Wie berechnet man den Durchmesser einer Bitumenleitung für eine Asphaltmischanlage?

Die Wahl des richtigen Durchmessers der Bitumenleitung ist ein wichtiger Bestandteil der Planung eines zuverlässigen Versorgungssystems für Asphaltmischanlagen.

Eine zu kleine Rohrleitung kann zu übermäßiger Fließgeschwindigkeit, hohem Druckverlust, erhöhter Pumpenbelastung und instabiler Bitumenförderung führen. Eine unnötig große Rohrleitung erhöht die Materialkosten, die Wärmeverlustfläche, den Bedarf an Thermoöl, die Isolierungskosten und die nach der Stilllegung in der Leitung verbleibende Bitumenmenge.

Die richtige Rohrgröße sollte daher entsprechend der erforderlichen Bitumenflussrate, der Materialviskosität, der Betriebstemperatur, der Rohrleitungslänge, den Pumpeneigenschaften und der zulässigen Fließgeschwindigkeit ausgewählt werden.

Dieser Leitfaden erklärt, wie man einen vorläufigen Bitumenrohrleitungsdurchmesser für eine Asphaltmischanlage berechnet und welche zusätzlichen Faktoren überprüft werden müssen, bevor die endgültige Rohrgröße ausgewählt wird.

Warum der Durchmesser von Bitumenleitungen wichtig ist

Ein Heißbitumen-Fördersystem muss zwei Funktionen gleichzeitig erfüllen:

• Liefern Sie die benötigte Bitumenmenge an die Asphaltmischanlage.
• Das Material muss während des gesamten Transferprozesses heiß und pumpfähig bleiben.

Ist der Rohrdurchmesser zu klein, muss die gleiche Durchflussmenge durch eine kleinere Querschnittsfläche fließen.

Dies erhöht die Strömungsgeschwindigkeit und in der Regel auch den hydraulischen Widerstand.

Das Ergebnis kann Folgendes umfassen:

• Höherer Pumpendifferenzdruck
• Höhere Motorlast
• Reduzierter tatsächlicher Pumpendurchfluss
• Höherer Druck an Ventilen und Filtern
• Schwierigere Systemsteuerung
• Höheres Risiko von Betriebsstörungen bei sinkender Bitumentemperatur

Die Wahl einer sehr großen Pipeline ist jedoch nicht automatisch besser.

Ein größeres Rohr enthält mehr Bitumen und hat eine größere Außenfläche. Dies kann die Aufheizzeit, die Wärmeverluste, den Dämmbedarf und die Menge an Material, die während der Standby-Zeiten warm gehalten werden muss, erhöhen.

Ziel ist es daher, einen praktikablen Durchmesser zu wählen, der ein ausgewogenes Verhältnis zwischen hydraulischer Leistung, thermischer Leistung und Gerätekosten gewährleistet.

Schritt 1: Ermitteln Sie die erforderliche Bitumenflussrate

Die Dimensionierung von Rohrleitungen beginnt mit der Durchflussrate.

Der erforderliche Bitumenfluss kann unter zwei verschiedenen Betriebsbedingungen erreicht werden:

• Kontinuierlicher Verbrauch in Asphaltanlagen
• Chargenweiser Transfer zwischen Tanks oder Geräten

Für eine kontinuierliche Asphaltproduktion kann der vorläufige Bitumenbedarf wie folgt berechnet werden:

Bitumenmassenstrom = Asphaltmischanlagenleistung × Bitumengehalt

Nehmen wir beispielsweise an:

• Asphaltmischanlage: Leistung 160 t/h
• Bitumengehalt: 5%

Der stündliche Bitumenbedarf beträgt:

160 × 0,05 = 8 t/h

Um dies in einen Volumenstrom umzurechnen:

Bitumenvolumenstrom = Bitumenmassenstrom ÷ Bitumendichte

Beispielhaft angenommen: Die Dichte beträgt 0,98 t/m³.

8 ÷ 0,98 ≈ 8,16 m³/h

Der theoretische kontinuierliche Bitumenfluss beträgt daher ungefähr 8,16 m³/h.

Die tatsächliche Dichte sollte den Angaben des Bitumenlieferanten oder den Projektmaterialdaten entnommen werden, da sich die Dichte mit der Bitumensorte und der Temperatur ändert.

Schritt 2: Durchflussrate in Kubikmeter pro Sekunde umrechnen

Bei der Berechnung der Fließgeschwindigkeit in Rohrleitungen wird üblicherweise in Kubikmetern pro Sekunde gearbeitet.

Bei einem erforderlichen Durchfluss von 8,16 m³/h:

8,16 ÷ 3600 ≈ 0,00227 m³/s

Dieser Wert dient als Durchflusswert für die Berechnung des Rohrdurchmessers.

Schritt 3: Vorläufige Auslegungsgeschwindigkeit auswählen

Der Rohrdurchmesser hängt sowohl von der Durchflussrate als auch von der Zielgeschwindigkeit ab.

Die grundlegende Beziehung ist:

Q = A × V

Wo:

• Q = Volumenstrom
• A = innere Querschnittsfläche des Rohres
• V = Bitumengeschwindigkeit

Die geeignete Geschwindigkeit sollte nicht als ein universeller Wert für jedes Bitumensystem betrachtet werden.

Es hängt davon ab:

• Bitumenviskosität
• Betriebstemperatur
• Rohrleitungslänge
• Pumpentyp
• Verfügbarer Differenzdruck
• Rohrheizungsmethode
• Ob es sich um eine Transfer- oder Umlauflinie handelt

Bei der Vorplanung bewerten Konstrukteure üblicherweise mehrere mögliche Geschwindigkeiten und vergleichen dann den resultierenden Druckverlust.

Schritt 4: Vorläufigen Innendurchmesser des Rohrs berechnen

Die Querschnittsfläche eines runden Rohrs beträgt:

A = πD² ÷ 4

Kombiniert man dies mit der Flussgleichung, ergibt sich:

D = √(4Q ÷ πV)

Wo:

• D = Innendurchmesser des Rohrs in Metern
• Q = Volumenstrom in m³/s
• V = ausgewählte Strömungsgeschwindigkeit in m/s

Am vorherigen Beispiel:

Q = 0,00227 m³/s

Bei Verwendung einer beispielhaften Auslegungsgeschwindigkeit von 1,0 m/s:

D = √(4 × 0,00227 ÷ 3,1416 × 1,0)

D ≈ 0,0538 m

Dies entspricht ungefähr:

54 mm Innendurchmesser

Der Ingenieur würde diesen berechneten Wert dann mit den verfügbaren Standardrohrgrößen vergleichen.

Diese Berechnung ist lediglich eine vorläufige Durchmesserabschätzung. Das fertige Rohr muss noch auf Druckverlust, Viskosität, tatsächlichen Innendurchmesser, Formstücke und Temperaturbedingungen überprüft werden.

Beispielhafte Rohrleitungsdurchmesser bei unterschiedlichen Durchflussraten

In der folgenden Tabelle wird eine beispielhafte Auslegungsgeschwindigkeit von 1,0 m/s verwendet, um die Berechnungsmethode zu veranschaulichen.

Bei diesen Werten handelt es sich nicht um empfohlene Endrohrgrößen.

Sie zeigen lediglich, wie sich Strömung und Geschwindigkeit auf den berechneten Innendurchmesser auswirken.

Warum der Druckverlust überprüft werden muss

Nach der Berechnung des vorläufigen Durchmessers muss im nächsten Schritt ermittelt werden, ob die Pumpe den Widerstand des gesamten Rohrleitungssystems überwinden kann.

Der gesamte hydraulische Widerstand kann Folgendes umfassen:

• Reibung in geraden Rohrleitungen
• Ellbogen
• Tees
• Ventile
• Filter
• Rückschlagventile
• Durchflussmesser
• Wärmetauscher
• Statische Höhe
• Geräteeingangswiderstand

Eine kurze Rohrleitung mit nur wenigen Formstücken verhält sich ganz anders als eine 100 Meter lange Transferleitung mit vielen Krümmern, Ventilen und Filtern.

Deshalb sollte der Rohrdurchmesser nicht allein anhand der Durchflussrate ausgewählt werden.

Die Viskosität von Bitumen kann das Ergebnis erheblich beeinflussen.

Bitumen ist keine niedrigviskose Flüssigkeit wie Wasser.

Seine Viskosität ist stark von der Temperatur abhängig.

Bei sinkender Bitumentemperatur kann die Viskosität stark ansteigen.

Dies führt zu Folgendem:

• Höhere Rohrreibung
• Höheres Pumpendrehmoment
• Höherer Differenzdruck
• Geringerer tatsächlicher Durchfluss
• Schwierigerer Start

Eine Pipeline, die mit heißem Bitumen gut funktioniert, kann schwer zu betreiben sein, wenn das Material unter die vorgesehene Transfertemperatur abkühlt.

Für die abschließende Konstruktion sollte die tatsächliche Viskosität bei der zu erwartenden Betriebstemperatur in die hydraulische Berechnung einbezogen werden.

Die Rohrleitungslänge hat einen direkten Einfluss auf den Druckverlust.

Der Druckverlust nimmt mit der Rohrleitungslänge zu.

Das bedeutet, dass eine für eine 10 Meter lange Verbindung geeignete Rohrgröße möglicherweise nicht für eine 100 Meter lange Transferleitung geeignet ist.

Für Bitumentransportsysteme über lange Strecken können folgende Anforderungen gelten:

• Größerer Rohrleitungsdurchmesser
• Höherer Pumpendifferenzdruck
• Verbesserte Isolierung
• Thermoölummantelung
• Elektrische Begleitheizung
• Überlegungen zur Zwischenheizung

Daher sollte der gesamte Rohrleitungsverlauf in die Systemberechnung einbezogen werden.

Warum Bitumenleitungen beheizt werden müssen

Die hydraulische und die thermische Auslegung sind bei einem Heißbitumensystem untrennbar miteinander verbunden.

Selbst ein Rohr mit korrekter Dimensionierung kann unbrauchbar werden, wenn das Bitumen im Inneren zu stark abkühlt.

Gängige Heizmethoden sind:

Thermische Ölummantelte Rohrleitung

Ein zweiter Mantel um das Produktrohr ermöglicht die Zirkulation von heißem Thermoöl um die Bitumenleitung.

Diese Vorgehensweise wird üblicherweise dort angewendet, wo bereits eine zentrale Ölheizungsanlage installiert ist.

Elektrische Begleitheizung

Ein elektrisches Heizkabel kann entlang des Rohres verlegt und anschließend mit einer Wärmedämmung umhüllt werden.

Dies kann für kleinere Systeme oder Anlagen nützlich sein, in denen kein Thermoöl verfügbar ist.

Vorgewärmte Zirkulation

Bei einigen Systemen wird heißes Bitumen vor Produktionsbeginn zirkuliert, um den Transferkreislauf zu erwärmen und die Betriebstemperatur zu stabilisieren.

Die richtige Methode hängt von der Projektgröße, der Rohrlänge, den verfügbaren Versorgungsleitungen und dem Betriebsplan ab.

Isolierung ist genauso wichtig wie Heizung.

Das Erhitzen einer Rohrleitung ohne ordnungsgemäße Isolierung ist Energieverschwendung.

Isolierung hilft, Folgendes zu reduzieren:

• Wärmeverlust
• Kraftstoffverbrauch
• Stromverbrauch
• Bitumentemperaturabfall
• Aufwärmzeit

Die Dämmstoffdicke sollte wie folgt ausgewählt werden:

• Bitumen-Betriebstemperatur
• Umgebungstemperatur
• Windverhältnisse
• Rohrleitungsdurchmesser
• Isoliermaterial
• Zulässiger Wärmeverlust

Transferleitungen und Zirkulationsleitungen benötigen möglicherweise unterschiedliche Durchmesser.

Ein Bitumenspeichersystem kann mehrere verschiedene Arten von Rohrleitungen umfassen.

Haupttransferleitung

Diese Leitung transportiert Bitumen zwischen Tanks, Schmelzanlagen oder der Asphaltmischanlage.

Sein Durchmesser richtet sich üblicherweise nach dem erforderlichen Transfervolumenstrom und der Transferzeit.

Zirkulationslinie

Diese Leitung führt das Bitumen zurück in den Tank oder das System, um die Bewegung und die Temperatur aufrechtzuerhalten.

Der erforderliche Zirkulationsdurchfluss kann vom normalen Transferdurchfluss abweichen.

Be- und Entladelinie

Diese Leitung muss möglicherweise innerhalb einer kurzen Tankerentladezeit eine große Menge Bitumen transportieren.

Der erforderliche Durchfluss kann daher wesentlich höher sein als der kontinuierliche Bindemittelverbrauch der Asphaltmischanlage.

Jede Abgabe sollte separat berechnet werden.

Batch-Transfer kann die Pipelinegröße steuern

Stellen Sie sich ein Projekt vor, bei dem 25 Tonnen heißes Bitumen innerhalb von 30 Minuten transportiert werden müssen.

Beispielhaft angenommen: Die Dichte beträgt 0,98 t/m³.

25 ÷ 0,98 ≈ 25,51 m³

Dreißig Minuten entsprechen 0,5 Stunden.

Erforderlicher Transferfluss:

25,51 ÷ 0,5 ≈ 51,0 m³/h

Dies ist wesentlich höher als der Durchfluss, der von vielen Asphaltmischanlagen im normalen, kontinuierlichen Produktionsbetrieb benötigt wird.

Wird dieselbe Rohrleitung sowohl für die Tankentleerung als auch für die Asphaltmischanlage verwendet, kann der größere Fördermengenbedarf den endgültigen Durchmesser bestimmen.

Modifiziertes Bitumen erfordert zusätzliche Aufmerksamkeit

SBS-modifiziertes Bitumen und gummimodifiziertes Bitumen können eine höhere Viskosität aufweisen als herkömmliches Penetrationsbitumen.

Dies kann den Druckverlust erheblich erhöhen.

Bei modifizierten Bindemitteln sollte der Ingenieur Folgendes beurteilen:

• Tatsächliche Viskosität
• Betriebstemperatur
• Polymerkonzentration
• Krümelgummigehalt
• Partikelgröße
• Pumpenkennlinien
• Rohrleitungsheizung
• Erforderlicher Umlauf

Eine für herkömmliches Bitumen ausgelegte Rohrleitung sollte nicht automatisch als geeignet für jedes modifizierte Bindemittel angesehen werden.

Vermeiden Sie zu viele Ellbogen und Einschränkungen

Jedes Verbindungsstück erhöht den hydraulischen Widerstand.

Wo immer möglich, sollten Bitumenleitungen folgendermaßen konstruiert werden:

• Kurze Umsteigeverbindungen
• Weniger Ellbogen
• Sanfte Richtungsänderungen
• Zugängliche Ventile
• Zugängliche Filter
• Geeignete Entwässerungspunkte

Eine einfachere Rohrleitungsanordnung reduziert in der Regel den Druckverlust und erleichtert die Wartung.

Entwässerungs- und Stilllegungsplanungsfragen

Ein häufig auftretendes Betriebsproblem ist, dass nach der Abschaltung Bitumen in der Pipeline zurückbleibt.

Wenn die Leitung abkühlt, kann es extrem schwierig werden, das verbleibende Material wieder in Gang zu bringen.

Ein gutes Pipelinesystem kann daher Folgendes umfassen:

• Abflussstellen
• Rücklaufleitungen
• Rückpumpfähigkeit
• Luft- oder Spülanschlüsse, wo angebracht
• Kontinuierliche Erwärmung
• Strategische Pipeline-Neigung

Das Abschaltverfahren sollte bereits in der Planungsphase und nicht erst nach der Installation berücksichtigt werden.

Rohrdurchmesser und Pumpenauswahl müssen gemeinsam berechnet werden.

Eine Rohrleitung kann nicht unabhängig von der Pumpe konstruiert werden.

Der Betriebspunkt der Pumpe hängt vom Widerstand des gesamten Systems ab.

Die korrekte Reihenfolge der technischen Schritte ist:

Erforderlicher Durchfluss → Vorläufiger Rohrdurchmesser → Druckverlust → Pumpenleistung → Überprüfung der Pumpenkennlinie

Ist der berechnete Druckverlust zu hoch, kann der Konstrukteur:

• Rohrdurchmesser vergrößern
• Unnötige Armaturen reduzieren
• Heizung verbessern
• Verkürzen Sie die Route
• Wählen Sie eine andere Pumpe

Diese Entscheidungen sollten gemeinsam und nicht unabhängig voneinander getroffen werden.

Der Rohrdurchmesser muss auch zum Speichersystem passen.

Die Pipeline ist nur ein Teil des gesamten Bitumenverarbeitungsprozesses.

Der Lagertank muss genügend heißes Bitumen bereitstellen, die Heizung muss die erforderliche Temperatur aufrechterhalten und die Pumpe muss ausreichend Druck und Durchfluss gewährleisten.

Das Gesamtsystem sollte daher wie folgt betrachtet werden:

Speicherung → Erwärmung → Pumpen → Rohrleitung → Asphaltmischanlage

Informationen zur Speicherdimensionierung finden Sie hier:

Wie berechnet man die Bitumenlagertankkapazität für eine Asphaltmischanlage?

Für Berechnungen zur Wärmeträgerölheizung lesen Sie bitte Folgendes:

Wie berechnet man die Wärmeträgeröl-Heizleistung für Bitumenlagertanks?

Häufige Fehler bei der Dimensionierung von Bitumenleitungen

Die Rohrgröße wird ausschließlich anhand des Pumpenanschlussdurchmessers ausgewählt.

Die Größe des Pumpeneinlass- oder -auslassflansches bestimmt nicht automatisch den korrekten Rohrleitungsdurchmesser.

Bitumenviskosität vernachlässigen

Die hydraulische Leistungsfähigkeit kann sich bei Änderungen der Betriebstemperatur erheblich verändern.

Bei Verwendung des durchschnittlichen Verbrauchs einer Asphaltmischanlage

Für den Chargentransfer oder die Tankerentladung kann eine deutlich höhere Durchflussrate erforderlich sein.

Pipelinelänge ignorieren

Bei langen Rohrleitungen können größere Durchmesser erforderlich sein, um den Druckverlust zu kontrollieren.

Zu viele Winkelstücke eingebaut

Jeder Ellbogen erhöht den Systemwiderstand.

Wärmeverluste vernachlässigen

Auch eine hydraulisch korrekte Rohrleitung kann versagen, wenn das Bitumen zu stark abkühlt.

Überdimensionierung ohne Berücksichtigung der Wärmekosten

Ein größeres Rohr erhöht das Bitumen-Rückhaltevolumen und die Wärmeverlustfläche.

Ignorieren von Abschaltbedingungen

Eine Rohrleitung sollte so konstruiert sein, dass sie nach dem Betrieb wieder erhitzt, umgewälzt, entleert oder leergeräumt werden kann.

Für die Rohrleitungsplanung benötigte Informationen

Bei der Anfrage nach einem Angebot für die Planung einer Heißbitumenpipeline oder der entsprechenden Ausrüstung geben Sie bitte Folgendes an:

• Erforderliche Bitumenflussrate
• Bitumenart und -qualität
• Betriebstemperatur
• Bitumenviskosität, falls verfügbar
• Gesamtlänge der Rohrleitung
• Vertikaler Höhenunterschied
• Anzahl der Ellbogen
• Anzahl und Art der Ventile
• Filterkonfiguration
• Erforderliche Transferzeit
• Pumpenmodell oder Pumpenleistung
• Heizmethode
• Umgebungstemperatur
• Isolierungsanforderungen
• Zirkulationsbedarf
• Notwendigkeit einer Rückpump- oder Entwässerungsmaßnahme

Mithilfe dieser Informationen können Pumpe, Rohrleitung, Heizsystem und Speichersystem gemeinsam bewertet werden.

Häufig gestellte Fragen

Welchen Durchmesser benötigt eine Asphaltmischanlage mit einer Kapazität von 160 t/h für Bitumenrohre?

Für eine Asphaltmischanlage mit einer Kapazität von 160 t/h gibt es keinen festgelegten Rohrdurchmesser.

Bei einem Bindemittelgehalt von 5% verbraucht die Anlage etwa 8 t/h Bitumen. Der endgültige Rohrdurchmesser hängt jedoch auch von der Auslegungsgeschwindigkeit, der Bitumendichte, der Viskosität, der Rohrleitungslänge, den Formstücken, dem Pumpendruck und den Anforderungen an die Chargenförderung ab.

Kann ich den Pumpenauslassdurchmesser als Rohrleitungsdurchmesser verwenden?

Nicht automatisch.

Die Größe des Pumpenanschlusses und der erforderliche Systemrohrdurchmesser hängen zwar zusammen, sind aber nicht unbedingt identisch. Die endgültige Rohrleitungsgröße sollte durch hydraulische Berechnungen ermittelt werden.

Führt ein größeres Bitumenrohr immer zu einem geringeren Druckverlust?

Im Allgemeinen können durch die Vergrößerung des Rohrdurchmessers die Strömungsgeschwindigkeit und die Reibungsverluste bei gleicher Durchflussrate verringert werden.

Größere Rohre erhöhen jedoch auch die Installationskosten, das Bitumenvolumen, den Heizbedarf und die Wärmeverlustfläche.

Sollten Bitumenleitungen beheizt werden?

Bei den meisten Heißbitumensystemen ist eine Heizung oder Begleitheizung erforderlich, um die pumpfähige Viskosität aufrechtzuerhalten und eine Verfestigung während des Betriebs oder im Standby-Modus zu verhindern.

Kann dieselbe Rohrleitung auch SBS-modifiziertes Bitumen verarbeiten?

Möglicherweise, aber die Rohrleitung sollte unter Berücksichtigung der tatsächlichen Viskosität des modifizierten Bitumens und der Betriebstemperatur geprüft werden. PMB kann einen deutlich höheren hydraulischen Widerstand als herkömmliches Bitumen erzeugen.

Warum liefert meine Bitumenpumpe weniger Fördermenge als ihre Nennleistung?

Häufige Ursachen sind eine hohe Bitumenviskosität, ein zu hoher Rohrleitungswiderstand, ein zu kleiner Rohrdurchmesser, eine zu lange Förderstrecke, verstopfte Filter, zu viele Formstücke, schlechte Ansaugbedingungen oder eine zu geringe Materialtemperatur.

Schlussfolgerung

Der Durchmesser von Bitumenleitungen sollte anhand der tatsächlichen Projektbedingungen berechnet und nicht nur aufgrund von Erfahrungswerten oder der Größe des Pumpenflansches ausgewählt werden.

Der vorläufige Engineering-Prozess ist wie folgt:

Erforderlicher Durchfluss → Auslegungsgeschwindigkeit → Vorläufiger Durchmesser → Druckverlust → Pumpenprüfung

Das endgültige Design muss außerdem Folgendes berücksichtigen:

• Bitumenviskosität
• Betriebstemperatur
• Rohrleitungslänge
• Statische Höhe
• Ventile und Filter
• Heizmethode
• Isolierung
• Anforderungen an die Stapelübertragung
• Zirkulationsanforderungen
• Abschalt- und Entleerungsverfahren

Eine korrekt ausgelegte Rohrleitung reduziert die Pumpenbelastung, verbessert die Zuverlässigkeit des Heißbitumentransports und trägt dazu bei, dass die Asphaltmischanlage eine stabile Produktion aufrechterhält.

FEITENG liefert komplette Bitumen-Handhabungssysteme, darunter Bitumenlagertanks, Schmelzanlagen, Thermoöl-Erhitzer, Pumpen, Ventile, beheizte Rohrleitungen und Bitumen-Zufuhrsysteme für Asphaltmischanlagen.

Für eine projektspezifische Empfehlung senden Sie uns bitte Ihre benötigte Bitumenmenge, die Rohrleitungslänge, die Betriebstemperatur, die Bitumensorte, die Kapazität der Asphaltmischanlage und den Projektstandort.

WhatsApp: +86 15335447006
E-Mail: [email protected]
Webseite: www.bitumenmachine.com