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Das Kunststoffmantelverbundrohr, kurz KMR, ist eine werkmäßig mit einer Wärmedämmung versehene Rohrleitung zum Transport warmgehender Medien, vor allem Wasser. Seltener sind Kunststoffmantelverbundrohre für den Transport kaltgehender Medien. Kunststoffmantelverbundrohre werden normalerweise direkt im Erdreich verlegt.
Systemaufbau
Das Mediumrohr besteht aus Stahl, die Wärmedämmung aus hartem Polyurethanschaum und das Mantelrohr aus Polyethylen. Die Wärmedämmung aus Polyurethanschaum hat zusätzlich die Aufgaben, zwischen Mediumrohr, Wärmedämmung und Mantelrohr einen kraftschlüssigen Verbund herzustellen und das Gewicht des befüllten Mediumrohres zu tragen. Das Mantelrohr schützt die Wärmedämmung vor äußeren Einflüssen. Der kraftschlüssige Verbund hat die Aufgabe, die durch die Erwärmung der Rohrleitung auftretenden Kräfte aufzunehmen und in das Erdreich abzuleiten.
Kunststoffmantelverbundrohre werden hauptsächlich in Fernwärmenetzen verbaut. Übliche Mediumrohrdimensionen liegen im Bereich von DN 15 bis DN 1200, die Rohre werden als Stangenware meist in Längen zu 6, 12 oder 16 Meter, seltener auch 17,2 Meter ausgeliefert. Da es sich um eine starre Rohrleitung handelt, werden für Bögen usw. entsprechende Formstücke, die wie ein Kunststoffmantelverbundrohr aufgebaut sind, geliefert. Ebenfalls sind Armaturen erhältlich, die wie ein Kunststoffmantelverbundrohr aufgebaut sind. Kunststoffmantelverbundrohre werden mit drei unterschiedlich dicken Wärmedämmungen hergestellt, was dadurch erreicht, wird, dass bei gleichem Mediumrohrdurchmesser Mantelrohre mit unterschiedlichen Durchmessern zum Einsatz kommen.
Lecküberwachungssystem
Kunststoffmantelverbundrohre sind häufig mit einem Überwachungssystem ausgerüstet, das auf Feuchtigkeit in der Wärmedämmung anspricht. In die Wärmedämmung der Rohre werden meist zwei Drähte eingebettet, die per Widerstands- und Laufzeitmessung zur Rohrnetzüberwachung und Leckortung benutzt werden. Das „Nordische System“ verwendet zwei blanke Kupferdrähte, von denen häufig einer verzinnt ist. Das „Widerstands-Ortungs-Verfahren“ arbeitet mit einem teilisolierten Widerstandsdraht aus einer Chrom-Nickel-Legierung und einem blanken Kupferdraht. Sind drei Drähte eingebettet, sind dies meist zwei blanke Kupferdrähte, davon einer ggf. verzinnt, sowie ein teilisolierter Chrom-Nickel-Draht, womit wahlweise das Nordische System oder das Widerstands-Ortungs-Verfahren realisiert werden können. Bei der Montage der Rohre werden die elektrischen Leiter der einzelnen Rohrsegmente leitend miteinander verbunden, am Ende eines Abschnitts werden daran Diagnosestecker mit Messgeräten zur Leckerkennung montiert. Für die Leckerkennung sind zwei Systeme üblich:[1]
- Nordisches System (englisch Nordic System, auch „Echoguard-System“) mit einem Impulsreflexionsmessverfahren mit hochfrequenten Spannungsimpulsen an zwei Kupferdrähten mit je 1,5 mm2. Durch Lecks verändert sich der Leitungswellenwiderstand welcher durch Diagnosegeräte ermittelt werden kann. Durch die Laufzeiten der reflektierten Welle an der Störstelle kann der Fehlerort bestimmt werden. Beide Kupferdrähte sind bei diesen System blank, einer der beiden Drähte zusätzlich verzinnt.[2]
- Brandes System mit einer ohmschen Widerstandsmessung mit Gleichspannung. Ein Draht mit 0,5 mm2 besteht aus der Legierung Chrom-Nickel mit einer roten Isolierung welche in definierten Abständen perforiert ist und dadurch die Lokalisierung erlaubt. Der zweite Draht ist als ein Kupferdraht mit 0,8 mm2 und einer durchgehenden grünen Isolierung ausgeführt.[3]
Anwendungsgrenzen
Das Mediumrohr ist meist für Betriebsdrücke bis 1,6 MPa (16 bar, PN16), 2,5 MPa (25 bar, PN25) oder seltener 4,0 MPa (40 bar, PN40) ausgelegt. Die obere Grenztemperatur für den Dauerbetrieb wird durch den Polyurethanschaum bestimmt und liegt bei ca. 140 °C. In jüngerer Zeit gibt es Bestrebungen, Kunststoffmantelverbundrohre mit einer höheren zulässigen Dauerbetriebstemperatur herzustellen. In Rohrnetzen mit Temperaturen, die oberhalb der zulässigen Dauerbetriebstemperatur von Kunststoffmantelverbundrohren liegen, kommen Stahlmantelrohre zum Einsatz.
Bezeichnung der Kunststoffmantelrohre
Bei Kunststoffmantelverbundrohren wird neben der Mediumrohrdimension auch die Mantelrohrdimension angegeben. Die Angabe DN 50/125 bezeichnet ein Kunststoffmantelverbundrohr mit einem Mediumrohr mit Nenndimension DN 50 (Außendurchmesser 60,3 mm) und einem Mantelrohr mit Außendurchmesser 125 mm, was der minimal geforderten Dicke (Stärke) der Wärmedämmung entspricht. Die Angabe DN 50/140 bezeichnet ein Kunststoffmantelverbundrohr mit einfach verstärkter Wärmedämmung, die Angabe DN 50/160 bezeichnet ein Kunststoffmantelverbundrohr mit doppelt verstärkter Wärmedämmung.
Normung
Kunststoffmantelverbundrohre sind meist genormt. In Europa werden sie in folgenden Normen beschrieben:
- EN 253 beschreibt die Rohrstangen.
- EN 448 beschreibt die Formstücke.
- EN 488 beschreibt die Armaturen.
- EN 489 beschreibt die Rohrverbindungen („Muffen“).
- EN 13941 beschreibt Berechnungs- und Verlegeverfahren für aus Kunststoffmantelverbundrohren aufgebaute Rohrnetze.
- EN 14419 beschreibt die in Kunststoffmantelverbundrohren eingesetzten Überwachungssysteme.
Verlegung
Die einzelnen Stangen und Formstücke werden auf der Baustelle miteinander verbunden. Dabei werden die Mediumrohrenden miteinander verschweißt. Die nach dem Verschweißen frei liegenden Mediumrohrstücke werden mit einer Muffe aus Polyethylen verschlossen, die vor dem Verschweißen über ein Mantelrohrende geschoben wurde. Der Hohlraum in der Muffe wird mit Polyurethanschaum ausgeschäumt. Die so hergestellte Verbindung wird als Ganzes ebenfalls als Muffe bezeichnet. [4]
Im Bereich von Bögen und Abzweigen würde die axiale Verschiebung aufgrund der thermischen Kräfte in den meisten Fällen zu hohe Spannungen hervorrufen. Daher werden an Bögen und Abzweigen Dehnpolster auf der Außen- und Innenseite angeordnet, welche den Bögen und Abzweigen bei Temperaturänderungen ausreichend Verschiebeweg bereitstellen. Diese Dehnpolster werden vor der Vorspannung auf die Rohrleitung montiert.
Meist wird die Rohrleitung thermisch vorgespannt. Dabei wird das Stahlrohr mit warmem Wasser oder elektrisch [5] etwa auf die halbe maximale Betriebstemperatur aufgeheizt und dehnt sich dabei rund 750 mm je km aus. Wenn die entsprechende Temperatur erreicht ist, wird die Rohrleitung komplett mit einem Sand, der nur wenig bindige Bestandteile enthält, hinterfüllt und mindestens 10 cm damit überdeckt. In diesem Zusammenhang erwähnt die Norm EN 489 einen trockenen Sand mit einem Körnungsspektrum von 0…4 mm. In ohnehin sandigen Böden, etwa in Island, wird das Kunststoffmantelverbundrohr auch direkt in den Erdboden verlegt. Dieses Verfahren entspricht nicht der aktuellen europäischen Normung. Hier setzen mittlerweile Forschungsprojekte an, die eine sichere Verlegung der Kunststoffmantelverbundrohre in ggf. aufbereitetem Aushubmaterial zum Ziel haben, wodurch die Verlegekosten gesenkt werden sollen.
Die Verlegetiefe ist bestimmt durch die Rohrleitungsstatik. Da die Rohrdehnung durch axiale Verspannung aufgenommen wird, muss die Rohrleitung durch das Erdgewicht beschwert sein. [6]
Lebensdauer
Kunststoffmantelverbundrohre samt Muffen werden für eine Betriebsdauer von mindestens 30 Jahren ausgelegt. Die ältesten in Betrieb befindlichen Kunststoffmantelverbundrohre sind etwa 40 Jahre (Stand 2009) alt. Nach 30 Jahren Betrieb werden zumeist noch immer noch die normativen Anforderungen der EN 253 erfüllt.[7] Einzelne Muffenschäden treten kontiunuierlich in der Betriebszeit auf, können aber durch die Leckageüberwachung aufgefunden und räumlich eingegrenzt werden, um die Sanierung zu erleichtern. [8]
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ Technische Beschreibung PREMANT-Fernwärmeleitung (Stand: 15. April 2010)
- ↑ Nordisches System
- ↑ Widerstandsortung
- ↑ [1] Photographischer Baubericht einer Fernwärmeleitung der EVN Wärme; Stand 11 Sept 2010
- ↑ Andreas Oberhammer; Die längste Fernwärmeleitung Österreichs ...., Abbildung Seite 28 ; März 2010; Stand 2. April 2010
- ↑ ÖNORM EN 13491 Berechnung und Verlegung von Kunststoffmantelrohren
- ↑ http://www.fernwärme.de/Forschungsprojekte.html Restlebensdaueranalyse an 30 Jahren alten Kunststoffverbundmantelrohren
- ↑ Klaus Kott KMR-Schadensstatistik der Stadtwerke Erfurt, Seite 119,
