TRbF 301 - Richtlinie für Fernleitungen zum Befördern gefährdender Flüssigkeiten -RFF-Anhang G

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Geltungsbereich

Dieser Anhang zur RFF (TRbF 301) gilt für die sicherheitstechnischen Anforderungen an die Überwachung von Fernleitungen im Einwirkungsbereich von Bodenbewegungen, die durch den Steinkohlenbergbau, den Braunkohlenbergbau oder andere bergbauliche Tätigkeiten verursacht sind. Er kann unter Berücksichtigung der Besonderheiten des Einzelfalles sinngemäß auch auf Fernleitungen im Einwirkungsbereich anderer Bodenbewegungen angewandt werden.

1 Allgemeines

1.1 Fernleitungen im Einwirkungsbereich des Bergbaues müssen besonderen Anforderungen, vor allem hinsichtlich Verlegung und Ausrüstung, genügen und in besonderer Weise durch den Betreiber überwacht werden.

1.2 Als besondere Überwachungsmaßnahmen kommen in Frage:

• geodätische Messungen entlang der Fernleitungs-Trasse
• Dehnungsmessungen am Leitungsrohr selbst,
• Bewegungsmessungen an Dehnungsausgleichern.

2 Überwachungsmaßnahmen

2.1 Geodätische Messungen

(1) Die geodätischen Messungen haben den Zweck, die Größenordnung und den zeitlichen Ablauf der Bodenbewegungen zu ermitteln. Sie bieten einen Anhalt für die Beanspruchungen der Fernleitung. Das Ergebnis der geodätischen Messungen, seine Auswertung und seine Beurteilung sind von einem Markscheider zu einem Bericht zusammenzufassen.

(2) In Einzelfällen, z.B. bei einmaliger Unterbauung mit geringen Einwirkungen, kann auf die geodätischen Messungen verzichtet werden, wenn

1. das Bergbauunternehmen die zu erwartenden Bodenbewegungen mit genügender Genauigkeit vorausberechnen kann und dem Betreiber der Fernleitung hierüber anhand von Planungsunterlagen rechtzeitig und umfassend Auskunft erteilt
   oder
2. Randeinflüsse aus Bodenbewegungen so gering sind, daß keine unzulässigen Dehnungen im Rohr auftreten können.

2.2 Dehnungsmessungen

Mit Dehnungsmessungen, insbesondere mittels Dehnungsmeßstreifen oder Setzdehnungsmessern, können die tatsächlichen Rohrbeanspruchungen ermittelt werden.

2.3 Bewegungsmessungen

An Dehnungsausgleichern (Stopfbuchsdehner, U- bzw. Lyra-Bogen) können die tatsächlichen Rohrbeanspruchungen auch mit mechanisch oder elektrisch wirkenden Wegmeßeinrichtungen ermittelt werden.

3 Dehnungsausgleicher

3.1 Anzahl und Abstand

(1) An Fernleitungen, in denen in ausreichender Anzahl Dehnungsausgleicher vorhanden sind und nachweislich funktionstüchtig gehalten werden, erübrigen sich Dehnungsmessungen. Die Anzahl der Dehnungsausgleicher muß durch eine Abstandsberechnung im Rahmen der Prüfungen nach Anhang B der RFF (TRbF 301) nachgewiesen sein. Kriterien für die Abstandsberechnung sind die zulässige Vergleichsspannung, ermittelt nach der Gestaltänderungsenergie-Hypothese, die in den Technischen Regeln für die Wanddickenberechnung festgelegten Sicherheitsbeiwerte und die aufgrund bisheriger Erfahrungen bekanntgewordene größte spezifische Reibkraft.

(2) Als Anhaltswerte für die spezifischen Reibkräfte gelten 15-30 kN/m² für bitumenisolierte Rohre. Für Muffenrohre in bindigen Böden und Pressungsgebieten kann der obere Bereich dieser Werte angenommen werden. Für stumpfgeschweißte Rohre in Sandböden und Zerrungsgebieten gilt der untere Bereich. Für PE-isolierte Rohre können die Werte halbiert werden. Liegen für eine Fernleitung praktisch ermittelte Werte vor, sind diese Werte in die Berechnung einzusetzen.

3.2 Funktionstüchtigkeit von Stopfbuchsdehnern

Die Funktionstüchtigkeit von Stopfbuchsdehnern muß entweder durch geodätische Messungen, verbunden mit Bewegungsmessungen am Dehner, oder durch Dehnungsmessungen am Leitungsrohr neben dem Stopfbuchsdehner überwacht werden.

3.3 Überwachung der Verschiebungen von U- bzw. Lyra-Bogen

Verschiebungen (Lageänderungen) der U- bzw. Lyra-Bogen gegenüber dem Erdboden müssen mittels Verschiebungsmessungen überwacht werden. Im Falle von parallel geführten Fernleitungen kann es ausreichend sein, nur die Verschiebung der U- bzw. Lyra-Bogen an der meistbeanspruchten Fernleitung zu überwachen.

4 Zeitabstände der Messungen

Die erforderlichen Zeitabstände zwischen den Messungen nach den Nummern 2 und 3 richten sich nach den örtlich zu erwartenden bergbaulichen Einwirkungen und den Meßergebnissen.

5. Beurteilung der Meßergebnisse

5.1 Vergleich der Meßergebnisse

Die Längenänderungen aus der geodätischen Messung und den Bewegungsmessungen an den Dehnungsausgleichern sind miteinander zu vergleichen. Stimmen die Längenänderungen über einen Rohrabschnitt nicht überein, muß unterstellt werden, daß die Differenz als Dehnung im Rohr vorhanden ist.

5.2 Dehnungsmessungen

Lassen die Voraussagen des Bergbautreibenden über die Bodenbewegungen oder die geodätischen Messungen bei Fernleitungen ohne Dehnungsausgleicher, aber mit Dehnungsmeßeinrichtungen versehen, den Schluß zu, daß unzulässige Dehnungen im Rohr erreicht werden können, sind Dehnungsmessungen am Rohr durchzuführen. Die gemessenen Dehnungen sind mit den zulässigen Dehnungen zu vergleichen.

5.3 Aufzeichnungen über die Beanspruchung der Fernleitung

Aufgrund der geodätischen Messungen, der Vorausberechnungen der Bodenbewegungen und der Beurteilung der Meßergebnisse nach den Nummern 5.1 und 5.2 sind Aufzeichnungen über den Beanspruchszustand der Fernleitung zu führen, aus denen die zu treffenden Maßnahmen hervorgehen. Die Aufzeichnungen und die Meßergebnisse sind mindestens drei Jahre aufzubewahren.

6 Entspannungsmaßnahmen

6.1 Entspannungsmaßnahmen bei Fernleitungen ohne Dehnungsausgleicher

Entspannungsmaßnahmen (Abbau von Dehnungen im Rohr) müssen veranlaßt werden, wenn:

1. im meistbeanspruchten Rohrleitungsquerschnitt die zulässigen Vergleichsdehnungen ε_v nach Bild 1 erreicht werden
   oder
2. die in einem geraden Rohrabschnitt vor einem Bogen gespeicherte elastische Dehnung so groß ist, daß sie bei Verringerung der Reibkräfte zwischen eingeerdetem Rohr und Boden soviel Verschiebung des Rohres freigeben würde, daß im meistbeanspruchten Querschnitt (des Rohrbogens) die zulässige Vergleichsdehnung nach Bild 1 überschritten wird. Dies ist der Fall, wenn die zum Bild 2 genannten drei Bedingungen erfüllt sind. Bei einer geringen zu erwartenden Verschiebung kann im Bogen die Vergleichsdehnung des geraden Rohres gemäß Bild 1 zugelassen werden.

6.2 Entspannungsmaßnahmen bei Fernleitungen mit Dehnungsausgleichern

(1) Entspannungsmaßnahmen müssen veranlaßt werden, wenn

1. im meistbeanspruchten Rohrleitungsquerschnitt die zulässigen Vergleichsdehnungen ε_v nach Bild 1 erreicht werden und ein Abbau der Dehnungen über die Dehnungsausgleicher nicht mehr erfolgen kann
   oder
2. die in einem geraden Rohrabschnitt vor einem Bogen gespeicherte elastische Dehnung so groß ist, daß sie bei Verringerung der Reibkräfte zwischen eingeerdetem Rohr und Boden soviel Verschiebung des Rohres freigeben würde, daß im meistbeanspruchten Querschnitt (des Rohrbogens) die zulässige Vergleichsdehnung nach Bild 1 überschritten wird. Bei einer geringen zu erwartenden Verschiebung kann im Bogen die Vergleichsdehnung der geraden Rohre gemäß Bild 1 zugelassen werden.

(2) Abweichend von Absatz 1 kann für U- bzw. Lyra-Bogen-Dehner bei ausreichender Überwachung der Bewegung ein örtliches Fließen aufgrund von Biegebeanspruchungen im Einvernehmen mit dem Sachverständigen zugelassen werden.

7 Schrifttum

[1] Kiwitt, W.: Über das Verhalten von erdverlegten Rohrleitungen unter akuter Bergbaueinwirkung, Dissertation TU Clausthal 1973

[2] Hüning, R.: Höchstzulässiger Abstand von Dehnungsausgleichern in Gasfernleitungen, gwf-gas/erdgas 117 (1976) H. 7

Bild 1: Zulässige Vergleichsdehnungen ε_v im meistbeanspruchten Rohrleitungsquerschnitt in Abhängigkeit vom Biegewinkel

Bild 2: Lage der Meßquerschnitte und Dehnungsverlauf

Bedingungen:

₂< 0

₁  >  ₂

₁  +₂ > 2 · ε_th - F_0min/(E · a ) L · U

Es bedeuten:

M	=	Meßquerschnitt an der Stelle
L	=	Abstand zwischen den Meßquerschnitten M1 und M2 in m
1	=	Längsdehnung infolge Normalkraft in m/m am Meßquerschnitt i (arithmetischer Mittelwert der Meßwerte von symmetrisch angeordneten Meßstellen)
εth	=	Längsdehnung infolge Normalkraft in m/m, die sich am Bogenanfang einstellt, wenn im meistbeanspruchten Querschnitt die zulässige Vergleichsdehnung gemäß Bild 1 gerade erreicht wird
F0min	=	minimale auf die Rohroberfläche bezogene Reibkraft zwischen Rohr und Boden in N/m2 (nach Literaturangaben [1] F0min = 7,5 kN/m2 bzw. [2] F0min = 4 kN/m2)
E	=	Elastizitätsmodul des Rohrwerkstoffes in N/m2
A	=	Querschnittsfläche der Rohrwand in m2
U	=	Umfang über die Außenisolierung in m

Erläuterungen zu Anhang G Anlage 1

Die mit der oberen Kurve des Bildes 1 angegebenen zulässigen Vergleichsdehnungen ε_v gelten für die Stahlsorte StE 360.7 oder vergleichbare Stähle ohne ausgeprägte Streckgrenze gemäß DIN 17172.

Nach DIN 17 172 gilt für Stahlsorten ohne ausgeprägte Streckgrenze als Dehngrenze 5 Gesamtdehnung (elastischer Anteil + plastischer Anteil). Dieser Wert wurde bei einer einachsig beanspruchten Probe ermittelt. Bei innendruckbeanspruchten Rohrleitungen liegt im allgemeinen eine mehrachsige Beanspruchung vor, die sowohl Längs- als auch Umfangsdehnungen bewirkt. Aus den Dehnungen wird nach der Gestaltänderungsenergie-Hypothese die Vergleichsdehnung ε_v bestimmt, damit sie mit der an der Probe ermittelten Dehngrenze verglichen werden kann. Unter Zugrundelegung eines Sicherheitsbeiwertes S = 1,66, bezogen auf die Gesamtdehnung, ergibt sich ein Wert ε_v = 3,0 für das gerade Rohr (Biegewinkel α = 0°).

Für Rohrbogen (Krümmer) ist es wegen der Knickgefahr geboten, nur einen elastischen Anteil an der Dehnung zuzulassen. Bei einer Gesamtdehnung ε_v = 1,8 ist der plastische Anteil gegenüber dem elastischen Anteil für die in Bild 1 genannten Stähle ohne ausgeprägte Streckgrenze (obere Kurve in Bild 1) vernachlässigbar gering.

Nach den bisherigen Erfahrungen nimmt die Knickgefahr bei Krümmern ab 6° Biegewinkel für kleiner werdende Winkel ab. In erster Näherung ist daher die Annahme eines degressiven linearen Verlaufes der Vergleichsdehnung ε_v für den Bereich des Biegewinkels 0 < α < 60 zulässig.

Für Stähle mit ausgeprägter Streckgrenze ist es für gerade Rohre und Krümmer geboten, nur einen elastischen Anteil der Dehnung wegen der Knickgefahr bei Überschreitung der Streckgrenze zuzulassen. Unter Zugrundelegung eines Sicherheitsbeiwertes von S = 1,1, bezogen auf die Streckgrenze, ergibt sich für die Stahlsorte StE 240.7 oder vergleichbare Stähle eine zulässige Vergleichsdehnung ε_v = 1,06 entsprechend der unteren Linie in Bild 1.

ENDE