WO2006084454A1 - Verfahren zur entfernung von inkrustationen aus rohrleitungen - Google Patents

Verfahren zur entfernung von inkrustationen aus rohrleitungen Download PDF

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    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 
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    • B08B9/032—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages by the mechanical action of a moving fluid, e.g. by flushing
    • B08B9/035—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages by the mechanical action of a moving fluid, e.g. by flushing by suction

Definitions

  • the invention relates to a cleaning method for pipelines, in particular for water pipes, in which suspended solids are deposited on the inner walls of the pipe over time and are highly porous, e.g. Partly form thick crusts (in the main, incrustations).
  • the incrustations usually consist of lime, rust and / or manganese deposits. They can be removed mechanically, but installed pipe systems are angled and in places have a small diameter (a few millimeters), so that special techniques are required.
  • DE 103 23 298 A1 discloses a method for the rehabilitation of encrusted water pipelines in which the incrustations are first exposed to a heated gas and only then released from the inner wall and out of the water pipelines by the action of a high pressure liquid jet be rinsed.
  • DE 44 30 870 A1 also suggests alternating warm and cold gas through the pipelines so that the greatest possible temperature difference is achieved between the initial state and the heated state of the pipeline will.
  • the tubes are preferably heated convectively by means of a stream of hot air. Electrical heating through the ohmic flow of current in the pipe wall is also a possibility that is often used when thawing frozen water pipes. However, there is a risk of damage to the line at mechanically weak points if these become too hot.
  • the dried incrustations can be loosened relatively easily by granulate blasting.
  • the dry granulate e.g. slag
  • the pipeline system at high speed by an unheated air stream and pulls the now crumbly incrustations with it.
  • vacuum drying of pipeline systems is also known. It makes use of the fact that the evaporation temperature of liquids decreases with the pressure in the vicinity of the liquid. In particular, if the pipes cannot be heated up or only with great effort, vacuum drying is a good alternative. In telescopic pipelines, the pressure is reduced to such an extent that moisture on the pipe walls evaporates at ambient temperature. The steam is continuously sucked off with the air and preferably passed through a cooled condensation device. Such a method is described in more detail in EP 0 170 226 A2.
  • the improvement is said to consist in an acceleration of the drying of the crust and an improved detachment of the dried crust during the coarse cleaning.
  • the incrustations are not chemically bonded to the inner wall of the pipe. Due to mechanical effects (e.g. deformation, vibrations, erosive treatment), dry crusts fall off easily and almost completely. They crumble into dust very easily.
  • the teaching of the present invention therefore consists in first heating up the encrusted pipe system in a manner known per se and then bringing about a sudden evacuation of the heated pipes, which leads to a rough vacuum.
  • the dried crusts are then removed using any known mechanical method, preferably using a granulate blasting method, it being found that the removal of the crust material is considerably increased.
  • Fig. 1 Basic structure for carrying out the drying method according to the invention for incrustations in pipelines.
  • the pipeline system is represented by a simple pipe 14 with one inlet and two outlet openings for air, each of which is provided with a ball valve 12, 18, 20.
  • the basic structure is also a concrete laboratory sample on which real measurements were made, ie this is also an exemplary embodiment.
  • a temperature measuring device 16 is provided at any point on the pipe and the location of the measurement can preferably be changed during the heating.
  • the temperature of the center of the tube was around 46 ° C. after a heating time of 10 minutes.
  • the ball valves 12 and 18 are then closed and the ball valve 20 is opened instead.
  • a rough vacuum of 20 hPa has already been established in the air chamber 22 by means of the vacuum pump 26 beforehand.
  • the pressure gauge 24 is used to control the vacuum.
  • the ball valve 20 is opened, the heated pipe 14 is now suddenly evacuated.
  • the evaporation temperature of water at a pressure of 20 hPa is only 17.5 ° C. Since the water in the pipe 14 is more than twice the temperature, massive evaporation now takes place.
  • Evaporation apparently begins in the entire cross-section of the incrustation at the same time when negative pressure is created. This is also supported by the dust-dry con- persistence of the incrustations after the above experiment. They disintegrated easily when rubbed or lifted off the pipe wall (screwdriver). Residues of moisture could only be seen directly on the pipe wall at the colder pipe end.
  • the incrustations still contained significant amounts of water and a pulpy coating was formed when the crusts were rubbed, which prevents effective removal by blasting material.
  • the encrusted pipe system is emptied and heated up.
  • the heat can be supplied by hot air convection or electrically.
  • a preferred variant of the method can be to do without the air chamber (transport problem) and instead only connect a sufficiently powerful vacuum pump to the pipe system.
  • Essential is only to create the rough vacuum as quickly as possible after the heating phase.
  • the volume of a typical residential water pipe system is usually quite small and can be evacuated quickly.
  • vacuum drying described can also be carried out in several repetitive steps. This is useful if the process requires intermediate drying or if the amount of heat stored in the heated pipe is not sufficient for complete evaporation.

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Abstract

Verfahren zur Reinigung von inkrustierten Rohrleitungen, insbesondere von Wasserleitungen, bei dem in einem ersten Schritt die Inkrustationen durch Aufheizen getrocknet und in einem zweiten Schritt durch mechanische Einwirkung entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeheizten Inkrustationen schlagartig einem Grobvakuum ausgesetzt werden.

Description

Verfahren zur Entfernung von Inkrustationen aus Rohrleitungen
Die Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren für Rohrleitungen, insbesondere für Wasserleitungen, in denen sich mit der Zeit Schwebstoffe an den Rohrinnenwänden ablagern und hochporöse, z. T. dicke Krusten bilden (i. F. Inkrustationen).
Im Rohrleitungssystem etwa eines Wohnhauses bestehen die Inkrustationen gewöhnlich aus Kalk-, Rost- und/oder Manganablagerungen. Sie lassen sich zwar mecha- nisch entfernen, aber installierte Rohrsysteme sind verwinkelt und stellenweise von kleinem Durchmesser (wenige Millimeter), so dass besondere Techniken erforderlich sind.
Insbesondere ist aus der DE 103 23 298 Al ein Verfahren zur Sanierung von inkru- stierten Wasserrohrleitungen bekannt, bei dem die Inkrustationen zunächst mit einem erhitzten Gas beaufschlagt und erst im Anschluss daran durch die Einwirkung eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls von der Innenwand gelöst und aus den Wasserrohrleitungen gespült werden. Um die auf die Inkrustationen durch thermische Expansion wirkenden Kräfte noch zu verstärken, schlägt die DE 44 30 870 Al weiterhin vor, abwechselnd warmes und kaltes Gas durch die Rohrleitungen zu leiten, damit eine möglichst große Temperaturdifferenz zwischen dem Ausgangszustand und dem erwärmten Zustand der Rohrleitung erzielt wird.
Zusätzlich wird bereits von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, die oben genannten Verfahren mit beispielsweise chemischen Verfahren zur Reinigung von Wasserleitungen zu kombinieren. Ein gängiges Verfahren umfasst beispielsweise die folgenden Schritte:
• Entleeren der Rohrleitungen,
• Aufheizen der Rohre und Verdunstungstrocknung, • Grobreinigung der getrockneten Inkrustationen durch Granulat-Strahlen,
• Feinreinigung durch Säure, • Neutralisieren der Säurereste,
• Erneute Verdunstungstrocknung der gereinigten Rohre,
• Kunststoffbeschichtung der Rohrinnenwände, um zukünftige Ablagerungen zu vermeiden.
Das Aufheizen der Rohre wird vorzugsweise durch einen heißen Luftstrom konvek- tiv erreicht. Auch elektrisches Aufheizen durch ohmschen Stromfluss in der Rohrwand ist eine Möglichkeit, die oft beim Auftauen gefrorener Wasserleitungen zum Einsatz kommt. Allerdings besteht hierbei die Gefahr einer Beschädigung der Lei- tung an mechanisch schwachen Stellen, wenn diese zu heiß werden.
Beim konvektiven Verfahren wird trockene, aufgeheizte Luft mit einem Kompressor durch die Rohrleitungen geblasen. Dies heizt die Verkrustungen auf, und von ihrer Oberfläche her setzt Verdunstung des Porenwassers ein. Der entstehende Wasser- dampf wird von der Luft abgeführt. Am Rohrleitungseintritt herrscht typischerweise ein Überdruck von etwa 6000 hPa gegenüber dem Umgebungsluftdruck, am Rohrleitungsaustritt liegen beim Eintritt in die Abluftleitungen noch etwa 2000 hPa Überdruck vor. Entsprechend hoch sind die Verdampfungstemperaturen des Wassers. Der Überdruck ist erforderlich, da zur Erzeugung eines intensiven Wärmeübergangs auf die Verkrustungen hohe Luftströmungsgeschwindigkeiten erforderlich sind, die insbesondere in den Rohrleitungselementen mit kleinem Durchmesser zu hohen Druckverlusten durch Strömungsreibung fuhren.
Die getrockneten Inkrustationen lösen sich relativ leicht durch Granulat-Strahlen. Das trockene Granulat, z.B. Schlacke, wird durch einen nicht aufgeheizten Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit durch das Rohrleitungssystem gepresst und reißt die mittlerweile mürben Inkrustationen mit sich.
Aufgrund des durch das konvektive Aufheizen erzielten, zur Rohrinnenwand hin ab- fallenden, Temperaturprofils und der Verdunstungsvorgänge im Inneren der Verkrustungen verbleibt auch nach langer Trocknungszeit an den Rohrinnenwänden ein Ablagerungsrest mit breiiger Konsistenz, der immer noch Flüssigkeit enthält und zum Verklumpen des Granulates fuhren kann.
Die letzten Schritte des obigen Beispiels (Verdunstungstrocknung und Kunststoffbeschichtung) sind gewiss optional und betreffen nicht mehr unmittelbar die Beseiti- gung der Inkrustationen. Zur Vorbereitung der Kunststoffbeschichtung werden die Rohrinnenwände mittels Granulat aufgeraut. Es ist klar, dass die Inkrustationen vor diesem Prozess möglichst vollständig entfernt worden sein sollten. Im Folgenden wird die Beschichtung nicht weiter diskutiert.
Neben der beschriebenen Verdunstungstrocknung ist auch die Unterdrucktrocknung von Rohrleitungssystemen bekannt. Sie macht sich zunutze, dass die Verdampfungs- temperatur von Flüssigkeiten mit dem in der Umgebung der Flüssigkeit vorliegenden Druck abnimmt. Insbesondere wenn das Aufheizen der Rohre nicht oder nur mit gro- ßem Aufwand erfolgen kann, stellt die Unterdrucktrocknung eine gute Alternative dar. In Fernrohrleitungen wird der Druck soweit abgesenkt, dass Feuchtigkeit an den Rohrwänden bereits bei Umgebungstemperatur verdampft. Der Dampf wird kontinuierlich mit der Luft abgesaugt und vorzugsweise durch eine gekühlte Kondensationsvorrichtung gefuhrt. Ein solches Verfahren wird genauer in der EP 0 170 226 A2 be- schrieben.
Die Trocknung dicker Verkrustungen in Wasserrohren bei Umgebungstemperatur mittels Unterdruck erscheint hingegen weniger angebracht, da das Wasser durch die schwammartigen Krusten in erheblichen Mengen festgehalten wird. Wegen des zur Verdampfung erforderlichen hohen Energiebedarfs wird nur ein geringer Teil der eingelagerten Flüssigkeit verdampfen, und zwar vornehmlich an der freien Oberfläche der Verkrustungen. Die weiter im Inneren der Verkrustungen gespeicherte Flüssigkeitsmenge wird bei ihrer Verdampfung behindert, da der entstehende Dampf wegen der noch wassergefüllten Poren nicht frei ins Rohrinnere diffundieren und es zu Rekondensation kommen kann. Der Trocknungsprozess der Inkrustation würde entsprechend lange dauern. Außerdem würde die bei Umgebungstemperatur im verkrusteten Rohr gespeicherte Wärmeenergie nicht zur Verdampfung der gesamten in den Verkrustungen gespeicherten erheblichen Flüssigkeitsmengen ausreichen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Entfernung von Inkrustationen aus Rohrleitungssystemen, insbesondere Wasserleitungen, vorzuschlagen. Die Verbesserung soll in einer Beschleunigung der Krustentrocknung und einer verbesserten Ablösung der getrockneten Krusten bei der Grobreinigung bestehen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens an. Die Erfindung macht sich dabei zwei nicht unbedingt allgemein bekannte Sachverhalte zunutze:
1. Die Inkrustationen sind nicht chemisch mit der Rohrinnenwand verbunden. Durch mechanische Einwirkung (z.B. Deformation, Erschütterungen, erosive Behandlung) fallen trockene Krusten leicht und fast vollständig ab. Sie zerbröseln sehr leicht zu Staub.
2. Wird durch Aufheizung des Rohres das Wasser in den Krusten so weit erwärmt, dass seine Temperatur deutlich oberhalb der Verdampfungstemperatur bei Unterdruck (Grobvakuum) liegt, dann führt die schlagartige Evakuierung des Rohrsystems auch zur instantanen Verdampfung von tiefer liegendem Porenwasser, wobei Teile der Inkrustation geradezu abgeprengt werden können. Als Folge wird weit mehr Wasser pro Zeiteinheit verdampft als bei einem der genannten Verfahren nach dem Stand der Technik.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, das inkrustierte Rohrsystem zunächst in an sich bekannter Weise aufzuheizen und dann eine schlagartige Evakuierung der geheizten Rohre herbeizuführen, welche auf ein Grobvakuum führt. Die Beseitigung der getrockneten Krusten erfolgt danach mit irgendeinem bekannten mechanischen Verfahren, bevorzugt mit einem Granulatstrahlverfahren, wobei sich zeigt, dass die Abtragung des Krustenmaterials erheblich gesteigert wird.
Weiter Vorteile und Merkmale ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt:
Fig. 1 Prinzipaufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens für Inkrustationen in Rohrleitungen.
hi Fig. 1 wird das Rohrleitungssystem durch ein einfaches Rohr 14 mit einer Ein- tritts- und zwei Austrittsöffhungen für Luft repräsentiert, die jeweils mit einem Kugelhahn 12, 18, 20 versehen sind. Zugleich ist der Prinzipaufbau auch ein konkretes Labormuster, an dem reale Messungen vorgenommen wurden, d.h. es handelt sich hier auch um ein Ausführungsbeispiel. Eine Temperaturmessvorrichtung 16 ist an beliebiger Stelle des Rohres vorgesehen und der Ort der Messung kann vorzugsweise während der Aufheizung verändert werden.
Mit einem Heißluftgebläse 10 wird das Rohr 14 bei geöffneten Kugelhähnen 12 und
18 und verschlossenem Kugelhahn 20 durchblasen. Aufgrund der strömungsbedingten Druckverluste entsteht ein Überdruck im Rohrsystem. Wie bereits gesagt, liegt er bei realen Hauswasserleitungen typisch zwischen 6000 und 2000 hPa über dem Umgebungsdruck. Die Aufheizung des Rohres 14 wird überwacht und beendet, sobald die Temperatur des Rohres im Mittel zwischen 40 0C und 50 °C liegt.
Im Laborversuch lag die Temperatur der Rohrmitte nach 10 Minuten Aufheizzeit bei etwa 46 °C.
Sodann werden die Kugelhähne 12 und 18 verschlossen und stattdessen der Kugelhahn 20 geöffnet. Bereits zuvor ist im Windkessel 22 mittels der Vakuumpumpe 26 ein Grobvakuum von 20 hPa hergestellt worden. Das Manometer 24 dient der Kontrolle des Vakuums. Beim Öffnen des Kugelhahns 20 wird das geheizte Rohr 14 nunmehr schlagartig evakuiert. Die Verdampfungstemperatur von Wasser liegt bei einem Druck von 20 hPa lediglich bei 17,5 0C. Da das Wasser im Rohr 14 mehr als die doppelte Temperatur besitzt, findet nun massive Verdampfung statt. Die Vakuumpumpe 26 läuft indes weiter, um den entstehenden Wasserdampf teilweise abzusaugen.
Der Unterdruck wurde im Laborversuch für 10 Minuten aufrechterhalten. In dieser
Zeit stieg der absolute Druck im Kessel 22 auf 200 hPa, da die zur Verfügung stehende Vakuumpumpe nicht das gesamte entstehende Dampfvolumen absaugen konnte. Die Temperatur des Rohrs 14 fiel auf 36 °C. Aufheizen und Evakuieren wurden jeweils für 10 weitere Minuten wiederholt. Anschließend wurde die verdampfte Wassermenge durch Wägung ermittelt. Im Vergleich mit einem dem Rohr 14 weitgehend analogen Rohr, das in einem Vergleichsversuch für 20 Minuten allein der Verdunstungstrocknung unterzogen war, wurden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 55 % mehr Wasser entzogen.
Offenbar setzt die Verdampfung im gesamten Querschnitt der Verkrustung gleichzeitig ein, wenn Unterdruck hergestellt wird. Dafür spricht auch die staubtrockene Kon- sistenz der Inkrustationen nach dem obigen Experiment. Sie zerfielen beim Reiben bzw. beim Abheben von der Rohrwand (Schraubendreher) leicht. Reste von Feuchtigkeit waren nur unmittelbar an der Rohrwand am kälteren Rohrende erkennbar.
Im Falle des Vergleichsrohres enthielten die Inkrustationen noch deutliche Wassermengen und es entstand beim Zerreiben der Krusten ein breiiger Belag, der einer effektiven Entfernung durch Strahlgut entgegensteht.
Es kann deshalb bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens prinzipiell von einem verbesserten Ablöseverhalten der Inkrustationen ausgegangen werden.
Das Verfahren wurde auch im Feldversuch auf einer Sanierungsbaustelle erprobt. Nach einer Aufheiz- und einer anschließenden Evakuierungsphase wurde mit Granulat gestrahlt, wobei sich Inkrustationen in nicht gekannter Größe und Menge gelöst haben.
Ein zukünftiges kommerzielles Verfahren zur Reinigung inkrustierter Rohrleitungen wird wie folgt vorgeschlagen:
• Das inkrustierte Rohrsystem wird entleert und aufgeheizt. Die Wärme kann durch Heißluftkonvektion oder elektrisch zugeführt werden.
• Ein vorab evakuierter Windkessel (absoluter Druck 20-30 hPa, also Grobvakuum) wird dem aufgeheizten Rohrsystem schlagartig angeschlossen. Der entste- hende Dampf wird mittels einer Vakuumpumpe permanent aus dem Kessel abgesaugt. Es kann vorteilhaft sein, einen Wärmetauscher (Kondensator) zwischen Windkessel und Vakuumpumpe anzuordnen, um mit einer geringeren Pumpleistung auszukommen.
• Mit einem mechanischen Verfahren werden die getrockneten Krusten schließlich entfernt. Granulat-Strahlen hat sich bereits bewährt und stellt eine bevorzugte Möglichkeit dar.
Aus praktischen Gründen kann es eine bevorzugte Variante des Verfahrens sein, auf den Windkessel zu verzichten (Transportproblem) und stattdessen nur eine ausreichend leistungsfähige Vakuumpumpe an das Rohrsystem anzuschließen. Wesentlich ist nur, das Grobvakuum möglichst schnell nach der Aufheizphase herzustellen. Das Volumen eines typischen Wasserrohrsystems in Wohnhäusern ist gewöhnlich recht gering und kann schnell evakuiert werden.
Selbstverständlich kann die beschriebene Vakuumtrocknung auch in mehreren Wiederholungsschritten erfolgen. Dies ist sinnvoll bei verfahrensbedingt erforderlichen Zwischentrocknungen oder falls die in der aufgeheizten Leitung gespeicherte Wärmemenge nicht zur vollständigen Verdampfung ausreicht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reinigung von inkrustierten Rohrleitungen (14), insbesondere von Wasserleitungen, bei dem in einem ersten Schritt die Inkrustationen durch Aufheizen getrocknet und in einem zweiten Schritt durch mechanische Einwirkung entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeheizten Inkrustationen schlagartig einem Grobvakuum ausgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein evakuierter Kessel (22) mit den Rohrleitungen (14) über wenigstens einen zunächst geschlossenen Hahn (20) verbunden wird, und wenigstens einer der Hähne (22) nach der Aufheizung der Inkrustationen geöffnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kessel vor dem Öffnen des Hahns (20) ein Grobvakuum von höchstens 30 hPa eingerichtet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inkrustationen auf wenigstens 40 °C aufgeheizt werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vakuumpumpe (26) permanent Luft und Dampf aus dem Rohrleitungssystem (14) absaugt, nachdem die Inkrustationen dem Grobvakuum ausgesetzt worden sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rohrleitungssystem (14) und Vakuumpumpe (26) eine Kondensationseinrichtung für den Dampf angeordnet wird.
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