Rohrhalterungen sind wesentliche Bestandteile von Rohrleitungssystemen. Die Wahl des richtigen Halterungstyps ist entscheidend für ein kosteneffizientes und leistungsfähiges Rohrleitungssystem.
1. Auslegung von Rohrhalterungen
Rohrhalterungen sind entscheidende Rohrleitungskomponenten, die oft erhebliche Herausforderungen darstellen. Konstrukteure müssen mehrere Faktoren berücksichtigen:
- Spannungsanalyse: Feststellen, ob für bestimmte Leitungen eine Spannungsanalyse erforderlich ist, um eine geeignete Unterstützung unter verschiedenen Bedingungen zu gewährleisten.
- Stützabstände: Bestimmung des optimalen Abstands zwischen den Halterungen unter Berücksichtigung von Gewicht und Eigenschaften der Rohrleitungen.
- Stütztypen: Auswahl geeigneter Halterungstypen entsprechend den Anforderungen des Einsatzes, unter Berücksichtigung von Temperatur, Druck und Material.
- Platzverhältnisse: Überprüfung, ob ausreichend Raum für die Installation von Aufhängungen, Dosen und anderen Halterungskomponenten vorhanden ist.
- Horizontale Fixierung: Sicherstellung, dass die Leitungen in der horizontalen Ebene ausreichend fixiert sind, um unerwünschte Bewegungen zu vermeiden.
Die Berücksichtigung dieser Aspekte ist entscheidend für die effektive und zuverlässige Auslegung von Rohrhalterungssystemen in Rohrleitungsprojekten.
2. Arten von Rohrhalterungen
2.1 Rohrgestelle
Rohrgestelle aus Stahlbauprofilen spielen eine zentrale Rolle bei der Unterstützung von Rohrleitungen, Stromkabeln und Instrumentenkabeltrassen in Bereichen wie Petrochemie, Chemie und Kraftwerken. Sie dienen als primäre Infrastruktur für den Materialtransport zwischen Anlagen, Lager- und Versorgungsbereichen. In Lagerhallen oft mit Regalen kombiniert, sind Rohrgestelle speziell zur Unterstützung und Organisation von Rohrleitungssystemen konzipiert.
Die Anordnung der Rohrleitungen auf einem Rohrgestell wird sorgfältig geplant, um Funktionalität, Sicherheit und Wartungszugänglichkeit innerhalb einer Prozesseinheit zu optimieren.
Foto 1: Rohrgestell
Wesentliche Merkmale und Eigenschaften von Rohrgestellen umfassen:
- Funktionalität: Rohrgestelle dienen als Hauptadern von Prozesseinheiten und tragen Prozess- und Versorgungsleitungen. Zusätzlich können sie Instrumenten- und Kabeltrassen sowie bestimmte mechanische Geräte, Behälter und Zugangsplattformen für Armaturen aufnehmen.
- Konstruktionsmerkmale: Rohrgestelle bestehen aus einer Reihe von Querträgern, die entlang der Rohrleitung verlaufen. Diese Träger sind in gleichmäßigen Abständen, typischerweise etwa alle 6 Meter, angeordnet. Zur Erleichterung des Wartungszugangs unter dem Gestell werden Querträger oft als Momentrahmen ausgeführt. Längsstreben verbinden die Querträger.
- Rohrarten: Verschiedene Rohrtypen werden je nach Funktion im Rohrgestell angeordnet.
- Versorgungsleitungen, wie Dampf, Kühlwasser, Löschwasser und Heizöl, befinden sich in der Regel in der Mitte oder obersten Ebene eines ein- oder mehrstöckigen Rohrgestells.
- Prozessleitungen, die Produkte für chemische Reaktionen führen, sind außen oder auf der untersten Ebene angeordnet.
- Entlastungs- und Fackelleitungen, die Sicherheitszwecken dienen, befinden sich typischerweise an den äußeren Rändern des Gestells.
2.2 Strukturstützen
Die Auslegung von Rohrhalterungen erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Rohrleitungs- und Tragwerksplanern. Auch die Zusammenarbeit mit Elektroingenieuren ist wichtig, insbesondere wenn Kabeltrassen und -kanäle an denselben Stahlstrukturen wie die Rohrleitungen befestigt werden. Zu Beginn des Projekts sollten klare Zuständigkeitsbereiche festgelegt werden, um spätere Kollisionen zu vermeiden und eine ganzheitliche Planung im Sinne aller Fachbereiche zu ermöglichen.
Foto 2: Rohrleitungsstrukturelle Unterstützung
Manchmal überschneiden sich die Zuständigkeiten von Rohrleitungs- und Bauingenieuren. Während der Rohrleitungsingenieur meist einfache Halterungen übernimmt, ist bei komplexeren Stützen eine Zusammenarbeit erforderlich. Wichtige Überlegungen zu Belastungsbedingungen sind unter anderem Korrosionszuschläge für Bauteile in aggressiver Umgebung, konservative Fundamentauslegung aufgrund hoher Änderungsaufwände und die Einhaltung zulässiger Spannungen im Stahl.
Weitere Überlegungen betreffen die Auswahl der richtigen Farbe für den Korrosionsschutz sowie eine konservative Planung der Fundamente angesichts ihrer hohen Umbaukosten. Für die Planung der Fundamente werden qualifizierte Statiker empfohlen.
Für freistehende Stützen mit exzentrischer Belastung sind geschlossene Profile wie Rohre oder Stahlhohlprofile (Hollow Structural Sections, HSS) zu bevorzugen, da sie eine bessere Torsionsfestigkeit bieten. Diese Profile lassen sich außerdem leichter beschichten als Breitflanschträger. Schlanke Breitflansche als Stützen haben eine begrenzte Torsionsfestigkeit und können sich unter geringen Lasten stark verformen.
2.3 Rohrschuhe
Rohrschuhe dienen als übliche Halteelemente, insbesondere bei isolierten Rohren, und schaffen Platz für die Isolierung zwischen Rohr und Tragkonstruktion. Typischerweise werden WT4-Profile für Isolierungen bis 90 mm und WT6-Profile für Isolierstärken von 100 bis 140 mm verwendet. Fertige Rohrschuhe sind mit Aussparungen für Isolierung und Schutzmäntel erhältlich.
Foto 3: Rohrschuhe
Zur Führung von Rohrschuhen werden oft parallel zur Grundplatte geschweißte Leisten verwendet, die einen seitlichen Halt bieten. Winkelprofile über der Grundplatte können zusätzlich die Aufwärtsbewegung begrenzen.
Rohrschuhe sollten so konstruiert sein, dass sie auf beiden Seiten der Auflagefläche des Trägers überstehen, um Schmutz- oder Wasseransammlungen zu vermeiden.Die Länge des Schuhs muss ausreichend sein, um ein Abrutschen vom Träger zu verhindern, sodass das Rohr beim Abkühlen wieder in die Neutralposition zurückkehren kann und Probleme vermieden werden.
2.4 Verankerungen
Verankerungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Begrenzung von Verschiebungen und Drehungen in allen drei Achsen. Eine einfache Form der Verankerung ist die doppelte U-Bügelverbindung, die für geringe Lasten ausreichen kann. Es ist jedoch zu beachten, dass ein U-Bügel keine starre Verbindung bietet, insbesondere bei höheren Lasten, da er das Rohr nur oben und unten umfasst.
Robustere Verankerungen werden geschweißt ausgeführt. Die geschweißte Verankerung bietet eine sichere und gut abgestützte Verbindung.
Die Gestaltungsmöglichkeiten für Verankerungen sind vielfältig und reichen von einfach bis komplex, abhängig von der Kreativität des Ingenieurs oder der Wirtschaftlichkeit des Projekts.
2.5 Stangen
Einzelne Stangen können von oben hängenden Stahlträgern abgehängt werden, um einzelne Rohrleitungen zu tragen. Es ist zu beachten, dass diese Stangen bei horizontalen Kräften schwingen können und bei erheblicher horizontaler Verschiebung große Kräfte entstehen können.
In der Praxis ist der Einsatz von Stangen auf Fälle beschränkt, in denen der erwartete Winkel zur Vertikalen unter 4° liegt. Die Montage wird durch Spannschlösser erleichtert, die Stangen mit Links- und Rechtsgewinde verbinden.Dies erleichtert die Höheneinstellung im Vergleich zu Verbindungsstücken mit Rechtsgewinde, bei denen die Stangen auf exakte Länge zugeschnitten werden müssten.
2.6 Rollen
Rollen werden häufig eingesetzt, wenn mit erheblicher axialer Ausdehnung gerechnet wird.Dies ist insbesondere bei Fernleitungen der Fall, wenn diese Brücken überqueren, um Ausdehnungskräfte nicht auf die Brückenkonstruktion zu übertragen.In Industrieanlagen werden jedoch häufiger Rohrschuhe verwendet.
Bei axialer Ausdehnung durch Wärmeausdehnung, insbesondere bei heißen Leitungen mit Isolierung, ist die Montage eines druckfesten Sattels über der Rolle erforderlich, um die Isolierung zu schützen. Einige Hersteller bieten isolierte Sättel an, andere einfache, bei denen die Isolierung an den Sattel anstößt.
Novelty Steel bietet Rohrhalterungsfertigungen für Rohrleitungsprojekte an. Einige Referenzprojekte sind:
