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Innovationen bei Rohrisolierungen?
VORISOLIERTE ROHRSYSTEME | Der Begriff „Innovation“ wird
vielfach nur in Zusammenhang mit High-Tech-Produkten verstanden. Selten denkt man dabei an Rohrleitungen. An ein Produkt,
das vermeintlich kein Potenzial für Verbesserungen mehr bieten
kann. Doch exakt hier setzen die Entwicklungen und Produkte der
Jabitherm Rohrsysteme AG, Troisdorf, an und bieten ein energiesparendes System für optimierte Projektplanung.
ALS DIE VERANTWORTLICHEN im
Projekt der Brauerei Heineken in Südafrika
sich auf die Suche nach einer geeigneten
Rohrisolierung begaben, standen sie vor
den üblichen Problemen: 20 000 Meter
Rohrleitung mussten installiert werden
mit Funktionen als Kälte-, Energie- und
Produktleitung. Entscheidende Kostenträger in der Planung bildeten komplexe und
kostenintensive Gerüste sowie die Erfordernis von speziellen Kälteschellen – bekannte
Probleme auch für andere Betreiber großer
Industrieanlagen wie u. a. der BASF AG,
der Kraft Foods Deutschland GmbH oder
der Dow Chemicals GmbH. Mit den voriso-
Autoren: Dipl.-Ing. Thadeus Hoss (l.) und
Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Hoppe, Jabitherm
Rohrsysteme AG, Troisdorf
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lierten Rohrsystemen der Jabitherm Rohrsysteme AG konnten diese Probleme gelöst
werden. Dadurch, dass die Schellen direkt
am Außenmantel befestigt werden, konnten „Standardschellen“ verwendet werden
und die bereits bei Auslieferung bestehende, fast vollständige Isolierung bewirkte
eine deutliche Reduzierung des Aufwands
für Gerüste.
lGrundaufbau
Entgegen der allgemeinen Meinung bieten
Rohrleitungen vielerlei Ansätze für Verbesserungen, insbesondere unter der Betrachtung steigender Energiekosten und
Aufwendungen für die Anlagenunterhaltung. Seitdem es Rohrleitungen gibt, wird
die Technik dazu von zwei Konstruktionsmethoden dominiert: Der typischen Fernwärmeleitung mit Polyethylen-Mantel,
Polyurethan-Schaumisolierung und Metall-Mediumrohr sowie der Isolierung mit
losem Dämmmaterial und einzelnen Blechschalen.
Aufgrund dieser Situation begann 1984
das Unternehmen Jabitherm Rohrsysteme
AG aus Troisdorf mit der Suche nach Verbesserungen. Mechanisch robustere Rohrkonstruktionen und eine deutlich erkennbare Reduktion der Wärmeverluste standen
auf der Wunschliste der Betreiber.
Die größte Herausforderung bei der Entwicklung bestand in der Herstellung einer
gleichmäßigen und extrem wärmedämmenden Isolierung. Das Ergebnis ist eine
Kombination aus optimierter Dämmwir-
kung und hoher mechanischer Stabilität.
Die mit dieser Entwicklung verbundene
Trittfestigkeit war dabei allerdings nur einer unter vielen Aspekten. Doch zeigt die
Praxis, dass gerade dieser Aspekt eine sehr
wichtige und nicht zu vernachlässigende
Eigenschaft des Produktes darstellt.
Abbildung 1 zeigt die Grundkonstruktion des Rohres. Sie ist gekennzeichnet durch
das zentrale Mediumrohr, eine mechanisch
robuste Schaumisolation und einen schützenden Metallmantel in Form eines Falzrohres mit innen liegender Falzung. Hieraus
ergibt sich eine leichte Montage von Isolierergänzungen oder die Installation von Armaturen im Verlauf der Prozessleitung auf
der glatten und ebenen Oberfläche.
Verschiedene Varianten, wie u. a. eine
aus zwei oder drei Wärmedämmschichten
ausgeführte Rohrkonstruktion und Konstruktionen mit Diffusionssperre, ermöglichen eine individuelle Lösung entsprechend
den Anforderungen der Anwendung.
lProduktion
Die Herstellung des Verbundrohrs erfolgt,
verglichen mit konventionell aufgebauten
Rohren, in umgekehrter Reihenfolge. Ein
Paradoxon, bildet doch hier der Außenmantel den Ausgangspunkt. Die Entwicklung nutzt hier die Erfahrung aus der Lüftungstechnik: Ein Spiralfalzrohr aus Metall,
das sich in vielen Bereichen der Industrie
bewährt hat und anerkannt ist, bildet den
äußeren Schutz der Rohrleitung. In diesen
Mantel wird das Mediumrohr exakt mittig
positioniert. Die absolut zentrische Lage ist
wichtig für die gleichmäßige Verteilung der
fließenden Schaummasse und damit auch
für die spätere Wärmeverteilung im Medium.
Eine neue Generation von Isolierschaum, dessen Komponenten eine homogene Verteilung der Luftzellen sowie eine
extrem hohe Fließfähigkeit gewährleisten,
füllt den Zwischenraum aus. Er bildet
nach Abschluss der chemischen Reaktion eine feste und tragfähige Schicht, die
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kraftschlüssig das Mediumrohr mit dem
Außenmantel verbindet. Eine für konventionelle Isolierungen nicht zu erreichende
Eigenschaft, die völlig neue Möglichkeiten
der Anwendung, der Installation und des
Betriebs eröffnet. Der hohe Druck, der sich
innerhalb des Rohres während des Schäumens aufbaut, sorgt für die völlige Ausfüllung des Hohlraums zwischen Mediumrohr
und Ummantelung.
Bei gleicher Wärmebilanz weist der oben
beschriebene kompakte Aufbau eines Verbundrohres im Vergleich zu konventionellen Rohrleitungen einen kleineren Gesamtdurchmesser auf (vgl. Tab. 1). Dadurch lässt
sich auf Rohrbrücken eine größere Anzahl
von Rohrleitungen installieren. Zudem
wird die Zugänglichkeit zu den Rohrleitungen durch größere Abstände zueinander
erleichtert.
Der modulare Aufbau des Verbundrohres und damit verbunden die Wahlmöglichkeit aus verschiedenen Werkstoffen für Mediumrohr und Ummantelung vor Produktionsbeginn ist für den Betreiber der Garant
für die optimale Anpassung des Systems
an die Bedingungen des Prozesses und der
Umgebung. So ist es möglich – unabhängig
von Standards – ein auf den Kunden zugeschnittenes Produkt zu kreieren.
lKonventionell isolierte Rohre
Als Alternative existieren in der Industrie
nach wie vor konventionelle Dämmungen.
Die Grundstruktur dieses Rohrkonzeptes ist
Abb. 2 Aufgebrochene und undichte Isolierung
Abb. 1 RAPID-ESP mit integrierter Begleitheizung
jedoch seit Beginn weitgehend unverändert.
Maßgebend sind die drei Konstruktionsanteile Mediumrohr, thermische Isolierung
und ein äußerer mechanischer Schutz.
Fand bis vor wenigen Jahren noch
Glaswolle als thermische Isolierung Anwendung, so ist diese heute vor allem aus
Gründen des Gesundheitsschutzes für die
Monteure vor Ort durch Steinwolle ersetzt.
Die Aufbringung erfolgt dabei sukzessive
Meter für Meter. Die Dichte der Steinwolle
und damit die Dicke der Dämmschicht hängen dabei sehr stark von der Erfahrung des
Handwerkers und der Qualität des Dämmwerkstoffes ab. Im Ergebnis, so zeigt es die
langjährige Erfahrung aus der Praxis, bildet sich oftmals eine schwankende Dämmdichte.
Diese wirkt sich durch unterschiedliche
Wärmeverluste und eine ungleichmäßige
Wärmeverteilung entlang des Rohres aus.
Hinzukommt die mangelnde Druckfestigkeit der Wärmedämmung aus z. B. Steinwolle. Das Besteigen und Begehen dieser
konventionell gedämmten Rohrleitungen
hinterlässt dauerhafte und nachhaltige
Spuren. Blech und Isolierung werden deformiert, Blechansätze brechen auf und
geben dem Wasser und der Feuchtigkeit
freien Zugang zu Rohr und Wärmedämmung (Abb. 2).
Dringt Feuchtigkeit in die Isolierung ein,
so können durch Ausfällung korrosiver Bestandteile in der Mineralwolle zusätzlich
Korrosionsprozesse auf der Oberfläche des
Produktrohres sowie im Bereich von Lagern
und Aufhängungen gefördert werden.
Erfahrungswerte zeigen, dass konventionelle Rohrisolierungen im Verlauf mehrerer
Jahre bis zu 30 Prozent ihrer Isolierwirkung
einbüßen. Dies kann zu erheblichen Prozessgefährdungen führen, hervorgerufen
durch z. B. Beeinträchtigung der Viskosität
und/oder veränderte Verarbeitungseigenschaften des fließenden Mediums.
lVorisolierte Rohre
Diesem Gefährdungspotenzial bei industriellen Rohrleitungen setzt das Verbundrohrsystem entscheidende technische Eigenschaften entgegen. Sie führen im Ergebnis
zu einer gesteigerten Lebensdauer bei reduziertem Unterhaltungsaufwand. Leichteres
Handling bei der Installation und geringerer Platzbedarf gegenüber konventionell
gedämmten Systemen kommen ergänzend
hinzu.
Das Konzept eines Verbundrohres setzt
gezielt bei Mechanik und der Wärmedämmung an: Der Aufbau des Verbundrohres
bringt als eine Folge der Kraftschlüssigkeit
der Konstruktion mechanisch eine Versteifung mit sich. Dies lässt physikalisch fundiert eine Begehung sowie die Erhöhung der
Stützweite zu und damit letztlich die erhebliche Reduktion der Kosten für Arbeit und
Material.
Ein weiterer Vorteil ist die konstruktionsbedingte Möglichkeit, Fixpunkte/Auflager
außen auf dem Verbundrohr zu montie-
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Abb. 3 Außenbefestigung am Verbundrohr
ren. Dadurch werden Wärmebrücken und
unnötiger Energieverbrauch vermieden
(Abb. 3). Auch ästhetischen Ansprüchen
kann das Verbundrohr-System gerecht werden. Ummantelungen aus Edelstahl haben
sich als weitere Variante ebenfalls vielfach
in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion bewährt.
Verbundrohre lassen sich durch die
modulare Struktur leicht in bestehende,
konventionell ausgeführte Rohranlagen integrieren. Der Übergang von Mineralwolle
auf den geschlossenzelligen, wasserabweisenden Isolierschaum ist unproblematisch.
lAnwendungsbereiche
In mehr als 25 Jahren konnten sich vorisolierte Rohrleitungen bzw. Verbundrohre in
praktischen Anwendungen der Industrie
erfolgreich bewähren. Petrochemie, Chemie, Nahrungs- und Genussmittelindustrie
und auch Getränkehersteller sowie Brauereien sind einige Beispiele für die erfolgreiche Implementierung des Rapid-Systems.
Chemie und Petrochemie stellen dabei
die höchste Stufe an Anforderungen an die
Widerstandsfähigkeit der beteiligten Werkstoffe. Der häufige Kontakt mit aggressiven
Stoffen führt hier vermehrt zu Leckagen
und Undichtigkeiten am Mediumrohr.
Ein weiteres Beispiel für den erfolgreichen Einsatz, ist der Umbau eines Tiefkühllagers der Migros Neuendorf AG. Das Projekt umfasste die Erneuerung des gesamten
und sehr komplexen Ammoniak-NH3 führenden Prozessrohrsystems. Der Betreiber
entschied sich aufgrund des modularen
Konzepts für die Technik mit vorisolierten
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Rohren.
Verbundrohre vom Typ Rapid wurden
ebenso favorisiert beim Einsatz von 6000
Meter Verrohrung im Projekt „Estrella
Damm“. Zentrale Argumente für die Auswahl und Anwendung waren hier die Integration mehrerer Arbeitsabläufe, nämlich
Rohrinstallation, Wärmedämmung und
Verblechung und der dadurch reduzierte
Arbeitsaufwand. Es bestätigte sich die Vermutung, dass eine Montage des kompletten
Rohres zu einem kürzerem und kalkulierbarerem Projektablauf führen könnte. Wartezeiten zwischen den einzelnen Gewerken
entfielen. Die mechanische Festigkeit und
Trittfestigkeit der Rohre erleichterten zudem das Handling.
Die Produkte der Jabitherm Rohrsysteme AG teilen sich zunächst in zwei Familien auf: Rapid und Firesafe®. Leitungen vom
Typ Rapid sind Produkte für die Kälte- und
Getränkeindustrie, bei denen eine einfache
und schnelle Verarbeitung im Vordergrund
steht. Diese Leitungen werden im Weiteren
noch in Rapid-ESP und Rapid-Cool unterteilt. ESP steht für EnergieSParrohr und
eignet sich besonders für Systeme in denen
Energieeffizienz ebenso im Fokus steht wie
zuvor genannte Attribute. Die effiziente
PUR-Isolierung ermöglicht eine Reduktion
der Isolierstärke um bis zu 30 Prozent. CoolSysteme sind für kalte Anwendungen ausgelegt. Der diffusionsdichte Mantel schützt
vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und
verhindert so die Kondensation und das Einfrieren von Wasser auf dem Außenmantel.
Eine Steigerung der Temperaturfestigkeit
für besonders kalte Anwendungen (Medientemperaturen < –100 °C) bieten die
Produkte aus der Cryo-Serie.
Firesafe-Leitungen hingegen zielen auf
die Sicherheit in den Anlagen. Das brandgeschützte System hält einem Brand bis zu
90 Minuten Stand (Kriterium ist eine Erwärmung im Mediumrohr < 450 °C). Die
Differenzierung des Firesafe-Systems erfolgt anhand der Standzeit im Brandfall.
T30 Systeme bestehen aus einem Einfachmantelsystem mit einer PUR-Isolierung mit speziellen Brandschutzzusätzen,
die eine Standzeit von mindestens 30 Minuten ermöglichen. T60 Systeme besitzen
ein Isoliersystem aus einer Kombination
von verschiedenen PUR-Materialien und
einem Doppelmantelsystem. Die Standzeit beträgt mindestens 60 Minuten. T90
Systeme sind mit einer Kombination aus
einer dreifachen PUR-Isolierung mit ebenso einem dreifachen Mantelsystem ausgestattet. So kann dem Brand mindestens 90
Minuten standgehalten werden. Alle Systeme der Produktfamilien sind ebenso mit
einem integrierten Begleitheizungssystem
■
erhältlich.
ISOLIERUNG BEIM RAPID-SYSTEM IM VERGLEICH ZU
MINERALWOLLE
Isolierung
(Größe)
Isolierstärke
Mineralwolle
Rapid-System
DN 50
50 mm
35 mm
DN 100
60 mm
40 mm
DN 150
75 mm
50 mm
DN 200
80 mm
55 mm
DN 300
100 mm
65 mm
Tab. 1