Lineare Wärmeausdehnung

Die thermische Dehnung ist ein nicht zu unterschätzender Faktor im Betrieb von Rohrleitungssystemen. Sie wird durch eine verstärkte Bewegung der Atome einer bestimmten Substanz hervorgerufen, die wiederum auf die Zufuhr von Wärmeenergie zurückzuführen ist. Dadurch dehnt sich das Material aus. Bei falscher Kompensation kann dies u.a. zu einem übermäßigen Rohrdruck führen und in Folge zu Ausformungen, Rissen und sogar zu Lecks bzw. der Zerstörung der Rohrleitung. Um dem vorzubeugen können folgende Schritte gesetzt werden:

  • die Rohrleitungen aus einem Material mit niedriger thermischer Dehnung bauen

  • ein System zur Kompensation der linearen Dehnung anwenden


Bei der Verwendung der TERMOTECH-Technik gilt zu berücksichtigen, dass das Leitungsrohr, die Ummantelung und der Schaum im Zwischenraum ein Verbundrohr bilden, dessen thermische Dehnung im Rechenmodell wie folgt beträgt:

  • α = 0,015 mm/mK = 15 x 10-6K-1 - für Leitungsrohre aus GFK – Kreuzwickellaminat mit einem Glasfaseranteil von 60%

  • α = 0,025 mm/mK = 25 x 10-6K-1 - für Leitungsrohre aus GFK - Laminat von Hand hergestellt 

Berechnungsmethode

Vor der Berechnung der Dehnungswerte für die Rohrleitungen gilt es, sich folgende grundlegende Frage zu stellen: „Bei welcher Temperatur erfolgt die Montage der Rohrleitung?“ Diese Temperatur ist nämlich die Ausgangstemperatur, von der man ΔT für zwei Varianten berechnet.

1. Variante

Die Rohrleitung ist nicht in Betrieb, unterliegt jedoch äußeren Einwirkungen (es sind Extremtemperaturen im Plus- wie Minusbereich anzunehmen).

2. Variante

Die Rohrleitung ist im Normalbetrieb; hier gilt es den Temperaturfaktor von innen (der Fließfracht) und eventuell den Außenfaktor auf das Gesamtsystem zu berücksichtigen.

Die Dehnung des Gesamtsystems

ΔL = L·ΔT · α

ΔL - Veränderung der Gesamtlänge, mm

L - Grundlänge des Gesamtsystems, m

α - Dehnung einer Systemeinheit, mm/mK

ΔT - Temperaturunterschied, K

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Rechenbeispiele

Untersucht wird, wie sehr sich eine Rohrleitung mit 1000m ausdehnt. Die Materialien sind unterschiedlich, der Temperaturanstieg ΔT=50 K

Annahmen:
L=1000 m ; ΔT=50 K
Die untersuchten Materialien sind:
  • Kreuzwickellaminat mit einem Glasfaseranteil von 60%

α = 15 x 10-6 K-1
  • Laminat von Hand hergestellt 

α = 25 x 10-6 K-1
  • Stahl

α = 12 x 10-6 K-1
Ergebnisse:
  • Kreuzwickellaminat mit einem Glasfaseranteil von 60%

ΔL = 0,75 m
  • Laminat von Hand hergestellt 

ΔL = 1,25 m
  • Stahl

ΔL = 0,65 m

Lineare Ausdehnung

 

Wenn es allein um gute Wärmeausdehnungskoeffizienten geht, ist eine Stahlrohrleitung eine akzeptable Lösung. Jedoch sind hinsichtlich der Lebensdauer, Korrosions-, Chemie- und Witterungsbeständigkeit GFK-Rohre Stahlrohren eindeutig vorzuziehen. Aus der obigen Tabelle geht klar hervor, dass die lineare Ausdehnung von GFK-Rohren nur unwesentliche größer als jene von Stahlrohren ist.

Laminatrohre können in einem  Eigenkompensation-System eingesetzt werden, da die höchstzulässige Verformung für eine 1000 m lange Rohrleitung nicht 2 m übersteigen darf (also 0,2 %). Daher kann man bei der Erneuerung von Rohrleitungen auf bestehende Stützkonstruktionen zurückgreifen.