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Optimierung von Rohrleitungsnetzwerken durch Simulation
Rohrleitungsnetzwerke spielen eine zentrale Rolle in Produktionsanlagen, insbesondere wenn Betriebsmittel wie Heizdampf, Kühlwasser, Kühlsole oder Kaltwasser mehreren Anlagenteilen gleichzeitig zur Verfügung gestellt werden sollen. Die einzelnen Betriebsmittelverbraucher greifen dabei auf ein gemeinsames Rohrleitungsnetz zurück, aus dem sie bedarfsgerecht versorgt werden.
Doch nicht nur Betriebsmittelströme, sondern auch Abgas- oder Abluftströme werden häufig aus unterschiedlichen Anlagenteilen und -bereichen über Rohrleitungsnetzwerk gesammelt und anschließend einer entsprechenden Reinigung zugeführt.
In den einzelnen Verzweigungen solcher Rohrleitungssysteme herrschen unterschiedliche Volumenströme. Diese verursachen je nach Leitungslänge einen spezifischen Druckverlust. Solange sich die Volumenströme konstant sind, stellt sich ein Gleichgewicht im ganzen System ein.
Welche Folgen haben Druckänderungen und Erweiterungen in Rohrleitungsnetzwerken?
Kommt es jedoch zu einer plötzlichen Änderung – beispielsweise durch die kurzfristige Entnahme einer größeren Menge Kühlwasser aus dem Kühlwasserrohrleitungsnetz -, entsteht an dieser Stelle eine merkliche Druckveränderung. Aufgrund der Vernetzung aller Leitungen wirkt sich diese Druckänderung auf das gesamte Rohrleitungsnetzwerk aus. In der Folge kann es passieren, dass beispielweise ein höhergelegener Wärmetauscher in der Anlage, durch den Druckabfall, nicht mehr ausreichend mit Kühlwasser versorgt wird, was zu einer Störung im Prozess führt.
Auch in Abluftsystemen kann es durch nachträgliche Erweiterungen zu unerwünschten Auswirkungen kommen. Wird etwa ein großer Lagertank neu angeschlossen und im Hochsommer über Tanklastwagen mit Rohprodukt befüllt, kann der verdrängte Abluftvolumenstrom so groß sein, dass die bestehende Abluftleitung einen Druckverlust erzeugt, der ein Ansprechen der Überdrucksicherung des Tanks bewirkt. Entsprechend können dann je nach gelagertem Medium sehr unerwünschte Stoffe in die Atmosphäre gelangen.
Auswirkungen durch Erweiterung und / oder Kapazitätserhöhung einer verfahrenstechnischen Anlage
Die beschriebenen Fälle machen deutlich, dass jede Erweiterung und / oder Kapazitätserhöhung einer verfahrenstechnischen Anlage zu erheblichen Einflüssen auf Nebenanlagen, wie Abluftsystemen oder Betriebsmittelsystemen führen kann. Die Auswirkungen können sich auf angrenzende Anlagenbereiche niederschlagen und zu erheblichen Betriebsstörungen im Prozess führen.
Um solche Risiken bereits in der Planungsphase zu erkennen, empfiehlt sich der Einsatz moderner Simulationssoftware. Durch den Einsatz von Simulationssoftware bildet die weyer gruppe bestehende Rohrleitungsnetzwerke realitätsnah ab. Wir modellieren jede einzelne Leitung, verbinden sie im System und integrieren gezielt alle wichtigen Komponenten, darunter Ventile, Druckerzeuger oder Regelarmaturen.
Über die interne Stoffdatenbank wählen wir die eingesetzten Medien aus und definieren alle relevanten Prozessparameter wie Temperatur, Druck und Volumenstrom. Auf Basis dieser Daten simulieren wir das Verhalten des Netzwerks unter verschiedenen Lastbedingungen und können Schwachstellen des Systems aufzeigen und Maßnahmen zur Behebung ermitteln.
Es ist ebenfalls möglich zu ermitteln, ob in Rohrleitungsnetzwerken Druckstöße auftreten, beispielsweise bei An- und Abfahrvorgängen von Pumpen oder dem Schalten von Armaturen.
Simulation von Rohrleitungsnetzwerken für Bestands- und Neuanlagen: Strömungsverhalten analysieren, Betriebssicherheit erhöhen, Optimierungspotenzial nutzen
- Aufnahme des Rohrleitungsnetzes anhand von vorhandenen Plänen und Isometrien mit Übernahme in das Simulationsprogramm
- Simulation bestehender und neuer Fahrweisen
- Ermitteln der einzelnen Volumenströme und Druckverluste im System
- Identifikation von Schwachstellen
- Ausarbeiten von möglichen Anpassungen im Rohrleitungsnetzwerk
FAQ – Druckstoßsimulation und Auslegung von Rohrleitungsnetzwerken in verfahrenstechnischen Anlagen
Die Simulation eines Rohrleitungsnetzwerks ist eine rechnergestützte Analyse, bei der Leitungen, Ventile und Betriebsmittelströme digital abgebildet werden. So lassen sich Druckverluste, Volumenströme und Schwachstellen im System realitätsnah bewerten.
Sie hilft, kritische Druckabfälle oder Überlastungen frühzeitig zu erkennen. Besonders bei Änderungen oder Erweiterungen einer Anlage lässt sich das Verhalten des Gesamtsystems realitätsnah vorhersagen – bevor es zu Betriebsstörungen kommt.
Ohne vorherige Simulation kann es zu unvorhergesehenen Druckverlusten, Versorgungsausfällen oder sogar Sicherheitsproblemen kommen, z. B. bei Abluftleitungen oder Kühlsystemen mit mehreren Entnahmestellen.
Typische Medien sind:
- Heizdampf
- Kühlwasser
- Kaltwasser
- Kühlsole
- Abluft
- Abgas
- Weitere Medien können über eine Stoffdatenbank individuell hinzugefügt werden.
Unterschiedliche Volumenströme in den Verzweigungen führen zu variablen Druckverlusten. Ändert sich der Volumenstrom kurzfristig, kann das den Druck im gesamten System beeinflussen – bis hin zur Unterversorgung einzelner Anlagenteile.
Durch die Simulation können verschiedene Lastfälle und Betriebsszenarien durchgespielt werden. So lassen sich Engpässe, Überlastungen und potenzielle Fehlfunktionen frühzeitig erkennen und gezielt beheben.
Ja, auch Abluftleitungen und Gasanlagen können mit einbezogen werden. Besonders wichtig ist das, wenn durch neue Tanks oder Prozesse große Abluftvolumenströme entstehen, die bestehende Systeme überlasten könnten.
Häufige Probleme sind:
- Unzureichender Druck bei höhergelegenen Verbrauchern
- Unerwünschte Druckspitzen
- Überlastung bestehender Leitungen bei Erweiterungen
- Ansprechen von Sicherheitsventilen durch Druckanstieg
Ein hoher Druckverlust kann dazu führen, dass einzelne Anlagenkomponenten, z. B. Wärmetauscher, nicht mehr mit ausreichend Medium versorgt werden. Das kann zu Prozessunterbrechungen oder Schäden führen.
Wir übernehmen vorhandene Pläne und Isometrien, modellieren das komplette Netzwerk im Simulationsprogramm und simulieren alle Betriebsszenarien – inklusive Ventilen, Regelarmaturen und Druckerzeugern.
Benötigt werden:
- Isometrien und Fließschemata
- Medien- und Prozessdaten (Druck, Temperatur, Volumenstrom)
- Informationen zu installierten Armaturen, Pumpen, Ventilen
Ja. Wir simulieren Standardfahrweisen, Teillastbetrieb, Anfahr- und Notfallszenarien sowie Belastungsspitzen, um das Verhalten des Rohrleitungsnetzes unter realen Bedingungen zu bewerten.
Neue Verbraucher werden im Modell ergänzt und das Gesamtsystem neu berechnet. So kann ermittelt werden, ob das bestehende Rohrnetz die zusätzlichen Anforderungen erfüllt oder angepasst werden muss.
Bei der Befüllung kann durch Verdrängung ein hoher Abluft-Volumenstrom entstehen. Ohne ausreichende Dimensionierung der Abluftleitung kann dies zu Druckanstieg und Auslösung der Überdrucksicherung führen, mit potenziellen Emissionen.
Indem mögliche Druckschwankungen oder Versorgungsengpässe erkannt und vorab entschärft werden. So werden Anlagenstörungen, Produktionsausfälle oder Umweltrisiken deutlich reduziert.
Ja. Gerade bei älteren Anlagen, die erweitert oder angepasst werden sollen, lohnt sich eine Simulation, um versteckte Schwachstellen zu identifizieren und nachträgliche Korrekturen gezielt umzusetzen.
Wir arbeiten mit branchenspezialisierter Simulationssoftware, die Rohrsysteme, Druckverluste und Volumenströme präzise abbildet, ergänzt durch eigene Stoffdatenbanken und Komponentenmodelle.
Die Projektdauer hängt vom Umfang des Rohrleitungsnetzes ab. Kleinere Systeme können in wenigen Tagen analysiert werden, komplexe Anlagen erfordern mehrere Wochen inklusive Modellierung und Bewertung.
Mögliche Maßnahmen sind:
- Vergrößerung von Leitungsquerschnitten
- Einbau zusätzlicher Druckregler
- Anpassung von Pumpen, Gebläsen oder Ventilen
- Optimierung der Leitungsführung
Durch frühzeitige Erkennung potenzieller Überdrucksituationen oder unkontrollierter Emissionen, etwa durch unzureichende Abluftleitungen, trägt die Simulation entscheidend zur Umwelt- und Anlagensicherheit bei.
Ihre Ansprechpartner
Dr. Florian Merkel
horst weyer und partnerSie haben Fragen zum Thema Simulation von Rohrleitungsnetzwerken?
Unsere Experten beraten Sie gerne!