FERTIGROHRSEGMENT MIT ECKENTLASTETEN KOMPENSATOREN
FÜR HOHE TEMPERATUREN (+800°C)

Belman entwickelte und fertigte ein spezielles, doppelwandiges Fertigrohrsegment mit eckentlasteten Kompensatoren für eine Heißgasleitung in einem deutschen Entwicklungszentrum für Großmotoren-Turbolader. Zur Erleichterung von Transport und Handhabung wurde es in zwei Abschnitten zur Montage vor Ort geliefert.

 

PROBLEMATIK DES KUNDEN
Der Kunde benötigte ein komplexes Fertigrohrsegment mit eckentlasteten Kompensatoren, das die während des Betriebs auftretenden axialen und lateralen Bewegungen aufnehmen kann. Da die Installation an einer Hochtemperatur-Heißgasleitung (+800°C) erfolgt, verlangte der Kunde ein vollständig mit Superwool isoliertes Fertigrohrsegment, das die Außenwandtemperatur unter +250°C hält. Diese anspruchsvolle Aufgabe erforderte einen erfahrenen Kompensatorhersteller mit nachgewiesener Erfahrung in großen Nennweiten, komplexen Konstruktionen sowie in technischer Entwicklung, Prüfung und Fertigung, weshalb sich der Kunde für Belman entschied.

 

DIE LÖSUNG VON BELMAN

Fertigrohrsegment mit eckentlasteten Kompensatoren, geliefert in zwei Abschnitten

Laut Kundenzeichnungen und -anfrage überschritt das Fertigrohrsegment die Maße 8 × 6 Meter, was Transport und Handhabung erschwerte. Deshalb wurde es in zwei Abschnitte geteilt und vor Ort mittels zweier Flanschverbindungen zusammengesetzt.

Belman entwickelte und fertigte das doppelte Fertigrohrsegment mit eckentlasteten Kompensatoren. Die Maße der beiden eckentlasteten Kompensatoren betrugen:

• 3,77 Meter langer eckentlasteter Kompensator mit DN 1000 und einem Gewicht von 2,7 Tonnen
• 4,45 Meter langer eckentlasteter Kompensator mit DN 1000 und einem Gewicht von 3,55 Tonnen

Die kompletten Fertigrohrsegmente mit Kompensatoren wurden in zwei transportable Abschnitte mit folgenden Maßen unterteilt:

• Abschnitt 1: Fertigrohrsegment mit dem 3,7 Meter langen eckentlasteten Kompensator, dem T-Stück und dem Blindflansch; Abmessungen: 5,5 × 2 Meter
• Abschnitt 2: Fertigrohrsegment mit dem 4,45 Meter langen eckentlasteten Kompensator und zwei Reduzierstücken; Abmessungen: 4 × 4,5 Meter

Die Anwendung erforderte eine doppelwandige Auslegung aller Bauteile und Kompensatoren im Fertigrohrsegment. Die Innenwand aus 1.4876H (für den Heißgaseinsatz bei +800°C) diente als Innenleitrohr, während die Außenwand aus 16Mo3 gefertigt wurde. Zwischen den Wänden wurde eine Superwool-Isolierung angebracht. Nur ein Reduzierstück blieb unisoliert, das als Übergang zwischen dem Rohrsegment und dem Anschlussrohr des Rohrleitungssystems diente. Zur Erhöhung der strukturellen Stabilität wurden die Endplatten des eckentlasteten Kompensators verstärkt, um Belastungen standzuhalten, und Zuganker wurden strategisch angebracht, um die Bewegungsaufnahme zu steuern und zu begrenzen.

Nach der Montage jedes Abschnitts wurden Blindflansche an den Enden der Fertigrohrsegmente angebracht und diese einer Druckprüfung bei 12,26 barg unterzogen. Im Anschluss an die Druckprüfung wurde das Wasser vollständig abgelassen. Nachdem die Fertigrohrsegmente getrocknet waren, wurde Superwool-Isolierung in den Hohlraum zwischen den beiden Wänden eingeblasen. Zusätzlich zur Druckprüfung erfolgten eine Sichtprüfung und eine Dichtigkeitsprüfung. Die Fertigrohrsegmente sind CE-gekennzeichnet, teilweise rückverfolgbar und werden mit einem Produktionsdatenbuch (MDB) geliefert.

 

Warum wurden die Werkstoffe 16Mo3 und 1.4876H verwendet?

Da die Medientemperatur in der Heißgasleitung +800°C erreicht, wurde das Fertigrohrsegment mit eckentlasteten Kompensatoren aus den Werkstoffen 1.4876H (Innenteil) und 16Mo3 (Außenteil) gefertigt. Beide Stahlsorten sind hitzebeständig, wurden jedoch für unterschiedliche Einsatzzwecke ausgewählt. Für die Teile in direktem Kontakt mit dem heißen Gasmedium wurde 1.4876H (Legierung 800H) verwendet. Dieser Werkstoff bietet ausgezeichneten Schutz gegen Hochtemperaturkorrosion, Oxidation und Nitrierung und behält auch bei hohen Temperaturen seine gute Kriechfestigkeit. Sein hoher Nickelanteil macht ihn besonders geeignet für aggressive Heißgasumgebungen. Für die äußeren Teile mit geringerer Temperatur und Korrosionsbelastung wurde hingegen der Werkstoff 16Mo3 verwendet. Es bietet eine für diesen Bereich ausreichende Hitzebeständigkeit (typischerweise ca. +500 bis +530°C), ist aber deutlich kostengünstiger sowie einfacher zu beschaffen, zu schweißen und zu verarbeiten. Die Kombination dieser beiden Werkstoffe ergab maximale Haltbarkeit und Leistung an den am stärksten thermisch beanspruchten Stellen, während die Gesamtlösung kosteneffizient blieb.

 

Warum wurden am Fertigrohrsegment mit eckentlasteten Kompensatoren Entlüftungsöffnungen angebracht?

Wegen der hohen Medientemperatur von +800°C mussten die doppelwandigen Fertigrohrsegmente mit eckentlasteten Kompensatoren aus hitzebeständigen Werkstoffen gefertigt werden. Zur technischen und wirtschaftlichen Optimierung wurde die Innenwand dünner gehalten, um weniger von dem teuren Hochtemperaturwerkstoff zu verbrauchen. Die optimierte, dünnere Innenwand konnte jedoch dem hohen Betriebsdruck allein nicht standhalten. Daher wurden Entlüftungsöffnungen eingearbeitet, um den Innendruck auf die Außenwand zu übertragen. Die Entlüftungsöffnungen wurden sorgfältig so bemessen, dass sie für einen reibungslosen Durchfluss und Druckausgleich sorgen und gleichzeitig ein Eindringen der Isolierung in die Rohrleitung verhindern. Die Entlüftungsöffnungen wurden strategisch positioniert und nach einem bestimmten Muster nummeriert, sodass sie einen wirkungsvollen und gleichmäßigen Druckausgleich von der Innen- zur Außenwand sicherstellen. Die Außenwand (Hülle) wurde aus einem dickeren, kostengünstigeren Werkstoff gefertigt, da diese Schicht weniger hitzebeständig sein muss. Durch ihre größere Dicke hält sie der hohen Druckbelastung stand und entlastet so die dünnere Innenwand.

Eine umfassende ANSYS-Analyse und begleitende Berechnungen zeigten, dass ⌀20-mm-Entlüftungsöffnungen die optimale Lösung darstellen, angeordnet in 64 × ⌀20 mm pro mbar.

 

Sondertransport aufgrund übergroßer Abmessungen

Wegen der übergroßen Abmessungen wurden die Fertigrohrsegmente mit eckentlasteten Kompensatoren per Sondertransport auf einem Tieflader geliefert. Dem Lkw folgte auf der gesamten Strecke ein Begleitfahrzeug. Zum Schutz der Fertigrohrsegmente mit Kompensatoren während des Transports wurde jedes Segment in speziell gefertigte ISPM-15‑Holzkisten verpackt. Wegen des hohen Gewichts der Fertigrohrsegmente wurden die Böden der Holzkisten verstärkt, um sie sicher heben und handhaben zu können. Die ISPM-15 Holzkisten erlaubten es dem Kunden außerdem, die Fertigrohrsegmente in der Originalverpackung sicher und geschützt bis zur Montage aufzubewahren. Um das Eindringen von Wasser zu verhindern und die Fertigrohrsegmente zu schützen, wurde das Innere jeder Kiste mit Kunststoff ausgekleidet. Zudem wurden die Kistenoberseiten mit Planen abgedeckt, welche die Fertigrohrsegmente während des Transports auf dem offenen Tieflader vor Feuchtigkeit und Nässe schützten.

 

Belman – erprobte Erfahrung mit Kompensatoren großer Nennweite

Belmans über dreißigjährige Erfahrung in Auslegung und Herstellung umfasst auch die fachgerechte Entwicklung, Fertigung und Lieferung zahlreicher Konstruktionen und Kompensatoren mit großer Nennweite. Mit unseren Einrichtungen, unseren Fähigkeiten, unserem Know-how und unserem handwerklichen Können hat unser erfahrenes Team erfolgreiche Lieferungen von Konstruktionen mit großer Nennweite an Kunden verschiedenster Branchen und Anwendungen durchgeführt. Zu den herausragenden Beispielen gehören ein zehn Meter langer und vierzig Tonnen schwerer DN-2800-Kompensator für ein Stahlwerk sowie ein vier Meter langer axialer, druckentlasteter DN-2500-Kompensator mit einem Ausgleichsbalg von DN 3800.