Stahlmantelrohr

Stahlmantelrohre, kurz SMR, werden in der Fernwärme eingesetzt um Heißwasser oder Dampf vom Erzeuger zum Abnehmer zu transportieren. Sie unterscheiden sich im Aufbau und in der technischen Auslegung wesentlich vom Kunststoffmantelverbundrohr. Außerdem werden sie in Industrieanlagen zum Transport von heißen, seltener auch kalten, gasförmigen und flüssigen Medien und wegen ihrer Doppelhüllenkonstruktion auch zum Transport von gasförmigen und flüssigen Gefahrstoffen eingesetzt.

Stahlmantelrohr freiverlegt für den Transport von Dampf

Technischer Aufbau

Stahlmantelrohre bestehen aus einem äußeren Schutz- und Tragrohr, dem sogenannten Mantelrohr, welches aus Stahl gefertigt ist und abhängig vom Einsatz entweder durch einen Korrosionsschutzanstrich für Freileitungen oder durch eine Umhüllung aus Polyethylen oder Bitumen für erdverlegte Leitungen geschützt ist.

Das Mediumrohr ist zumeist mittig innerhalb des Mantelrohres angeordnet und besteht zumeist aus Stahl, seltener aus einem anderen, meist metallischen Werkstoff, und ist in der Regel axial beweglich gelagert. Selten werden innerhalb eines Stahlmantelrohres zwei oder mehrere Medienrohre angeordnet. Für die Lagerung des Mediumrohres werden Rollenlager oder Gleitlagerkonstruktionen mit Eternitschienen (seit 40 Jahren im Einsatz), sogenannte Loslager, verwendet, bei deren Konstruktion neben der erforderlichen Statik auch auf möglichst geringe Wärmeverluste geachtet wird. Seltener, z. B. im Bereich von Armaturen, Abzweigen oder Übergängen auf andere Rohrsysteme, muss die Axialverschiebung des Mediumrohres unterbunden werden. In diesen Bereichen werden Mediumrohr und Mantelrohr mit einem Festpunkt starr miteinander verbunden. Auch bei den Festpunkten wird neben der erforderlichen Statik auf möglichst geringe Wärmeverluste geachtet.

Die Rohre werden als Stangenware meist in Längen von 12 bis 24 Meter, seltener auch 6 Meter oder je nach Kundenwunsch in beliebigen Längen ausgeliefert, wobei die maximale Länge durch den notwendigen Transport vom Hersteller zur Baustelle begrenzt ist. Da es sich um eine starre Rohrleitung handelt, werden für Bögen usw. entsprechende Formstücke, die wie ein Stahlmantelrohr aufgebaut sind, geliefert. Ebenfalls sind Armaturen erhältlich, die wie ein Stahlmantelrohr aufgebaut sind. Stahlmantelrohre werden auf Grund des relativ geringen Bedarfs nur nach Beauftragung hergestellt, wobei der Vorfertigungsgrad verhältnismäßig hoch ist. Stahlrohre, Loslager und Festpunkte liegen in der Regel vorgefertigt bereit. Wegen der teilweise sicherheitskritischen Anwendungen werden die Schweißnähte an den Stahlmantelrohren normalerweise einer 100 %-Prüfung unterzogen.

Der Raum zwischen Mediumrohr und Mantelrohr wird Ringraum genannt. An der Außenseite des Mediumrohres befindet sich meist eine Wärmedämmung aus Mineralfaserwolle (Stein- oder Glaswolle), die jedoch nicht den gesamten Ringraum ausfüllt. Zur weiteren Reduktion der Wärmeverluste, aber auch zur Leckmeldung, wird meist ein Grobvakuum im Ringraum gezogen, dessen Restdruck so niedrig eingestellt wird, dass Konvektion im Ringraum zuverlässig unterbunden wird, Wärmeübergang somit nur noch durch Gaswärmeleitung und Wärmestrahlung im Ringraum sowie durch Wärmeleitung über die Festpunkte und Loslager erfolgt. Übliche Restdrücke liegen bei ca. 100…500 Pa (1…5 mbar). Bei sorgfältiger Fertigung hält sich dieses Vakuum nach dem erstmaligen Aufwärmen über Jahre und der Ringraum wird zumeist nur alle 2 bis 4 Jahre nachevakuiert. In größeren Stahlmantelrohrnetzen, in denen sich z. B. durch vorhandene Armaturen Undichtigkeiten nicht gänzlich vermeiden lassen, wird an den Ringraum nach der Evakuierung eine stationäre Vakuumpumpe mit vollautomatischer Steuerung zur Aufrechterhaltung des Vakuums angeschlossen.

Auslegung der Rohre

Stahlmantelrohre werden in der Regel geometrisch so gestaltet, das ein sicherer Betrieb bei der vorgesehenen maximalen Dauerbetriebstemperatur ohne Vakuum im Ringraum möglich ist. Die maximale Temperatur am Mantelrohr wird von dessen Umhüllung bestimmt und liegt in der Regel bei einer Umhüllung mit Polyethylen bei 50 °C und bei einer Umhüllung mit Bitumen bei 60 °C, da diese Stoffe bei höheren Temperaturen zu fließen beginnen. Als Freileitung verlegte Stahlmantelrohre ohne Umhüllung des Mantelrohres müssen, wenn die Mantelrohrtemperatur 60 °C überschreiten kann, mit Absperrungen umgeben werden, die Menschen und größere Tiere von Temperaturen > 60 °C fernhalten.

Das Vakuum dient beim Transport von Heißwasser oder Dampf primär der Reduktion der Wärmeverluste. Die Leckmeldung spielt eine untergeordnete Rolle, da anhand der von einer stationären Vakuumpumpe im Leckagefall angesaugten Gase eine Unterscheidung zwischen Lecks im Mediumrohr und im Mantelrohr kaum möglich ist. In beiden Fällen werden Luftgase (Stickstoff, Sauerstoff, Argon) und Wasserdampf angesaugt. Liegt die Leitung in sehr nasser Umgebung, kann u. U. noch nicht einmal anhand der Wasserdampfkonzentration eine Unterscheidung zwischen Lecks im Mediumrohr und im Mantelrohr erfolgen.

Das Vakuum dient beim Transport von Gefahrstoffen primär der Lecküberwachung. Die Reduktion der Wärmeverluste spielt nur eine Rolle, wenn die Mediumtemperatur stark von der Umgebungstemperatur abweicht. Für die Lecküberwachung wird zwischen Ringraum und stationäre Vakuumpumpe ein Gasdetektor eingebaut, der auf eine oder mehrere gasförmige Komponenten des zu transportierenden Gefahrstoffs reagiert, wobei der Gasdetektor so gewählt wird, dass er auf Gase anspricht, die in der Umgebung normalerweise nicht in messbaren Konzentrationen vorliegen.

Beim Transport warmer oder kalter Medien muss die Axialverschiebung des Mediumrohres kompensiert werden. Mittlerweile werden dafür nach Möglichkeit U- oder Z-Bögen verwendet, da sich die früher häufig verbauten Faltenbalgkompensatoren als Schwachpunkte herausgestellt haben.

Anwendungsgrenzen

Stahlmantelrohre werden zumeist nur eingesetzt, wenn die maximale Betriebstemperatur über 145 °C liegt, da für Anwendungen mit niedrigeren Betriebstemperaturen Kunststoffmantelverbundrohre wesentlich kostengünstiger verlegt werden können. Ausnahmen bilden Sonderbauwerke wie Düker und Rohrbrücken, wo Konstruktionen mit Stahlmantelrohren wesentlich günstiger sein können als andere Konstruktionen, oder gar die technisch einzig mögliche Konstruktion darstellen. Die maximale Betriebstemperatur liegt bei ca. 400 °C. Die minimale Betriebstemperatur für Kälteanwendungen liegt bei ca. −50 °C.

Hersteller

• INPAL INDUSTRIES ^[1]
• FW-FERNWÄRME-TECHNIK GmbH ^[2]
• ISOBRUGG Stahlmantelrohr GmbH ^[3]

Einzelnachweise

1. ↑ http://www.inpal.com/ Homepage der Firma INPAL Industries, Stand 10. Oktober 2009
2. ↑ http://www.fw-gmbh.de/ Homepage der Firma FW-Fernwärmetechnik, Stand 10. Oktober 2009
3. ↑ http://www.isobrugg.de/ Stand 10. Oktober 2009