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/ 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:

2 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

3 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.

4 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.

5 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

6 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?