 4 bar 10 bar 8 bar D-max 630 mm 630 mm 250 mm Rohrherstellung Die Kunststoffrohre werden aus pulver- oder granulatförmigem Polymerisat durch Extrudieren auf einer Schneckenpresse kontinuierlich und in beliebigen Rohrlängen hergestellt. In Sonderfällen, z.b. beim Erfordernis von Großrohren kann die Herstellung auch auf der Baustelle erfolgen, um die Transportkosten niedrig zu halten. Die Extrusionsanlage besteht aus folgenden Einzelkomponenten: Extruder ( beheizte Schneckenpresse ) Formwerkzeug Kalibriervorrichtung Kühlstrecke Signiergerät Abzug- und Ablängevorrichtung

7 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Rohrverbindungen Als Rohrverbindungen kommen grundsätzlich in Frage die Steckverbindung ( nicht bei Gas ), sowie in der Gasversorgung: Klemmverbindung ( bei PE-Xa, da hier ggf. Schweißprobleme ) Flanschverbindung ( nur beim Einbau von Armaturen, eher selten ) Heizelement Muffenschweißung ( nur noch wenig verwendet ) Heizelement Stumpfschweißung ( große DN, Endlosverlegung ) Heizwendelschweißung mit Muffen ( übliche Verbindungsart ) Rohrkennzeichnung Nach der Herstellung werden die Rohre gekennzeichnet mit den wesentlicher Herstellungs- und Verwendungsdaten: Beispiel PE 80 Rohr: Hersteller: Rehau DVGW Zeichen Gas mit Registriernummer: DVGW G... Werkstoff MFI Gruppe PE HD 005 Außendurchmesser x Wandstärke 63 x 5,8 ( mm ) Fertigungsdatum Maschinennummer 9 DIN Nummer 8075 Aufgabe 2.2 : Sie bekommen im Zuge einer Europa weiten Ausschreibung PE 100 SDR 11,0 Rohre der Abmessung 264 x 15,5 mm angeboten. Können Sie diese Rohre für Ihre geplante Versorgungsleitung PN 10 verwenden?

8 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Gasleitungen 3.1 Planung von Gasleitungen Dem Bau von Gasleitungen gehen je nach Größe des Projekts sehr umfangreiche Planungsschritte voraus. Im folgenden werden die Schritte für ein Großprojekt aufgezeigt: Verfahrensschritt Ausführender / Inhalt 1. Bedarfsermittlung, Wirtschaftlichkeitsberechnung GVU = Bauherr 2. Grobplanung der Trasse GVU mit Sondierungsarbeiten 3. Raumordnungsverfahren GVU 4. Anzeige nach EnWG GVU 5. Feinplanung der Trasse und Grundstücksverhandlungen GVU 6. Rohrbestellung GVU 7. Ausschreibung GVU 8. Anzeige nach 5 GASHL-VO GVU 9. Vergabe GVU 10. Baubeginn GVU 3.2 Berechnung von Gas-Transportleitungen Die Dimensionierung der Rohrleitungen bezüglich des Innendruckes wurde bereits in Kap. 2 vorgestellt. Hier soll die Transportkapazität behandelt werden. Die Druckverlustberechnung und damit der Verlauf des Druckes über der Leitung wird nach den Verfahren der expandierenden Gasfortleitung gerechnet, welche im Skriptum Gastechnik I bereits ausführlich behandelt wurde. p, w Leitungslänge Bild 3.1: Druck und Geschwindigkeit bei expandierender Gasfortleitung

9 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Die dort abgeleiteten Berechnungsformeln sind somit: Wenn der Anfangszustand bekannt ist ( Index 1 ): p p 2 2 L 2 = λ ρ1 w1 K d i i m p 1 T2 T 1 Gl. 3.1 a p = λ L d ρ w K p 1i 2 1 1i m 2 pm, arithm Gl. 3.2 a p = p L ρ 1 2 T2 λ i w 1i Km Gl. 3.3 a d p 1 T1 p 2 = p L T ρ λ i w1 i Km Gl. 3.4 a d p1 T1 Wenn der Endzustand bekannt ist ( Index 2 ) : p p 2 2 p L = λ ρ d L = λ d 2 w K p 2i 2i m ρ w K 2 p 2i 2 2 2i m 2 pmarithm, Gl. 3.1 e Gl. 3.2 e p = p 2 L ρ 2i 2 T2 1+ λ w 1 2i Km Gl. 3.3 e d p 2 T1 p 1 = p L ρ T 2i λ w2i Km Gl. 3.4 e d p2 T1 Anmerkung: Es wird Temperatur konstante Fortleitung angesetzt. Hinweise: 1) Es wird mit den Werten des idealen Gases gerechnet, das Realgasverhalten ist durch K berücksichtigt. 2) Der Temperatur-Quotient kann gleich Eins gesetzt werden, da die Abkühlung bei der Expansion durch die Erd- und Umgebungswärme ausgeglichen wird ( Isotherme Expansion ). Der mittlere Druck kann mit ausreichender Genauigkeit als arithmetischer Mittelwert angenommen werden, bei genaueren Berechnungen ist dem parabolischen Druckverlauf Rechnung zu tragen: p m = (2 / 3) ( p 1 ³ - p 2 ³ ) / ( p 1 ² - p 2 ² ) Gl. 3.5

10 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Anwendung der Druckverlustgleichungen: a) Raumveränderliche ( = expandierende ) Gasfortleitung des realen Gases In diesem Anwendungsfall werden die Gleichungen 5.6 bis 5.8 verwendet wie sie abgeleitet sind, das Realgasverhalten wird durch die Kompressibilität K # 1, berücksichtigt, die Entspannung durch die angewandte Gleichungsform. b) Raumveränderliches Verhalten des idealen Gases Wenn der Einfluß der Kompressibilität gering ist ( Gasart, Druckniveau ), so kann mit K = 1 gerechnet werden. c) Stationäre Gasfortleitung Bei geringem Druckniveau ( z.b. Endverteilung, Hausinstallation ) ist die Berücksichtigung der Kompressibilität ( = Realgasverhalten ) in keinem Fall erforderlich, es ist K = 1. Die Veränderung von Dichte und Geschwindigkeit über der Leitungsstrecke können dann ebenfalls vernachlässigt, d.h. als konstant an genommen werden. Die Druckverlustberechnung reduziert sich somit auf den Ansatz von Darcy: p R = λ L ρ w ² / ( 2 d ) Gl. 3.6 Tabelle 3.1: Anwendung der Druckverlust - Gleichungen: Berechnungsart Gleichungen Gasart Druckbereich Parameter Reales Gas expandierend: Erdgas > 20 bar K < 1 Ideales Gas Expandierend Erdgas < 20 bar K = 1 Stadtgas alle K = 1 Stat. Gasfortleitung 3.6 alle Gase < 1 bar entfällt Rohrreibung: Zur Ermittlung der Rohrreibungszahl kommen für die einschlägigen Berechnungen die Gleichungen von Nikuradse und Prandtl - Colebrook in Frage. Nikuradse 1 / λ = 2 lg ( d / k ) + 1,14 Gl. 3.7 Die Formel eignet sich gut bei rauhen Rohren, und kleinen d / k - Werten. Prandtl u. Colebrook: 251, 1 / λ = 2 lg + Re λ k d 0, 269 Gl. 3.8 Die Formel ergibt gute Werte für die Rohrreibungszahl, die Anwendung ist jedoch etwas aufwendiger. Colebrook (empierisch) λ = 0,0055 [ 1 + ( *( k/d ) / Re ) 1/3 ] Gl. 3.9 Als explizit anwendbare Gleichung für allgemeine turbulente Strömung mit sehr guten Ergebnissen: ( log Re ) 1,2 k Zanke λ = - 2 log ( 2,7 + ) Gl Re 3,71 d - 2

11 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ a) Rauhigkeit Die Rohr - Rauhigkeit wird in mit dem Symbol k in mm angegeben und gilt für das Leitungsrohr. In vermaschten Netzen, in denen wegen des zu großen Aufwands nicht mehr mit den zusätzlichen Einzelwiderständen aller Formstücke gerechnet werden kann, werden diese durch eine angehobene Rauhigkeit, die sog. Integrale Rauhigkeit k i berücksichtigt. b) Die Reynoldszahl Sie ist eine dimensionslose Kennzahl der Ähnlichkeitsmechanik. Sie wird aus den Strömungs- Parametern gebildet, um die Zahl der Einflußfaktoren zu verringern. Re = w d ρ / η mit v = η / ρ gilt: Gl. 3.11a Re = w d / v Gl. 3.11b Die dynamische Viskosität η ist Temperaturabhängig, es können die Werte des nachstehenden Diagrammes verwendet werden: Bild 3.2 Dynamische Viskosität von Gasen in Abhängigkeit von der Temperatur Viskosität η ( 10^6 N s/m² ) Dynamische Viskosität Erdgas H Erdgas L Stadtgas Temperatur C Zur Vermeidung von Berechnung wird das Moody - Diagramm herangezogen, in welchem alle Parameter dargestellt sind. Transportkapazität: Der für die Dimensionierung der Leitung erforderliche Volumenstrom hängt von vielen Faktoren ab: - augenblicklicher Bedarf - zukünftiger Bedarf - Ausbauplanung - Reservehaltung - Netzatmung und Speicherung ( siehe Kap. 6 ) Aufgabe 3.1: Für eine Hochdruckleitung L = 250 km aus Stahl 524 x 7,1 mm mit Innenbeschichtung aus Epoxidharz k = 0,05 soll möglichst einfach die zu erwartende Transportkapazität für Erdgas H ermittelt werden. Minimaler Einspeisedruck p 1 abs = 51 bar, notwendiger Überdruck am Leitungsende p 2 e. Weitere Daten sind in geeigneter Weise anzunehmen.

12 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Bau von Gasleitungen Den eigentlichen Bauarbeiten gehen umfangreiche Verhandlungen mit den Grundstückseignern und Besprechungen mit den Sachverständigen voraus. Bei Verwendung neuer Stahlsorten und / oder Schweißverfahren sind technologische Prüfungen unumgänglich. Es empfiehlt sich, den prüfenden Sachverständigen frühzeitig einzuschalten, um späteren Ärger zu vermeiden und Sonderbaustellen und Sonderabschnitte mit ihm vor Baubeginn zu erörtern. Erforderliche zusätzliche oder nachträglich zu erbringende gutachtliche Äußerungen ( 5 GasHL-VO ) sollte man - zur Vermeidung von Konflikten - von dem die Leitungsbauarbeiten begleitenden TÜV / MPA Sachverständigen einholen Vorbereitende Arbeiten Darunter fallen alle Arbeite, welch für den Ablauf des Projekt erforderlich sind und dem Vorstrecken des Rohrstranges vorausgehen. - Einrichten von Baustellen - Anmieten von Baubüros - Sonderbaustellen - Wasserhaltung - Abheben des Mutterbodens - Fassen und Verlegen von Drainagen Schwierige Sonderbauwerke werden bei sehr großen Projekten oft sogar schon im Jahr vor dem Bau der eigentlichen Leitung fertiggestellt. Dazu gehören z.b. schwierige Kreuzungsmaßnahmen an Flüssen und Kanälen. Es soll die rechtzeitige Fertigstellung zum Zeitpunkt der Einbindung in den Leitungsstrang sichergestellt werden Vorbau Unter diesem Begriff ist das Erstellen des Leitungsstranges auf dem Arbeitsstreifen neben der gekennzeichneten Rohrtrasse zu verstehen. Im Einzelnen gehören folgende Arbeitsgänge dazu: - Ausfahren der Rohre nach dem Verlegeplan - Fertigung der Baustellenbögen ( ggf. auf gesondertem Biegeplatz ) - Verschweißen der einzelnen Rohre und Biegeteile - Aufstapeln des verschweißten Rohrstranges neben der Verlegelinie - Prüfung der Schweißnähte ( Ultraschall, Durchstrahlung ) Bild 3.3: Arbeitsbereich im Rohrleitungsbau

13 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Schweißarbeiten Zur Anwendung gelangen unter Baustellenbedingungen nur noch elektrische Schweißverfahren. Es wird unterschieden zwischen: - Fallnaht: - Steignaht: Nahtvorbereitung: Bild 3.4: Handschweißung und Nahtvorbereitung, Wurzel von außen 30 Anwendung: Anwendung: s >= 4,0 mm s >= 3,0 mm 1,6 ± 0,8 mm Maschinelle Schweißung: Ein an einer Führungsschiene laufender Apparat schweißt mit blankem Draht unter Schutzgas den Hotpass, die Füll- und Decklagen. Die Wurzellage wird von einem getrennten Gerät kombiniert mit der Innenzentriereinrichtung gefertigt. Die Anwendung erfolgt bei großen Projekten, bei denen die maschinellen Einrichtungen der Trasse folgen können. Vorteile: kürzere Schweißzeit Nahtvorbereitung: angelernte Schweißer geringe Fehlerquote hohe Wirtschaftlichkeit Bild 3.5: Nahtvorbereitung für die maschinelle Schweißung, Wurzel von innen Grabenherstellung Üblicherweise geschieht dies mit einem Hydraulikbagger, dessen Löffelwangen eine Schräge von ca aufweisen. Damit läßt sich ein nicht begehbarer Graben mit genügender Stabilität der Wände herstellen. In geeignetem Gelände ist auch die Anwendung von Grabenfräsen oder Eimerkettenbaggern (Ditcher) möglich. Aus Kostengründen werden seit einiger Zeit große Anstrengungen unternommen, Verlegeverfahren für sehr schmalen Gräben zu entwickeln. Diese Verfahren beschränken sich derzeit auf Leitungsdurchmesser bis DN 200 vor allem beim Verlegen von PE Rohren. Kernpunkt der Verfahren ist die Leitungseinbettung: Weil bei Leitungsgräben unwesentlich breiter als der Rohr - Außendurchmesser keine übliche Einbettung mit Verdichtung erfolgen kann, muß man fließfähige und aushärtende Dämmer verwenden. Welche Auswirkungen dies auf spätere Reparatur- und Wartungsarbeiten hat, bleibt abzuwarten Nachisolieren Der neben dem Graben gefertigte und dort auf Stapeln zwischengelagerte Rohrstrang wird während des Absenkens auf Unversehrtheit der Isolierung geprüft. Dazu mißt man die Durchschlagsfestigkeit gegenüber einer elektrischen Spannung. Wird eine Beschädigung der Werksisolierung festgestellt, so stoppt man den Absenkvorgang und isoliert nach mit Kautschukbinden oder Schrumpffolien ( siehe Abschnitt ). Bei kleineren Rohrdurchmessern bis ca. DN 300 kann das Umwickeln mit Binden zum Ausbessern einzelner Schadstellen wirtschaftlich sein. An Großrohren verwendet man Wärme Schrumpffolien, deren Farbpigmentierung beim Erreichen der Vulkanisationstemperatur in die schwarze Farbe der Grundisolierung umschlägt.

14 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Sicherung gegen Auftrieb Werden Leitungen im Wasser, in Moorgebieten oder in Gebieten mit Überschwemmungsgefahr verlegt, so müssen sie gegen Auftrieb gesichert werden. Die kann geschehen durch zusätzliche Lasten oder durch Befestigungen wie Erdanker ( s. Bild 3.10 ). In Überschwemmungsgebieten wird die Auflast durch die Erddeckung bei Überflutung um den Gewichtsanteil des Wassers vermindert. In solchen Gebieten ist die Sicherheit gegen Auftrieb ggf. gesondert nachzuweisen. Der längenbezogene Auftrieb eines Rohres beträgt: P AR = ρ W π r a ² g - G Rohr [ N/m ] Gl G R = m R g [ N/m ] Gl Die wirksame Bodenauflast bei Überflutung errechnet sich mit der Überdeckung H zu: G B = g ( ρ B - ρ W ) d a H [ N/m ] Gl Teilüberflutungen sind entsprechend ihres Wasserstandes 1) Sicherung durch Betonummantelung: Die Dicke s* des Betonmantels mit einem mittleren Durchmesser d* führt mit einer Sicherheit gegen Auftrieb von S A = 1,1 1,2 zu folgender Bestimmungsgleichung: ( P AR - G B ) S A <= s* (d a + s* ) π g ( ρ B - ρ W ) [ N ] Gl deren Richtigkeit zur Sicherung gegen Auftrieb nachgeprüft werden muss. Mit einem Tabellenkalkulationsprogramm ist dies durch simples Variieren der Wandstärke möglich, die explizite Lösung führt zu einer Gleichung 2. Grades ( siehe Skriptum Rohrleitungs- uns Apparatebau ). Bild 3.6: Auftriebssicherung mit Betonreitern oder Trockenbetonsäcken 2) Sicherung durch Betonreiter / Trockenbetonsäcke: Während bei der Dükerung von Gewässern von vornherein wegen des zusätzlichen mechanischen Schutzes die Auftriebsicherung durch eine Betonummantelung zur Anwendung kommt, ist zur Sicherung in Feucht- und Überschwemmungsgebieten sowie in Bereichen mit zu erwartendem hohen

15 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Grundwasserstand die Auftriebsicherung durch Betonreiter oder Trockenbetonsäcke üblich. Letztere werden oft eingesetzt, wenn im Zuge des Baufortschritts und als Sofortmaßnahme zusätzliche Sicherungen gegen Auftrieb erforderlich sind. Als Auftriebs mindernd ist auch hier das Rohrgewicht und ggf. eine anrechenbare Bodenauflast anzusetzen: ( P AR - G B ) S A <= V R-S g ( ρ B - ρ W ) Z R-S / m [ N ] Gl Aufgabe 3.2: Eine Stahlleitung d a /s = 524 / 7,2 mm/mm soll gegen Auftrieb gesichert werden: a) im Überschwemmungsgebiet mit Boden aus lockerem Kies durch Betonreiter b) im Dükerbereich durch Betonummantelung Bestimmen Sie Reiterabstand und Betonmantelstärke, unter Annahme folgender Werte: Betondichte: 2400 kg/m³, Reitermasse: 120 kg, Sicherheit gegen Auftrieb: S = 1, Absenken und Verfüllen Die Verlegung erfolgt in Sonderabschnitten als Einzelverlegung. Strangverlegung kommt bei Abschnitten vor, in welchen der Rohrstrang wie oben beschrieben vorgefertigt werden konnte. Die Endlosverlegung wendet man bei langen Leitungsabschnitten an, es ist ein größerer maschineller Aufwand erforderlich und es muß der zulässige Biegeradius des Rohrstrangs beachtet werden. Die Verlegegeräte können im Takt oder kontinuierlich arbeiten, wenn der Rohrstrang die Verwendung von Rollenkäfigen zuläßt. Die Verfüllung des Rohrstranges hat sehr sorgfältig zu erfolgen. Umhüllung und Auflagerung müssen mindestens eine Dicke von 10 cm haben. Es darf kein Grobkorn > 20 mm und kein Brechsand oder Splitt > 11 mm verwendet werden ( Rohrhersteller fragen! ). Es können an Stelle von Sandeinbettungen auch Felsschutzmatten oder mit Faserzement umhüllte Rohre verwendet werden Rekultivierung Besonderer Augenmerk ist der Rekultivierung zu schenken. Es sollen die Eingriffe in die Landschaft repariert und Schäden für Natur und Landwirtschaft vermieden werden. Letztere sind für Ernteausfälle zu entschädigt, wozu auch langjährige Nutzungseinbußen durch Fehler bei Bodenaushub, Verfüllung, Drainage und Oberflächenbehandlung zählen.

16 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Prüfung von Gasleitungen Verfahrens- und Schweißerprüfung Die Verfahrensprüfung betrifft die Eignung der Schweißverfahrens für den gewählten Rohrstahl. Dazu gehören die Auswahl des Verfahrens, die Zusatzstoffe ( Elektroden ) und die Vorbehandlung ( Nahtvorbereitung am Rohr, Vorwärmung ). Umfangreiche Tests sind erforderlich, wenn neue Rohrstähle zur Anwendung kommen sollen: Versuchsschweißungen : Zugprüfungen : Faltversuche : Schlagtests : Die Schweißer müssen ihre Befähigung jährlich nachweisen. Zum Beginn eines Pipeline Projekts müssen sie in jedem Fall Probeschweißungen unter erschwerten Baustellenbedingungen ausführen. Im Falle ungenügender Ergebnisse werden sie von den weiteren Arbeiten ausgeschlossen Baustellenschweißnähte Die Prüfung der Baustellenschweißnähte richtet sich in Art und Umfang nach den Probeergebnissen, den bisher gemachten Erfahrungen mit Schweißern und Material und nicht zuletzt nach den einschlägigen Regeln der Technik ( DVGW G 463 ). Tabelle 3.2: Anwendung der Schweißnahtkontrollen Baustellensituation Prüfung Anwendung Baubeginn Sichtprüfung 100 % Ultraschall % Erfahrung sammeln mit Röntgen % Material und Ausrüstung Laufender Vorbau Sichtprüfung 100 % Ultraschall % zweckmäßig und einfach Röntgen - 25 % zu aufwendig Besondere Abschnitte Sichtprüfung 100 % Sonderbauwerke und Ultraschall 100 % bebautes Gebiet Röntgen 100 %! Sicherheit! Isolierungsprüfung Die Rohrumhüllung kann während des Vorbaues beschädigt worden sein. Es ist also vor dem Absenken in den Rohrgraben eine Überprüfung notwendig. Üblicherweise geschieht diese im Zuge des Absenkens durch eine Prüfung mit elektrischer Spannung von kv gegen Durchschlagsicherheit. An Fehlstellen oder Beschädigungen mit verminderter Isolierstärke erfolgt ein akustisches Signal, de Prüfer stoppt den Absenkvorgang und die Fehlstellen müssen nachisoliert werden ( siehe Abschnitt ). Bild 3.7: Schema der Isolationsprüfung auf Durchschlagfestigkeit

17 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Dichtheits- und Festigkeitsprüfungen Jede Rohrleitung muß nach Fertigstellung und vor Inbetriebnahme ( = Befüllung mit dem Fördermedium ) den in den geltenden Regeln der Technik aufgeführten Prüfungen auf Dichtheit und ggf Festigkeit unterzogen werden. Je nach Anforderung darf diese Prüfung die ausführende Fachfirma, ein Sachkundiger oder ein speziell anerkannter Sachverständiger durchführen. Das Ergebnis dieser Prüfungen ist in entsprechenden Bescheinigungen festzuhalten, mit der Leitungdokumentation zu verwahren und ggf. einer Aufsichtsbehörde vorzulegen. Tabelle 3.3: Übersicht über die Druckprüfungsverfahren für Gasleitungen Sichtverfahren A1 / Wasser = einmalig aufgedrückt Anlagenteile müssen frei liegen A2 / Wasser = zweimalig aufgedrückt p prüf = 95% K, mindestens 1,3 p B A3 / Luft = 1-2 mal aufdrücken Leitungsteile mit Schaum blldenden Mitteln auf Dichtheit prüfen p prüf = p B + ( 2 3 ) bar A4 / Luft = A3 p prüf = p B Druckmeßverfahren B1 / Wasser = einmalig aufdrücken p prüf = 95 % K, mind. 1,3 p b 24 h B2 / Wasser = zweimalig aufdrücken wie B1 aber: 1 x h + 1 x 24 h B3 / Luft = einmalig Kontrolle des Druckverlaufes, 1,3 x p B Druckdifferenz- C3 / Luft = Flasche o. Druckhalter Vergleich p Leitung - Flasche, verfahren Temperatureinfluß Druck-Volumen- D / Wasser = ähnlich B2 Verlauf dv / dp, mehrmals Aufdrücken Meßverfahren Streßtest Fließen des Rohrwerkstoffes Lecksuche Bei der Suche nach Undichtigkeiten in einer Gasleitung kann man zwei Fälle unterscheiden: a) Lecksuche während der Bauphase b) Lecksuche während der Betriebsphase Zu a) Undichtigkeiten aus der Bauphase treten bei der Dichtheits- und Festigkeitsprüfung zu Tage. In diesem Fall ist die Leitung üblicherweise mit Wasser gefüllt und man kann beispielhaft folgende Verfahren anwenden: - Suche nach feuchten Stellen der verfüllten Leitung - Akustische Sensoren zur Ortung des ausströmenden Wassers - Differenzmessungen des Schallaufweges - Füllung mit Gas und Ortung über Detektoren ( = Inbetriebnahme nach GasHL-VO ) Zu b) Diese Undichtigkeiten sind immer mit Gasaustritt verbunden, der wie folgt geortet werden kann: - Verfärbung der Vegetation im Leckbereich ( Leitung außerorts ) - Ortung über Gasspürgeräte ( Probleme bei befestigten Oberflächen ) Beulenfreiheit und Ovalität Große Bedeutung hat seit Mitte der 80-er Jahre die Prüfung auf Ovalitäten und Beulenfreiheit gewonnen. Bedingt durch die enorme Steigerung der Stahlfestigkeiten ( von 240 bis 540 N/mm² ) ist das Wandstärken Durchmesser Verhältnis der Rohre sehr zurückgegangen und damit die Verformbarkeit und Einbeulneigung extrem gestiegen. Ovalitäten und Beulen entstehen bei nicht sachgemäßem Einbau der Leitung, wobei die Ursachen vielfältiger Art sind.

18 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Ovalitäten behindern den ordnungsgemäßen Durchgang von Reinigungs- und Messmolchen und führen bei wechselndem Betriebsdruck und schlechter Einbettung zu Dehnungswechseln. Im Zuge der Druckprüfung muß eine Kaliberscheibe mit 0,95 * Di klaglos die Leitung passieren, bei Leitungen mit einem Verhältnis s / Di < 0,0125 muß eine zusätzliche Messmolchung mit schreibendem Gerät erfolgen. Beulen sind dann gefährlich, wenn das Rohrblech an den Beulenrändern stark gebogen ist und die Beule eine Größe aufweist, deren Fläche bei wechselndem Innendruck die Beule atmen läßt. Dadurch erfolgt eine Wechselbiegung an den Beulenrändern, welche zu starker Materialermüdung führt. Derartige Beulen können nur mit einem Messmolch aufgespürt werden, wie oben beschrieben Bescheinigungen und Nachweise Gasleitungen dürfen dann in Betrieb gehen ( mit Gas gefüllt werden ), wenn die vorgeschriebenen Prüfungen insbesondere die auf Dichtheit und Festigkeit stattgefunden haben und der zuständige Sachverständige eine Bescheinigung ausgestellt hat. Diese Bescheinigung muß dem Betriebsleiter bei Inbetriebnahme vorliegen! 3.5 Sonderbauwerke Sonderbauwerke werden im Pipelinebau diejenigen Leitungsabschnitte genannt, zu deren Herstellung besondere Baumaßnahmen erforderlich sind. Dazu zum Beispiel Mantelrohrstrecken, in denen das Mantelrohr zur Aufnahme des Produktenrohres mir den verschiedenen Methoden des Rohrvortriebs eingebracht wird, im besonderen Maß jedoch Kreuzungen von Gewässern und und Verkehrswegen. Im folgenden werden einige dieser Sonderbaumaßnahmen angesprochen, im Übrigen sei auf das Skriptum Rohrleitungsbau verwiesen Kreuzungen von Wasser- und Verkehrswegen Gewässerkreuzungen: Gewässer werden im allgemeinen mit Dükern gekreuzt. Dies sind speziell angefertigte Rohrkonstruktionen, welche in offener Bauweise (Grabenaushub) eingebracht werden. Dazu ist eine Dükerrinne im Flußbett so herzustellen, daß ein Zuschwemmen bis zur und während des Einziehens nicht eintritt. Die Dükerkonstruktionen können entweder eingezogen oder nach dem Einschwimmen abgesenkt werden. Es sind in jedem Fall Auflagen der zuständigen Wasserbehörden zu erwarten und zu beachten. Bild 3.8: Verschiedene Konstruktionen und Anordnungen von Dükern Bild 3.9: Einziehen eines Beton ummantelten Dükers in die vorbereitete Dükerrinne mittels Seilwinde und Bagger zum Halten der Konstruktion ( Isardüker der Oberlandleitung der Bayerngas bei Bad Tölz )

19 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Rohrvortrieb: Andere Verkehrswegen kreuzt man in den überwiegenden Fällen durch Verfahren des Rohrvortriebs wie: Mantelrohrpressung: Es wird ein Stahlrohr ( in besonderen Fällen auch Betonrohre ) mittels Bohr- Pressanlage oder pneumatischer Rohrramme von einer Startgrube aus unter der Straße hindurch in die Zielgrube getrieben. Das Produktenrohr wird mit Abstandshaltern eingezogen. Produktenrohrpressung: Wenn der Boden keine signifikante Beschädigung der Umhüllung erwarten läßt, kann man auch das Produktenrohr direkt pressen. Die Schweißnahtbereiche der verschweißten Einzelrohre bedürfen allerdings einer abschälfesten Nachisolierung, üblicherweise auf der Basis von 2- Komponenten Epoxydharzmischungen Steilhänge Für die Überwindung von Steilhängen werden vielfach besondere Maßnahmen erforderlich, da die Baugeräte in diesen Trassenabschnitten nicht mehr in gewohnter Weise eingesetzt werden können. Es muß in der Regel eine Einzelrohrverlegung mit mehr oder minder großem Sicherungsaufwand angewandt werden. Besonderes Augenmerk ist dabei auf die Bettung des Rohres am Hangfuß und an der Hangkante zu richten, da infolge des Hangabtriebs (besonders bei den für die Druckprüfung mit Wasser gefüllten Gasleitungen größerer Durchmesser) an diesen Stellen Setzungen und Einbeulungen erwartet werden können. Außerdem ist bei den mit starkem Gefälle verlegten Leitungen der Hang und der Rohrgraben durch spezielle Einbauten gegen Ausschwemmen und Drainage zu sichern. Bild 3.10: Schematische Anordnung von Riegeln (Ton oder Trockenbetonsäcke) zur Sicherung gegen Ausschwemmen durch Wasser, Abstand abhängig von Bodenart und Gefälle Moorgebiete Die Durchquerung von Moorgebieten birgt einerseits die Gefahr, daß die Leitung wegen fehlender Trägfähigkeit des Bodens absinkt und/oder bei Wasseranfall wie in anderen Überschwemmungsgebieten aufschwimmt ( siehe Auftriebsicherung ). In flachen Moorgebieten begrenzter Ausdehnung kann ein Bodenaustausch bis zum tragfähigen Untergrund helfen. Derartige Maßnahmen werden jedoch wegen des umfassenden Eingriffs in die Natur und in den Bodenwasser-Haushalt nur noch ungern gesehen. Besser geeignet sind Maßnahmen, bei denen die Leitung auf eine in wasserdurchlässiges Flies eingeschlagene Sandschicht gebettet wird. Zur Lagekontrolle sind vielfach Niveau-Festpunkte anzubringen, mit denen im Rahmen der Leitungsüberwachung Bewegungen des Rohrstrangs festgestellt werden können. Auch Sicherungen durch Anker sind möglich. Der Einbau von Pfahlrosten oder anderen starren Konstruktionen sollte zu Gunsten von weichen Auflagerungen vermieden werden. Sowohl im Mohr, als auch in anderen Überschwemmungsgebieten muß u.u. mit Bodenwasser gerechnet werden, so dass die Leitung dann quasi im Wasser schwimmt. Reicht das Bodengewicht über dem Rohrstrang nicht aus, sind die betreffenden Leitungsabschnitte gegen Auftrieb zu sichern. Die einschlägigen Berechnungen sind im Abschnitt 1.6 zusammengefaßt.

20 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Bild 3.11: Sicherung gegen Absinken durch Bohlen ( links ) oder durch Auflagern auf ein Sandbett in wasserdurchlässigem Textilflies ( rechts ) Die Bohlen können noch gegen Auftrieb mit Bodenankern gesichert werden Armaturengruppen Innerhalb einer Rohrleitung können Armaturengruppen (größere Anzahl von Armaturen) für folgende Aufgaben erforderlich sein: - Streckenarmaturen mit Abgängen und/oder Ausblasemöglichkeiten - Verteilerstationen zur Aufteilung oder Zusammenfassung von Medienströmen In allen Fällen werden die Armaturen auf sicher gegründete Fundamente gesetzt und durch eine isolierende Unterlage elektrisch vom Fundament getrennt. Je nach Größe der Armaturengruppe werden Einzelfundamente angeordnet oder möglichst Fundamentplatten zur Aufnahme aller Armaturen angeordnet. Bild 3.12: Eingebaute Armaturengruppe in einer Gasleitung vor Herstellung der Betonfundamente 3.6 Sonderverlegungsarten Grabenlose Verlegung Zur Schonung von Natur und Oberflächen, in bebauten Gebieten und vor allem zur Unterfahrung von verkehrstechnisch kritischen Bereichen wurden in den vergangenen Jahren die verschiedensten Verfahren zur grabenlosen Verlegung von Rohrleitungen entwickelt. Darunter versteht man allgemein das Einziehen eines Rohrstranges mittels eines Rohrpfluges, der den Boden mit dem Verlegeträger ( Schwert ) aufschneidet und das Rohr mittels eines als Verdrängungskörper ausgebildeten Verlegeteils in den Boden bringt. Es wird unterschieden zwischen selbstfahrenden und gezogenen Geräten, die in jedem Fall leistungsfähiger sind. Es können PE-Leitungen, neuerdings auch Gußleitungen mit schubsicheren Muffenverbindungen eingezogen werden. Die Zuführung der Leitungen kann vom Erdboden oder von einer auf dem Gerät mitgeführten Kabel/Rohrtrommel aus geschehen. Die in Bild 3.13 b) gezeigten großvolumigen Rohre müssen vor dem Einziehen hinter dem Gerät vorgestreckt und über eine Startgrube eingezogen werden. Die erforderliche Abwinkelung erfolgt in den Muffenverbindungen.

21 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Bild 3.13: Schematische Darstellung des Rohr / Kabeleinzugs mit a) üblichem Verlegeschwert und Einziehkasten b) Aufweitkörper für große Durchmesser Radgetriebene Verlegewerkzeuge Für die kleinere Verlegearbeiten für Leitungen und Kabel bis ca. DN 50 können radgetriebene Fahrzeuge mit angebautem Kabelpflug verwendet werden. Zur Verringerung des Verlegewiderstands kann der Schneidfuß über Unwucht dynamisch erregt und so der Boden zum Schneiden aufgelockert werden. Damit reduzieren sich die über die Zugkraft aufzubringenden Verdrängungs- und Aufbruchkräfte. Gleiskettenfahrzeuge Größere Verlegeaufgaben lassen sich bei selbstfahrenden Geräten nur mit Raupenfahrzeugen durchführen, deren Gleisketten Triebkräfte bis zum Fahrzeuggewicht übertagen können. Bei nassen Böden ist jedoch die innere Bodenreibung unter dem Laufwerk so weit reduziert, daß die Verlegkräfte auch nicht mehr in jedem Fall entwickelt werden können. In diesem Fall ist auch eine erhebliche Zunahme des Schlupfes zwischen Kette und Boden notwendig, was wiederum zu starke Zerstörung der Bodenoberfläche zur Folge hat. Bild 3.14: Schwertförmiger Verlegepflug mit Vibrationseinrichtung, angehängt an Gleiskettenfahrzeug ( Lancier) Gezogene Verlegegeräte Den Zugkraftnachteil der selbstfahrenden Geräte umgehen gezogene Verlegegeräte. Ihre Funktion reduziert sich auf das Tragen und Führen des Verlegewerkzeugs. Dadurch kann es leichter konstruiert und für die Anpassung an verschiedene Geländeprobleme konzipiert werden. Diese Einstellmöglichkeiten des Trägergerätes ermöglichen die Bewältigung der verschiedensten Hanglagen bei gleichzeitig senkrechter Einbringung des Rohres oder eines Kabelverbandes. Der Geräteträger wird von einer Seilwinde gezogen, die auf einer Zugmaschine aufgebaut wird. Diese sucht sich längs der Trasse einen standsicheren Platz, das Zugseil wird ausgefahren und damit der Verlegepflug gezogen. Nach dem Einholen der Seillänge muß die Anlage nachgesetzt werden. In der Praxis ergibt sich dies kaum als Mangel, da die Verlegestrecken in der Regel von Hindernissen unterbrochen werden. Die Verlegeleistungen dieser Geräte dürften bald Einzelleitungen bis DN 200 erreichen, wobei eine Verlegetiefe mit der üblichen Überdeckung von 1,0 m erreicht wird. Derzeit können Leitungen aus PE bis DN 160 verlegt werden, Leitungen geringeren Durchmessers oder lassen sich bis 1,60 m tief verlegen.

22 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Bild 3.15: Verlegepflug mit Aufweitkörper beim Einzug einer Gußleitung DN 150 ( Föckersperger ) Das gleichzeitige Verlegen von mehreren Rohren kleinen Durchmessers oder von Kabeln in geordnetem Verband ist ebenfalls möglich. Dazu ist nur der Einlegekasten zu wechseln Bohr- Spülverfahren Mit diesen Verfahren lassen sich längere Leitungsstränge bis zu einer Länge von ca. 500 m verlegen, wodurch die Grenzen zwischen Kreuzungsbauwerk und Neuverlegung verwischt wird. Die Anwendungen reichen von DN 50 bis DN 1300 und erfordern somit eine zunehmende Leistung hinsichtlich Bodenlösung, Bodentransport, Einzugskraft und Steuerungsverfahren. Bekannt wurden Spülbohrverfahren für kleinere Durchmesser und das Horizontal Drilling für die Durchmesser bis ca mm. Die Verfahren sind im Skriptum Rohrleitungsbau genauer beschrieben Seeverlegung Die Seeverlegung kommt außerhalb der Meeresverlegung in Frage, wenn die Verlegung an Land nicht möglich ist, wirtschaftliche oder technische Vorteile zu erwarten sind oder ökologische Gründe dafür sprechen. In Bayern sind dazu die Verlegungen von Gasversorgungsleitungen durch den Tegernsee und den Ammersee zu nennen. In beiden Fällen kamen Verfahren zur Anwendung, bei denen die Leitungen vorgestreckt in den See gezogen, dort in 5m Wassertiefe stabilisiert und dann am Tag der Verlegung kontrolliert abgesenkt wurden. Zudem musste die Beeinträchtigung von Schifffahrt und Fischerei vermieden werden, weshalb nur ein kleines Zeitfenster im Oktober / November zur Verfügung stand. I Bilder 3.18: Eindrücke von der Verlegung einer Gashochdruckleitung DN 150 PN 70 durch den Ammersee von Aidenried nach Lachen bei Diesen

23 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Kathodischer Korrosionschutz Man versteht darunter den aktiven Korrosionsschutz mittels Opferanode oder bei Rohrleitungen, also größeren Objekten mittels einer Gleichstromquelle. Die Rohrleitung wird dabei als Kathode geschaltet, wodurch das in Lösung gehen des Eisens verhindert wird. Auf diese Weise können kann bei genügend großer Schutzstromdichte auch Fehlstellen der Isolierung kompensiert werden. Als zweite Funktion dieser Eirichtung ist die Intensivmessung zu erwähnen, mit welcher Fehlerströme zwischen einzelnen Fehlstellen und Beschädigungen erkannt werden, welche der allgemeine KKS nicht anzeigt. 3.8 Sanierung von Gasleitungen Folien und Schläuche Der Einzug von Folien und Schläuchen wird bei Leitungen der Endversorgung bis zu einem Druck von ca. 10 bar und für Durchmesser bis DN 300 angewendet. Die zu sanierende Leitung muß noch mechanisch intakt sein, da der Inliner nur Abdichtfunktion übernehmen kann. Der Einzug selbst erfolgt im Reversierverfahren, wobei die vorher innen liegende und mit Kleber versehene Seite nach außen gestülpt und an die Rohr-Innenwand gepreßt wird. Dort härtet der Kleber unter Einwirkung von Druck und Temperatur ( Dampf ) aus. Ein neues Verfahren zieht einen mit PE beschichteten Schlauch aus Karbon- / Kevlargewebe ein, der einen Berstdruck von 100 bar aufweist und die Stützwirkung des Altrohres nicht benötigt. Er kann daher in kleinerem Da gewählt werden, passiert damit leichter Rohrbögen, die Sanierungslänge kann bis 1000 m betragen Rohreinzug Weiter Durchgesetzt hat sich als stabiles und dauerhaftes Verfahren der Einzug von PE-Rohren. Close fit Verfahren: bei Leitungsdurchmessern ab > DN 100 wird ein dünnwandiges PE-Rohr in geeigneter Weise verjüngt oder verformt um es widerstandslos in das Altrohr einbringen zu können. Die Rückverformung des dem Leitungs-Innendurchmesser angepaßten Inliners führt zu einem eng am Altrohr anliegenden PE-Rohr. Es sind folgende Verfahren bekannt: - Roll Down: das PE-Rohr wird mechanisch verformt - Swage Lining: das PE-Rohr wird mechanisch thermisch verformt - U Liner: ein verformt geliefertes Rohr wird eingezogen und Rückverformt Verfahren mit Ringraum / Ringraumverdämmung: Bei Leitungen größeren Durchmessers werden auch unverformte PE-Rohre mit Abstand zur Rohrwandung ( Ringraum ) eingezogen. Der Ringraum muß anschließend durch fließfähige Dämmer verfüllt werden, um der Gefahr der Gasausbreitung im Falle eines Lecks vorzubeugen Leitungsersatz Der Leitungsersatz kommt der Neuverlegung einer Leitung mit entfernen der Altleitung gleich. Erinnert sei hier an die im Rohrleitungsbau besprochenen Verfahren ohne noch einmal näher darauf einzugehen: - Austausch im Schubverfahren ( mit pneumatischer Ramme ) - Austausch im Zugverfahren ( hyder. Zugeinrichtung, HYDROS ) - Berstrelining ( Aufspalten und Verdrängen ) - Pipe Eating ( Überfahren mit Bohreinheit, Microtuneling ) Bei allen Verfahren kann das neue Rohr mit eingeschoben oder eingezogen werden.

24 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Aufgabe 3.3: Eine Gasleitung aus der Stadtgaszeit di = 995 mm mit einer Länge von 3,5 km soll saniert werden, da die Dichtheit nicht mehr gewährleistet ist. Folgende Betriebsdaten sind gegeben: w 1 = 5 m/s; p 1 abs = 4 bar; Normdichte = 0,75 kg /m³; t gas = 12 C; Rauhigkeit k = 5 mm Berechnen Sie: 1. Betriebs- und Normvolumenstrom vor der Sanierung 2. Druckverlust der Leitung ( Welches Berechnungsverfahren ) 3. Transportkapazität nach dem Einzug eines - PE-Rohres di = 850 mm s = 25 mm - U Liners s = 15 mm wobei für die PE-Rohre eine integrale Rauhigkeit von k = 0,05 mm gelten soll und der Druckverlust nicht größer werden darf.

25 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Verdichteranlagen Verdichteranlagen werden gebraucht in den großen Transportleitungen und an Speicheranlagen. 4.1 Verdichter an Gastransportleitungen Zur Aufrechterhaltung des Betriebsdruckes während des Transportes über große Entfernungen sind Zwischenverdichter Anlagen erforderlich. Sie werden an Transportvolumen und den Druckverhältnissen ausgerichtet. Ihr Abstand richtet sich dazu noch nach dem Preis des Gases, welches transportiert und gleichzeitig als Antriebsenergie genutzt wird. Verdichter an Gastransportleitungen müssen nur die Druckverluste des Transportes ausgleichen, es kommen daher Turboverdichter mit großem Durchsatz und kleinerem Druckverhältnis zum Einsatz. 4.2 Verdichter in Speicheranlagen Verdichter in Verdichteranlagen von Speichern müssen dagegen hohe Druckverhältnisse überwinden, was zwangsläufig nur bei kleinerem Volumenstrom wirtschaftlich erfolgen kann. Hier handelt es sich im wesentlichen um die Verdichter zur Einspeisung in Untertagespeicher. Als Bauarten kommen Kolbenverdichter und mehrstufige Radialverdichter zum Einsatz. 4.3 Berechnung Die Verdichtungsarbeit des idealen Gases wird berechnet nach: w t,ith = R T1 ln ( p 2 / p 1 ) ( Gehäuse gekühl ) Gl. 4.1 κ w t, isen = R T p 1 κ 1 p 2 1 κ 1 κ 1 ( sonstige Bauarten ) Gl. 4.2 p2 κ T 2 = T 1 p1 κ 1 isentrope Endtemperatur Gl. 4.3 w t,r = w t * Z 1 ( wobei Z 1 = K 1 * Z n Def. von K ) Gl. 4.4 Die erforderliche Antriebsleistung des Verdichters ist somit:. P Antrieb = m w t / η e Gl. 4.5 Als effektive Wirkungsgrade bezogen auf die isentrope Verdichterleistung können angenommen werden: Turboverdichter: η e = 0,75-0,84 Kolbenverdichter: η e = 0,80-0,90

26 Gasversorgung: Technologie und Alternative Energien, Prof. H. Pietsch Hochschule - München, Fk 05 Versorgungs- und Gebäudetechnik 03/ Die Wirkungsgrade der Antriebsmaschinen sind etwa: Gasturbinen: η e,t = 0,28-0,35 ( 0,38 Recu LUVO ) Kolbenmotoren: η e,m = 0,35-0,42 Kolbenmotoren werden wegen der im Vergleich zu Gasturbinen wesentlich höheren NOx-Emissionen in Deutschland nicht mehr eingesetzt. In den vergangenen Jahren wurden die einschlägigen Anlagen in Bayern umgerüstet. Erforderlicher Brennstoffeinsatz der Antriebsmaschinen : P T,Brennstoff = P Antrieb / η e,t oder: P M,Brennstoff = P Antrieb / η e,m Gl. 4.6 P Brennstoff BK P Antrieb Antriebseinheit Verdichtereinheit Bild 4.1: Schema eines Verdichterantriebs mit Turbine und Luftvorwärmung Bild 4.2: Schema einer Verdichterstation an einer Transportleitung