Rohrleitungen 2

Bei Wasserversorgungssystemen werden hohe Anforderungen an die Versorgungs- und Betriebssicherheit der Wassertransport- und Verteilungsanlagen gestellt. Planung, Bau, Betrieb, Überwachung und Instandhaltung dieser Anlagen müssen nach anerkannten Regeln der Technik erfolgen. Planerische und betriebliche Aspekte von Wassertransportanlagen werden in diesem Beitrag behandelt.

Die Siedlungsentwässerung (auch Siedlungswasserbau) ist ein zentraler Baustein zum Schutz der Infrastruktur vor Überflutungen und zur Wahrung hygienischer Verhältnisse in besiedelten Gebieten. Im folgenden Kapitel soll ein kurzer Abriss der Geschichte zur Siedlungsentwässerung dargestellt werden. Des Weiteren finden sich Hinweise zu den Planungsgrundsätzen der Abwasserableitung, eine Beschreibung der unterschiedlichen Abwasserkomponenten, sowie die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Entwässerungsverfahren. Zudem werden die unterschiedlichen Bemessungsverfahren für Entwässerungsleitungen dargestellt und bewertet.Die relevanten Regel- und Normenwerke sind aufgeführt.

Der steigende Energiebedarf sowie die Änderungen der Rahmenbedingungen für die Energiewirtschaft haben in den letzten Jahren zu einer Zunahme des Baues von Wasserkraftanlagen, insbesondere von Kleinwasserkraftanlagen geführt. Druckrohrleitungen für Wasserkraftanlagen werden entsprechend ihrer Funktion das Wasser von der Wasserfassung, dem Wasserspeicher oder vom Wasserschloss zu den tiefer liegenden Turbinen im Krafthaus zu führen auch als Triebwasserleitungen bezeichnet. Der Beitrag soll einen Überblick über wesentliche Punkte für Planung, Bau, Betrieb und Instandhaltung von Druckrohrleitungen für Wasserkraftanlagen geben, wobei bezüglich der Details auf die einschlägigen Regeln der Technik sowie die einschlägige Literatur verwiesen wird.

Löschwasserleitungen und Löschwassersysteme dienen der Bereitstellung von Löschwasser zur Brand- und Feuerbekämpfung durch die Feuerwehr. Feuerlöschleitungen sind häufig an die zentrale Trink- bzw. Brauchwasserversorgung, der sogenannten abhängigen Löschwasserversorgung, angeschlossen und werden durch diese gespeist. Das folgende Kapitel gibt einen Überblick zum Löschwasserbedarf, zur unterschiedlichen Löschwasserbereitstellung und erläutert die wichtigsten Begriffe und Bestandteile solcher Löschwassersysteme. Des Weiteren werden die typischen Arten von Steigleitungen (nass, nass/trocken, trocken) in und an baulichen Anlagen in kompakter Form erörtert und beschrieben. Weiterhin wird auf Löschwasseranlagen in Tunnels (Bahntunnel, Straßen- und Autobahntunnel) sowie deren Besonderheiten eingegangen. Die relevanten Regel- und Normenwerke sind aufgeführt.

Ziel dieses Kapitels ist es, dem Leser einen Überblick über die wesentlichen Randbedingungen mit Einfluss auf die Ausführung einer Rohrleitungsanlage in einem Wärmekraftwerk zu verschaffen. Neben personellen und organisatorischen Aspekten werden die wichtigsten Regelwerke, Normen und Richtlinien behandelt. Technische Themen sind vor allem die Werkstoffwahl, die Dimensionierung der Rohre, die Rohrleitungseinplanung in die Kraftwerksanlage mit den zu berücksichtigenden Randbedingungen, die als Ergebnis der Planung erstellten Fertigungs- und Montageunterlagen, Vorgaben an das Montage-, Schweiß- und Prüfpersonal sowie die Druckprobe nach erfolgter Montage. Abschließend wird noch auf den kommerziellen Projektabschluss eingegangen.Auf die Aufnahme von Berechnungsformeln wurde verzichtet, da diese in spezifischer Fachliteratur zu finden sind.

Gegenstand dieses Kapitels ist der Anwendungsbereich von Großrohrleitungen zur Förderung von Kühlwasser in thermischen Kraftwerksanlagen. Hier gelangen inzwischen vielfach glasfaserverstärkte Kunststoffrohre zur Anwendung. Insbesondere wird auf die Planung und Ausführung der im Untergrund geführten Leitungsabschnitte eingegangen. Ihre Bauwerksanschlüsse haben verschiedene Anforderungen an die Dichtigkeit zu erfüllen und müssen in Abhängigkeit von den Baugrundbedingungen in der Lage sein, Differenzsetzungen aufzunehmen. Die Auslegungsparameter der Leitungen sind für jede Anlage gesondert festzusetzen, d. h. es werden keine Liefernormen angewendet. Berücksichtigt werden muss, dass die GFK-Großrohre als biegeweiche Rohre einzustufen sind, d. h. auch der Erdkörper um das Rohr herum ist Teil des Lastabtragungssystems. Eine besondere Rolle kommt daher der Qualitätssicherung bei der Rückfüllung zu. Diese muss die in der Rohrstatik zugrunde gelegten Verformungsmodule aufweisen. Hierzu dient der erzielte Verdichtungsgrad als zentraler Beurteilungsmaßstab. Zu seiner Bestimmung müssen praxisgerechte indirekte Bestimmungsverfahren herangezogen werden. In Verbindung mit der Qualitätssicherung bei der eigentlichen Rohrverlegung wird so die Herstellung funktionsgerechter und dauerhafter Leitungen gewährleistet.

Fernwasserleitungen transportieren große Mengen Trinkwasser durch großkalibrige Rohrleitungen über längere Entfernungen. Hohe Anforderungen sind an die Planung und an den Betrieb zu stellen, um die Versorgungssicherheit und die Wirtschaftlichkeit der gesamten Transportanlage zu gewährleisten. In diesem Beitrag werden Grundlagen für die Planung und für die wirtschaftliche Bemessung von Rohrleitungen erläutert. Ferner werden die rechtlichen Anforderungen diskutiert und an Beispielen ein energieeffizienter Betrieb von Fernwasserleitungen aufgezeigt.

Mineralölfernleitungen zählen zu den wichtigsten Elementen einer modernen Infrastruktur. Ohne Pipelines wäre es nicht möglich, die großen Industriezentren mit Rohöl zu beliefern. Damit die Mineralölfernleitungen die ihnen zugewiesenen Aufgaben zuverlässig und dauerhaft erfüllen können, müssen alle Anlagenteile sorgfältig geplant, betrieben, überwacht und gewartet werden. Der Betrieb und die Überwachung der Pipelines erfolgt heute mit leistungsfähigen Prozessrechnern unter Einsatz von intelligenten „Data Aquisition Systems“. In diesem Beitrag werden einige wichtige Aspekte der Pipelineplanung, des Betriebes, der Überwachung und der Leckageerkennung beschrieben.

Im vorliegenden Abschnitt wird der grundsätzliche Aufbau von Gastransport- und Gasverteilsystemen beschrieben und das Zusammenwirken relevanter Systemelemente dargelegt. Das Erdgasaufkommen für Deutschland sowie der Zusammenhang zwischen Gas- und Energietransport wird erläutert. Wichtige Größen zur Beschreibung der Gasqualität, wie beispielsweise der Brennwert bzw. der Wobbe-Index, werden eingeführt. Konstruktive Aspekte der Auslegung von Gasleitungen und der Materialauswahl werden erläutert, wichtige Bezüge zum technischen Regelwerk aufgeführt und maßgebende Begriffe aus dem EnWG zusammengestellt. Ausgewählte Fragen der Ermittlung der durchschnittlichen jährlichen Gastransportkosten werden diskutiert und wichtige Größen zur Abschätzung der Herstellkosten von Gastransportsystemen zusammengestellt.

Ein wesentliches Element der kommunalen Energieversorgung ist seit vielen Jahrzehnten die leitungsgebundene Versorgung mit brennbarem Gas. War es anfänglich das lokal erzeugte Stadtgas, ist es heute vor allem Erdgas, welches von der Stelle des Vorkommens über Hochdruck-Transportleitungen mit Hilfe von Gasdruckregelanlagen und Verteilerleitungen zu den Verbrauchern gelangt. Die wichtigsten Faktoren bei der Planung und der Errichtung sind der Leitungsdurchmesser und der maximale Betriebsdruck. Im Rahmen der Planung von Erdgasleitungen müssen entsprechend den rechtlichen und technischen Rahmenbedingungen die technisch-konstruktiven Anforderungen an die Leitungen entsprechend dem zukünftigen Betrieb festgelegt und die erforderlichen Projekt- und Bauunterlagen erstellt werden. Grundsätzlich sind folgende Tätigkeiten für Erdgasleitungen zu erbringen: Projektierung, Detailplanung, Einholung von Genehmigungen, Bauvorbereitung, Baudurchführung, Inbetriebnahme und Instandhaltung. Im nachfolgenden Beitrag sind die wesentlichen Punkte für Planung, Bau, Betrieb und Instandhaltung von Erdgasleitungen zusammengestellt und erläutert.

Müssen Gerinne- oder Freispiegelleitungen Flüsse, Kanäle, Bahnlinien, Straßen, Deiche, Kabel- oder Pipelinetrassen usw. queren, so werden diese als Düker im Sinne eines Unterbogens unterfahren. Als Heber werden hingegen Druckleitungen als Überbogen bezeichnet, deren Scheitelpunkt über dem Wasserstand eines oberen Beckens oder Behälters liegt, von dem eine Flüssigkeit in ein tieferes Becken oder in einen tieferen Behälter befördert werden soll. Das folgende Kapitel beschreibt die wichtigsten Begriffe, Funktionsweisen und Anforderungen an Düker und Heber. Des Weiteren werden verschiedene Bauausführungen, Verlegungen und Bauweisen von Dükern und Hebern erläutert. Die relevante Literatur sowie die gültigen Normen und Regelwerke sind aufgeführt.

Sonderentwässerungssysteme in Form von Druck- und Vakuumsystemen werden im Wesentlichen dort zur zentralen Abwasserableitung eingesetzt, wo eine Entwässerung mittels Freispiegelkanalisation aufgrund geringer Siedlungsdichte technisch äußerst aufwändig bzw. nicht mehr wirtschaftlich ist. Das folgende Kapitel gibt einen Überblick über die Sonderentwässerungssysteme, woraus diese bestehen und welche Besonderheiten sie im Einzelnen aufweisen.Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen bzw. Regelwerke sind aufgeführt.

Das nachfolgende Kapitel beschäftigt sich mit dem Einsatz von Rohrleitungen zum Transport und zur Förderung von Feststoffen. Die Strömungsförderung erfolgt entweder als pneumatische Förderung mit einem Gas (zumeist Luft) oder hydraulisch mit einer Flüssigkeit (fast ausschließlich Wasser). Dazu erfolgen zunächst allgemeine Ausführungen und Erläuterungen zu unterschiedlichen Fördersystemen sowie zu deren Betriebsbereichen. Im Weiteren wird die pneumatische Förderung umfassend erläutert. Nach einer Einteilung der pneumatischen Förderung mit Hilfe von Zustandsdiagrammen werden die technischen Fördersysteme und deren technische Charakteristika beschrieben. Ergänzend wird die hydraulische Förderung erörtert. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Regel- und Normenwerke sind aufgeführt.

Drainage- und Sickerleitungen sowie Versickerungs- und Verrieselungsleitungen dienen der Regulierung des Bodenwasserhaushaltes bzw. der Bodenwasserbewirtschaftung, indem sie Wasser dem Boden entziehen oder zuführen. Das folgende Kapitel erläutert die wichtigsten Begriffe und Bestandteile solcher Anlagen. Des Weiteren werden die eingesetzten Rohrformen und zugehörigen Anforderungskriterien beschrieben. Typische Einsatzfelder von Drän- und Sickerleitungen wie Melioration, Grundmauerschutz im Hoch- und Ingenieurbau, Entwässerung bei Verkehrs- und Tunnelanlagen und Deponieentwässerung werden im Überblick erörtert und beschrieben. Ergänzend erfolgt die Beschreibung der wichtigsten Anforderungen an Verrieselungs- und Versickerungsanlagen. Es wird auf die Phänomene der Verockerung, Versinterung und Verschluffung eingegangen. Sämtliche relevanten Regel- und Normenwerke sind aufgeführt.

Das vorliegende Kapitel befasst sich mit dem Einbau und der Verlegung von Rohrleitungsbauwerken, insbesondere am Beispiel von Abwasser- aber auch Druckwasserleitungen. Es wird ein Überblick über die relevanten Regelwerke gegeben. Zudem erfolgt eine genaue Beschreibung der Herstellung von Rohrleitungen in offener Bauweise, den automatisierten Verlegeverfahren Pflug und Fräse sowie der geschlossenen Bauweise, welche in Abhängigkeit der äußeren Randbedingungen, wie anstehender Bodenart und Siedlungsdichte, eingesetzt werden. Darüber hinaus wird auf die Verwendung von zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen, sog. Flüssigböden, eingegangen. Aufgrund der besonderen Anforderungen erfolgt die Abhandlung der Erdverlegung von Fernwärmeleitungen in einem eigenen Abschnitt.Sämtliche relevanten Regel- und Normenwerke sind aufgeführt.

Erste Sammelkanäle bzw. Leitungstunnel oder Kollektoren wurden bereits Mitte des 19. Jahrhunderts in Paris und London gebaut. Weitere europäische Länder folgten in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts. In den 1930er-Jahren begann eine intensive Entwicklung der Kollektorbauweise vor allem in der damaligen Sowjetunion und nach 1950 in den osteuropäischen Ländern. Aufgrund der großen Verbreitung im Rahmen der Erschließung neuer Stadtteile (häufig in Plattenbauweise) wurden in der damaligen DDR in einem umfassenden Vorschriftenwerk (TGL) verschiedenste Konstruktionslösungen ausgearbeitet und umgesetzt, die sowohl konstruktive Probleme als auch sicherheitstechnische Fragen umfassen. Sammelkanäle und Kollektoren bilden daher wesentliche Bauwerke der unterirdischen Infrastruktur in vielen ostdeutschen Großstädten. Das Kapitel befasst sich mit der Begriffsbestimmung, beleuchtet die historische Entwicklung von Sammelkanälen und Kollektoren sowie die Bauweisen in Deutschland nach 1945. Des Weiteren wird die bauliche und funktionelle Gestaltung von Sammelkanälen erläutert und dargelegt.

Eine direkte Verlegung von Rohrleitungen ist immer dann angebracht, wenn die landseitige Umgehung eines Gewässers, Sees oder auch Meeres praktisch nicht umsetzbar bzw. wirtschaftlich nicht vertretbar wäre. Auch müssen sehr häufig Kühlwasserleitungen von Kraftwerken zur sicheren Wasserentnahme und -abgabe ausreichend in ein Gewässer eingebunden werden, was eine Wasserverlegung nötig macht. Darüber hinaus empfiehlt sich eine wasserbasierte Verlegung in Tunnels und Stollen, wenn deren ursprüngliche Funktion uneingeschränkt beibehalten und sichergestellt werden muss. Das Kapitel beschäftigt sich mit Rohrleitungen in Seen und maritimen Gewässern. Es wird neben allgemeinen Anforderungen auf den Einschwimmvorgang und die Absenkverfahren sowie auf die Verlegung von Offshore-Leitungen auf dem Grund oder im Wasser frei schwebend eingegangen. Darüber hinaus wird gezeigt, wie das wasserbasierte Einschwimmen in Stollen und Tunnels vorgenommen werden kann.

Brückenrohrleitungen sind wesentliche Bestandteile kommunaler Ver- und Entsorgungssysteme bei der oberirdischen Querung von Wasserläufen oder auch von Verkehrstrassen. Im Allgemeinen sind sie in solchen Fällen einfacher und kostengünstiger als unterirdische Querungen zu errichten. Sowohl aus technischer als auch wirtschaftlicher Sicht ist es notwendig, bei der Errichtung und Instandhaltung von Brückenrohrleitungen die Arbeiten in der Brücke zu minimieren. Das nachfolgende Kapitel beschäftigt sich mit den Planungs- und Ausführungsanforderungen sowie mit Grundlagen und Hinweisen zur Berechnung von Brückenrohrleitungen. Darüber hinaus werden Erläuterungen zur Instandhaltung von Brückenrohrleitungen dargelegt. Ergänzt werden die Ausführungen durch zwei Beispiele (Tullner-Brücke/Niederösterreich und Prater-Brücke/Wien).

Das vorliegende Kapitel befasst sich mit verschiedenen Arten und Verlegungen von Rohrleitungen, die in speziellen Fällen zur Anwendung kommen und die als Sonderformen bei der Verlegung von Rohrleitungen gelten. Hierzu zählen Freileitungen, gemauerte Abwasserleitungen und Kanäle, Ortbetonleitungen sowie fliegende Leitungen. Die relevante Literatur sowie die wichtigen Regel- und Normenwerke sind aufgeführt.

Reagiert ein metallischer Werkstoff mit Umgebungsmedien, kommt es zu dessen Korrosion. Insbesondere verlegte Guss- und Stahlrohrleitungen sind einer Korrosionsgefahr im Betrieb ausgesetzt, so dass bei diesen auf einen hohen und umfangreichen Korrosionsschutz geachtet werden muss. Das folgende Kapitel erläutert die grundlegenden Vorgänge sowie die auftretenden Formen der Korrosion. Hierbei wird v. a. auf Korrosion infolge Umhüllungsschäden, Elementbildung sowie Streustrom- und Wechselstrombeeinflussung eingegangen. Des Weiteren werden Maßnahmen des passiven (Beschichtungen, Umhüllungen) sowie des aktiven Korrosionsschutzes (KKS-Systeme) vorgestellt und erläutert. Der Fokus liegt dabei auf KKS-Systemen mit Fremdstrom sowie mit galvanischen Anoden. Die Ermittlung der erforderlichen Schutzstromdichten, der Gesamtanzahl sowie der Lebensdauer von galvanischen Anoden wird erörtert. Die relevanten Regel- und Normenwerke sind aufgeführt.

Die Prüfung eines Rohrleitungsbauwerks vor Abnahme, bei der Abnahme, bei der Gewährleistung oder nach landesrechtlichen Vorschriften im Rahmen der Eigenüberwachung ist aus bautechnischen und rechtlichen Gründen notwendig. Die Bedeutung der verschiedenen Prüfmöglichkeiten wird dargestellt. Behandelt werden dabei für Abwasserleitungen die Prüfung der Verfüllung des Rohrgrabens, optische Prüfungen und Dichtheitsprüfungen sowie andere Prüfmethoden für weitere Rohrleitungstypen.

Die Dokumentation von Rohrleitungssystemen ist ein wesentliches Element für den nachhaltig sicheren und zuverlässigen Betrieb von Rohrleitungen. Dabei werden rechtliche und technische Rahmenbedingungen sowie die Formen der Dokumentation vorgestellt. Darüber hinaus erfolgt die Erläuterung und Diskussion von Planwerken für Leitungen und Netze, Rohrnetzdokumentationen und Netzinformationssystemen.

Für den Transport von Flüssigkeiten und Gasen ist es grundlegend notwendig, die erforderlichen Rohrleitungen hinsichtlich auftretender Fließ- und Strömungsverluste infolge Rohrreibung und örtlicher Verluste sowie bezüglich erforderlicher Rohrquerschnitte zu dimensionieren. Der folgende Beitrag behandelt die Fließ- und Strömungsverluste in Druckleitungen, sowohl für inkompressible (Flüssigkeiten) als auch kompressible (Gase) Medien. Weiterhin werden das Druckstoßphänomen bei Flüssigkeitsleitungen sowie dessen Erscheinungsformen und Berechnungen diskutiert. Einen weiteren Schwerpunkt bildet die hydraulische Dimensionierung von Vakuum- und Unterdruckleitungen sowie von unbelüfteten und belüfteten Hebern. Abschließend erfolgt die Darstellung der hydraulischen Konzipierung von Freispiegelleitungen nach dem Teilfüllungsprinzip.

Drainage- und Sickeranlagen dienen dem Entzug von Bodenwasser. Als Umkehrprozess zum Drainieren/Sickern gelten die Versickerung bzw. die Verrieselung, die dem Boden Wasser zuführen (Infiltration). Das folgende Kapitel beschäftigt sich mit der hydraulischen Dimensionierung von Drain-/Sickerleitungen sowie von Versicker-/Verrieselungsleitungen. Dabei wird auf den Drain- bzw. Sickerwasserandrang für Leitungen bei stationärer Zuströmung im Grundwasser liegend, sowie für parallele Drain- und Sickerleitungen im Grundwasser mit Dränabstand eingegangen. Es werden verschiedene Bodenprofile sowie freies und gespanntes Grundwasser berücksichtigt. Ebenso werden der Versickerungs- und Verrieselungsvolumenstrom ermittelt. Des Weiteren erfolgt die hydraulische Dimensionierung der Rohrquerschnitte für verschiedene, übliche Rohrtypen. Die relevanten Regel- und Normenwerke sind aufgeführt.

Im vorliegenden Abschnitt werden die grundlegenden Gleichungen zur Druckverlustberechnung in Gastransport- und kombinierten Gastransport- und Gasabsatzleitungen zusammengestellt. Es kann gezeigt werden, dass die für den allgemeinen Fall der kombinierten Leitungen geltenden Gleichungen die reinen Transportleitungen und die reinen Absatzleitungen jeweils als Grenzwerte enthalten. Der Höheneinfluss auf den Druckverlauf wird exemplarisch für Gastransportleitungen diskutiert. Es wird gezeigt, dass die Druckverläufe und somit auch die Kapazität der Leitung wesentlich durch den Leitungstyp bestimmt sind. Für alle betrachteten Fälle werden die jeweils maßgebenden Grundansätze für differentielle Leitungselemente kurz dargelegt und durch Integration der entsprechenden Differentialgleichungen gebrauchsfertige Gleichungen für die Druckverlustberechnung und zur Ermittlung der Kapazität der verschiedenen Leitungen abgeleitet. Die durchgeführten Betrachtungen gelten für quasiisotherme Strömungen. Alle für die Ermittlung der Rohrreibungszahl erforderlichen Zusammenhänge wurden kurz kommentiert angegeben. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen bzw. Regelwerke sind aufgeführt.

Im vorliegenden Abschnitt werden die Grundlagen zur Ermittlung der Transportkapazität von Gasleitungen zusammengestellt. Maßnahmen für die Erhöhung der Transportkapazität werden erörtert; alle für die Berechnung der Transportkapazität von Leitungssystemen, wie Loopleitungen, Parallelleitungen usw., werden ausführlich hergeleitet und erläutert. Hierbei hat es sich als sinnvoll erwiesen, normierte Darstellungen zu verwenden. Wichtige Zusammenhänge sind stets zusätzlich grafisch veranschaulicht. Das ermöglicht es dem planenden Ingenieur, unkompliziert Bandbreiten für mögliche Handlungsoptionen abzuschätzen. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen bzw. Regelwerke sind aufgeführt.

Die sog. Netzatmung bzw. Rohrleitungsspeicherung stellt eine in der Gaswirtschaft eingeführte Methode zur Kostenoptimierung beim Gasbezug dar, bei der der Rohrleitung bzw. dem Rohrnetz sowohl eine Transportfunktion als auch eine Speicherfunktion zukommt. Im vorliegenden Kapitel werden alle Grundlagen zur Modellierung der Gasspeicherung in Rohrleitungen zusammengestellt und die entsprechenden Arbeitsgleichungen ausführlich hergeleitet. Alle zur Berechnung erforderlichen Stoffdaten werden bereitgestellt, grundsätzliche physikalische Zusammenhänge erörtert und exemplarisch ausgewertet. In allen Fällen werden stationäre isotherme Verhältnisse vorausgesetzt. Anhand von exemplarischen Auswertungen der abgeleiteten Gleichungen können Größenordnungen der Speicherwirkung von Leitungen abgeschätzt werden. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen bzw. Regelwerke sind aufgeführt.

Der Transport von Wasser oder anderen Fluiden in Rohrleitungen kann durch eingeschlossene Luft stark beeinflusst werden. Beispielhaft kann man den Füllprozess einer neu gebauten Leitung nennen oder die Druckluftspülung bei Abwassertransportleitungen. Meist sind es allerdings kleine Luftmengen, wie z. B. einzelne Luftblasen, die in die Rohrleitung gelangen und mit dem Wasser oder dem Fluid transportiert werden. Diese gemeinsame Bewegung innerhalb der Rohrleitung unterliegt dem Einfluss der Gravitation und sie ist abhängig von der Geschwindigkeit sowie der Turbulenz der Strömung. Die eingeschlossene Luft beeinflusst nicht nur die Bewegung der Fluide, auch Druckschwankungen und Druckstöße verändern wegen der Kompressibilität der Luft ihr Verhalten. Dieser Abschnitt soll einen kurzen Überblick über das Thema Luft in Leitungen geben, auf mögliche Probleme hinweisen und Lösungsmöglichkeiten aufzeigen. Schwerpunkt bilden dabei die nicht gewünschten aber oft vorhandenen Luftblasen in Rohrleitungen, die durch Pumpen, an undichten Stellen, durch Belüftungsarmaturen, durch Ausgasung oder durch biologische und chemische Reaktionen in Leitungen gelangen. Sie sammeln sich an Hochpunkten der Leitung oder werden mit der Strömung transportiert. Größere Ansammlungen von Luft stellen einen Strömungswiderstand dar und können im Extremfall zum Stillstand der Strömung führen. Bei größeren Geschwindigkeiten oder geringerer Neigung der Leitung werden diese Blasen mit der Strömung bewegt und dadurch selbstständig ausgetragen. Dieser Prozess wird als Selbstentlüftung bezeichnet. Durch an Hochpunkten angeordnete, automatisch arbeitende Be- und Entlüftungsventilen kann die Bildung von Luftblasen verhindert werden.

Das nachfolgende Kapitel beschreibt und erläutert die Berechnung und Bemessung von Rohrleitungen für die pneumatische Förderung von Feststoffen. Nach einer allgemeinen Ausführung zur Berechnung erfolgt die Ermittlung der zum Transport notwendigen Luftgeschwindigkeit v_g0. Dabei wird auch auf das Phänomen der Stopfgrenze eingegangen. Im Anschluss wird die Bestimmung des Druckverlustes bei pneumatischer Förderung vorgenommen. Konkret erfolgt hierzu die Berechnung des Druckverlustes bei reiner Gasströmung, durch Partikelstöße sowie durch Hub und Wandreibung des Fördergutes. Darüber hinaus werden mit Hilfe der Bewegungsgleichung die Feststofftransportgeschwindigkeiten hergeleitet und formeltechnisch angegeben. Ebenso werden die Druckverluste infolge Beschleunigung und infolge von Krümmern (Richtungsänderungen) diskutiert und erläutert. Ergänzt werden diese Ausführungen durch die Analyse des Zusatzdruckverlustes sowie die konkrete Auslegung pneumatischer Förderanlagen für eine inkompressible Gasströmung. Dabei erfolgen auch Ausführungen zur Luftexpansion entlang des Förderweges sowie deren rechnerische Berücksichtigung. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Regel- und Normenwerke sind aufgeführt.

Das folgende Kapitel befasst sich mit der Festigkeitsberechnung von Rohrleitungskomponenten, wie Rohren und Formteilen. Hierbei liegt der Fokus primär auf analytischen Ansätzen zur Ermittlung der Beanspruchungs- und Anstrengungszustände infolge Innen- und Außendrucks aber auch Wärmebelastungen sowie sonstiger Belastungen. Es werden zunächst Rohre betrachtet, wobei sowohl das einlagige Vollwandrohr als auch das Mehrlagenrohr von Bedeutung sind. Darüber hinaus werden Wickelrohre, bandagierte Rohre, Rohre mit Schweißnaht und auch unrunde Rohre sowie Reduzierungen betrachtet. Weiterhin folgen umfassende Ausführungen zu Formteilen, wie Rohrbögen, verschiedenen Abzweigtypen, Balgkompensatoren und auch Flanschverbindungen. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen und Regelwerke sind aufgeführt.

Das folgende Kapitel beschäftigt sich mit der rohrstatischen Berechnung von erd- und freiverlegten Rohrleitungen, wobei der Fokus auf analytischen Ansätzen liegt. Zunächst erfolgt die Darlegung der rohrstatischen Berechnung erdverlegter Rohrleitungen, wobei Druck-, Freispiegel- und Fernwärme- bzw. Heißwasserleitungen betrachtet werden. Hierbei wird u. a. auf das mechanische System „Fahrbahn-Boden-Rohr“, die Eigenschaften der Boden- und Verfüllmaterialien sowie der Rohrwerkstoffe eingegangen. Die einzelnen Berechnungsverfahren werden anschließend vorgestellt und erläutert. In Analogie dazu erfolgt auch die Beschreibung der rohrstatischen Berechnungsmethoden von freiverlegten Druck-, Freispiegel- und Fernwärme- bzw. Heißwasserleitungen. Abschließend werden Ausführungen zur Beanspruchbarkeit von Rohrleitungen sowie zu verschiedenen Sicherheitskonzepten und Nutzungsdauern gegeben. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen und Regelwerke sind aufgeführt.

Die grundlegenden Eigenschaften sowie die Standsicherheit alpin verlegter Rohrleitungen (u. a. Turbinenleitungen) bei flexibler, festpunktfreier Verlegung werden im nachfolgenden Kapitel dargestellt. Diese einfache und daher sehr wirtschaftliche Verlegemethode wurde bereits vor Jahren für Rohre aus duktilem Gusseisen entwickelt und in der Praxis erprobt [7]. Sie kann aber auch bei Druckrohren aus allen anderen Rohrwerkstoffen angewandt werden, sofern sich der Untergrund für eine Erdverlegung eignet. Die dargelegten Ausführungen beruhen auf einer früheren Arbeit des Autors [3]. Die Bemessung der Rohrwanddicke zur Aufnahme der Belastung durch Erddruck, Verkehrslast und Innendruck ist in zahlreichen Richtlinien und Normen festgelegt und wird hier daher nicht näher beleuchtet. Hingegen ist der Nachweis der Standsicherheit der gesamten im Gelände mit unterschiedlichen Hangneigungen verlegten Leitung Gegenstand der folgenden Ausführungen. Dabei zeigen die Ausführungen, dass eine ausreichende Standsicherheit erzielt werden kann, wenn das Verhältnis der Rückhaltekräfte zu den Abtriebskräften größer als ≥ 1,5 nachgewiesen wird.Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen bzw. Regelwerke sind aufgeführt.

Fernwärmeleitungsnetze sind komplexe Bauwerke, da sie einem veränderlichen Lastkollektiv ausgesetzt sind. Es muss bei der Auslegung mit hohen Temperaturänderungen und einhergehenden Spannungen im Rohrsystem umgegangen werden. Dabei hängt die Dimension der Leitung zunächst von der zu transportierenden Wärmemenge ab, welche ihrerseits durch das zu versorgende Siedlungsgebiet definiert ist. Im zweiten Schritt kann eine rohrstatische Bemessung auf Grundlage des erforderlichen Temperaturhubes erfolgen.

Werden Wärme oder Kälte leitungsgebunden verteilt, müssen die Medienleitungen so gedämmt sein, dass so wenig wie möglich Verluste auftreten. Grundsätzlich sind Dämmstoffe so zu konzipieren, dass sie minimale Wärmeleitfähigkeiten und Dichten, hohe Form- und Strukturbeständigkeiten sowie je nach Anwendungsfall hohe Temperaturbeständigkeiten aufweisen. Außerdem sollen sie unempfindlich gegenüber temporärer Durchfeuchtung sein und bei korrosionsempfindlichen Rohrmaterialien nicht korrosionsfördernd wirken. Das Kapitel gibt zunächst Ausführungen zu Wärmeverlusten sowie zu typischen Rohrdämmstoffen. Einen großen Teil umfassen die thermische Analyse sowie die Berechnung des Wärmeaustausches bzw. der Wärmeverluste von frei, erd- bzw. kanalverlegten Einzel- und Doppelleitungen. Im Anschluss werden Hinweise zur Auswahl und zu Berechnungsansätzen der erforderlichen Stärke der Rohrdämmung erläutert. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen und Regelwerke sind aufgeführt.

Die Rehabilitation von Versorgungs- und Kanalnetzen ist eine Daueraufgabe der Versorgungsunternehmen und Abwasserbetriebe. Durch die Sanierungsmaßnahmen (oder Renovationsmaßnahmen bei Abwasserkanälen) kann der Zeitpunkt ihrer Erneuerung verschoben werden.Ursachen und Schäden an Wasser- und Gasversorgungsnetzen sowie Kanalnetzen für die Abwasserableitung werden genannt, ebenso Aspekte der technischen und betriebswirtschaftlichen Nutzungsdauer.

Instandhaltung beinhaltet Maßnahmen zur Bewahrung und Wiederherstellung des Sollzustandes sowie Feststellung und Beurteilung des Istzustandes von technischen Mitteln eines Systems. Sie beinhalten die Wartung, die Inspektion und die Instandsetzung und schließen die Abstimmung der Instandhaltungsziele mit den Unternehmenszielen und die Festlegung entsprechender Instandhaltungsstrategien ein. Im folgenden Kapitel werden die wichtigsten Begriffe unter der Einbindung der gültigen Regelwerke erläutert. Weiterhin werden Vorteile grabenloser Bauverfahren sowie Aspekte der umweltschonenden Rehabilitation genannt.

In diesem Kapitel werden Ursachen von Schäden v. a. an Wasserversorgungsnetzen aufgezeigt und auftretende Schäden unter Berücksichtigung der jeweiligen Materialarten klassifiziert. Des Weiteren wird auf Schäden infolge fehlerhafter Verlegung und Montage, Schäden durch technisch-physikalische oder chemische Alterung, Schäden durch natürliche und künstliche Bodenbewegungen, Betriebs- und Rehabilitationsschäden sowie auf eintretende Schäden bei und nach Rehabilitationsmaßnahmen eingegangen.

In diesem Kapitel werden die Begriffe der Schadensstatistik erläutert. Für Wasser- und Gasversorgungsnetze wird die Einteilung in Rohrgenerationen tabellarisch dargestellt. Die Notwendigkeit materialtechnischer Untersuchungen wird aufgezeigt und erläutert. Im Einzelnen verweist der Beitrag für Wasserrohrnetze auf die DVGW-Statistik und bei Gasrohrnetzen auf das DVGW-Regelwerk G 401 bzw. G 402. Des Weiteren werden die Verfahrensschritte von materialtechnischen Zustandsuntersuchungen sowie die Verfahren nach Brussig, Böhm und Sorge detailliert erläutert.

Die Möglichkeiten der Rehabilitation für Wasser- und Gasleitungen werden unter Berücksichtigung der gültigen Normen, Richtlinien und DVGW-Regeln dargestellt. Die Ausarbeitung der einzelnen Rehabilitationsverfahren erfolgte mit Unterstützung der genannten Unternehmen und Personen, die aktuelles Bildmaterial aus ihrer Praxis freundlicherweise zur Verfügung gestellt haben. Als weiterführend sind die Publikationen des Verfassers zur „Rehabilitation von Wasserrohrnetzen“ (2009) und „Rehabilitation von Leitungen der Technischen Versorgung“ (Bauhaus-Universität Weimar – Weiterbildendes Studium Wasser und Umwelt 2015) zu nennen.

Fernwassersysteme und Großrohrleitungen wurden in Deutschland im 20. Jahrhundert aus unterschiedlichen Gründen gebaut. Zur Inspektion der Fernwasserversorgungssysteme gehören Maßnahmen zur turnusmäßigen Prüfung des Zustandes von Anlagenteilen und Betriebseinrichtungen. Das nachfolgende Kapitel erörtert kompakt den Zustand und die Struktur des Fernwassersystems v. a. in Deutschland und legt typische Schäden offen. Des Weiteren werden mögliche Rehabilitationsmaßnahmen vorgestellt. Ein besonderer Schwerpunkt wird auf die Instandsetzung und Sanierung von großformatigen Spannbeton- und Stahlbetondruckleitungen gelegt, da der Großteil der Fernleitungen aus diesem Rohrwerkstoff errichtet worden ist. Hierbei werden spezielle Reparatur- und Sanierungsverfahren beschrieben. Die relevante Literatur sowie die maßgeblichen Regelwerke und Normen sind aufgeführt.

An Kanäle und Leitungen werden besondere bautechnische Anforderungen gestellt, die in allen Nutzungsdauerphasen und bei der Auswahl von Sanierungsverfahren angemessen zu berücksichtigen sind. Auf der Basis der Leistungsanforderungen an ein (saniertes) System hinsichtlich der Standsicherheit, Betriebssicherheit, Dichtheit und Dauerhaftigkeit lassen sich auch Ziele für die Sanierung ableiten, die bei der Auswahl eines Sanierungsverfahrens herangezogen werden. Als eine maßgebliche Größe zur Auswahl eines Sanierungsverfahrens werden in der Regel Schadensbilder im Zuge der Zustandserfassung und -bewertung aufgenommen. Abhängig von der Häufigkeit und der Verteilung der Schadensbilder über die zu sanierende Kanallänge steht eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren zur Reparatur, Renovierung oder Erneuerung der schadhaften Bauwerke zur Verfügung. Dieses Kapitel gibt einen kompakten Überblick über typische Schadensbilder an Abwasserkanälen und -schächten und stellt marktübliche Sanierungsverfahren zusammenfassend vor. Ausführungen zur Qualitätssicherung und Prüfung runden das Bild ab.

Ausgehend von der historischen Entwicklung des Baus von Fernwärmekanälen für Dampf und Heißwasser wird die Einteilung der Verlegeverfahren (Kanalverlegung, kanalfreie Verlegung, Verlegung in Sammelkanälen und Leitungsgängen sowie auf Sockeln und Stützen) dargestellt und erläutert. Nachfolgend werden Schadensursachen in Abhängigkeit vom jeweiligen Verlegeverfahren genannt, Möglichkeiten der Schadensuntersuchungen erörtert und Bilder von aufgetretenen Schäden gezeigt. Die Rehabilitationsstrategie wird auszugsweise nach dem AGFW FW 114 vorgestellt und erläutert. Abschließend werden die Maßnahmen der Instandsetzung sowie der Rehabilitation von Fernwärmeleitungen diskutiert.