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Planung und Einrichtung des kathodischen Korrosionsschutzes für ...

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Leitungsbau<br />

<strong>Planung</strong> <strong>und</strong> <strong>Einrichtung</strong> <strong>des</strong><br />

<strong>kathodischen</strong> <strong>Korrosionsschutzes</strong> <strong>für</strong> das<br />

Münchner Hauptwasserleitungsnetz<br />

Substanzerhaltung n Hauptwasserleitungen transportieren das Trinkwasser aus Hochbehältern<br />

in das gesamte Münchner Stadtgebiet. Die Funktionstüchtigkeit dieser Leitungen<br />

zu erhalten, ist entscheidend <strong>für</strong> die Gewährleistung der Versorgungssicherheit. Als Maßnahme<br />

zur Erhaltung der Funktionsfähigkeit steht die Verlängerung der Lebensdauer durch<br />

den Einsatz <strong>des</strong> <strong>kathodischen</strong> <strong>Korrosionsschutzes</strong> (KKS) zur Verfügung.<br />

Seit mehr als 125 Jahren wird<br />

München mit naturbelassenem<br />

Wasser aus dem Voralpenland<br />

versorgt. Über insgesamt 205 km lange<br />

Druckleitungen aus Grauguss, duktilem<br />

Guss, Spannbeton <strong>und</strong> aus Stahl<br />

wird das kostbare Nass von den Hochbehältern<br />

außerhalb der Stadt in freiem<br />

Gefälle, ohne den Einsatz von Pumpen<br />

über die sogenannten Hauptwasserleitungen<br />

mit einem Durchmesser zwischen<br />

800 <strong>und</strong> 1200 mm ins Münchner<br />

Stadtnetz eingespeist. Für die Verwendung<br />

von Stahlrohren <strong>für</strong> Hauptwasserleitungen<br />

spricht die enorme Festigkeit<br />

<strong>und</strong> Widerstandskraft gegenüber<br />

Druckschlägen <strong>und</strong> anderen mechanischen<br />

Beanspruchungen, was einen<br />

klaren Vorteil gegenüber den anderen<br />

verwendeten Materialien darstellt. Diesen<br />

Vorteilen steht jedoch die hohe Korrosionsanfälligkeit<br />

von erdverlegten<br />

Stahlleitungen entgegen.<br />

Trotz der sorgfältig aufgebrachten<br />

Außenisolierungen aus Bitumen <strong>und</strong><br />

Filzpappe der teils mehr als 100 Jahre<br />

alten Stahlleitungen konnten Punkt<strong>und</strong><br />

Flächenkorrosionen an den Hauptwasserleitungen<br />

aus Stahl nicht verhindert<br />

werden. Zur Substanzerhaltung<br />

<strong>und</strong> Vermeidung von teuren Rohrschäden<br />

der ca. 150 km langen Hauptwasserleitungen<br />

aus Stahl entstand der<br />

Ansatz, die weit reichenden Erfahrungen<br />

der Stadtwerke München (SWM) über<br />

den Einsatz <strong>des</strong> KKS im Gasnetz auf<br />

das Hauptwasserleitungsnetz aus Stahl<br />

zu übertragen. Zudem lagen bereits hervorragende<br />

Ergebnisse <strong>und</strong> Erkenntnisse<br />

bezüglich der Wirksamkeit <strong>des</strong><br />

KKS an einer im Jahre 1996 mit KKS<br />

verlegten 4 Kilometer langen Wasserleitung<br />

DN 300 vor. Neben dem technischen<br />

Zustand <strong>und</strong> der Altersstruktur<br />

der Stahlleitungen war die Art der Rohrverbindungen<br />

entscheidend <strong>für</strong> die<br />

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der<br />

geplanten Korrosionsschutzmaßnahmen<br />

am Hauptwasserleitungsnetz der<br />

Münchner Wasserversorgung. Eine verschweißte<br />

Rohrverbindung ermöglicht<br />

einen durchgängigen Stromfluss, der<br />

<strong>für</strong> die einwandfreie Funktion <strong>des</strong> KKS<br />

in den durch elektrische Trennstellen<br />

abgetrennten Leitungsabschnitten Voraussetzung<br />

ist. Im Projektfortschritt<br />

zeigte sich, dass auch Stemmmuffenverbindungen<br />

älterer Stahlleitungen die<br />

Forderung nach elektrischer Leitfähigkeit<br />

erfüllen.<br />

Machbarkeitsstudie<br />

Die Vorprojektphase umfasste im Rahmen<br />

einer Machbarkeitsstudie gr<strong>und</strong>-<br />

Abb. 1 Isolierstück mit elektrisch isolierender Innenbeschichtung <strong>und</strong> Zementmörtelauskleidung<br />

12 Jahresmagazin 12/ 2009


sätzliche Überlegungen zu den vorliegenden<br />

Korrosionsbelastungen <strong>und</strong><br />

den möglichen Korrosionsschutzmaßnahmen<br />

an den Hauptwasserleitungen<br />

aus Stahl. Weitere Inhalte der Studie<br />

sind die Vorplanung, eine Ausführungskonzeption,<br />

eine Aufwands- <strong>und</strong> Kostenschätzung<br />

als Gr<strong>und</strong>lage <strong>für</strong> die erforderlichen<br />

Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen<br />

<strong>und</strong> ein Terminplan.<br />

Gr<strong>und</strong>sätzliche Korrosionsgefährdung<br />

Die Außenkorrosion an den Hauptwasserleitungen<br />

aus Stahl wird hauptsächlich<br />

durch Elementbildung mit<br />

Stahl/Betonf<strong>und</strong>amenten (Fremdkathode:<br />

Stahl im Beton) <strong>und</strong> durch Streuströme<br />

aus Gleichstrombahnen verursacht.<br />

Die an ausgedehnten städtischen<br />

Wassernetzen nahezu immer vorhandenen<br />

metallenleitenden Kontakte zur<br />

Fremdkathode Stahl/Beton (z. B. über<br />

Potenzialausgleichsleitungen in Gebäuden)<br />

erzeugen dabei ein Korrosionselement,<br />

welches an Stellen, an denen<br />

die Rohraußenisolierung durch Verlegefehler<br />

oder Fremdeinwirkungen beschädigt<br />

wurde, Korrosionsabtragungen bewirkt.<br />

Besitzt das Stahlrohr eine sehr<br />

hochwertige Umhüllung mit nur wenigen<br />

<strong>und</strong> kleinen Fehlstellen, resultiert<br />

aus dem ungünstigen Flächenverhältnis<br />

von Kathode (Stahl im Beton) zu Anode<br />

(Stahl im Erdboden = Umhüllungsfehlstellen)<br />

eine hohe Korrosionsgeschwindigkeit<br />

von 1 mm/Jahr <strong>und</strong><br />

mehr.<br />

Bei Streustrombeeinflussung durch<br />

Gleichstrombahnen tritt im Einflussbereich<br />

elektrochemisch negativer Schienen<br />

eine erhöhte Korrosionsbelastung<br />

durch Streustromaustritt auf, die hohe<br />

Abtragungsraten von 1 mm pro Jahr<br />

<strong>und</strong> mehr zur Folge hat. Außerdem besteht<br />

eine Korrosionsgefährdung durch<br />

bodenbedingte Konzentrations- <strong>und</strong><br />

Langstreckenelemente.Ausschlaggebend<br />

<strong>für</strong> diese Korrosionsbelastung sind<br />

Schutt, aggressive <strong>und</strong> verschiedenartige<br />

Böden. Die Abtragungsgeschwindigkeiten<br />

liegen bei 0,1 mm pro Jahr, wobei<br />

unter ungünstigen Verhältnissen diese<br />

auch ansteigen können.<br />

Gr<strong>und</strong>sätzlich wirken die Münchner<br />

Boden- <strong>und</strong> Gr<strong>und</strong>wasserverhältnisse<br />

wenig korrosionsfördernd. Bei der Ent-<br />

Jahresmagazin 12/ 2009<br />

nahme von Bodenproben im Zuge von<br />

Korrosionsschadenuntersuchungen nach<br />

DVGW-Arbeitsblatt GW 9 [1] wurden<br />

aber insbesondere im Innenstadtbereich<br />

häufig aggressive bis stark aggressive<br />

Böden vorgef<strong>und</strong>en, welche auf einen<br />

hohen Schuttanteil zurückzuführen sind.<br />

Fehlstellen in der Rohrbeschichtung,<br />

deren Ursache Verlegefehler <strong>und</strong> Fremdeinwirkungen<br />

sind, in Verbindung mit<br />

aggressiven Böden führen dann sowohl<br />

bei Stahl- als auch bei Gussleitungen zu<br />

Belüftungselementen mit erheblichen<br />

Abtragungsraten.<br />

Durch die Errichtung von umfangreichen<br />

Stahlbetonbauwerken im Münchner<br />

Stadtgebiet (z. B. U-Bahntunnels)<br />

in den letzten Jahrzehnten nahm die<br />

Korrosionsgefährdung <strong>für</strong> erdverlegte<br />

metallische Rohrleitungen im Stadtgebiet<br />

in hohem Maße zu. Die Korrosionsgefahr<br />

außerhalb bebauter Gebiete<br />

ist im Allgemeinen wesentlich niedriger.<br />

Durchgehend verschweißte Wasserrohrleitungen<br />

mit einer mechanisch hochwertigen<br />

Umhüllung (z. B. nach DIN<br />

30 670 [2]) sind davon besonders betroffen.<br />

Frühschäden an nicht kathodisch<br />

geschützten Wasserrohrleitungen<br />

werden nahezu immer durch Elementbildung<br />

mit Stahlbetonf<strong>und</strong>amenten<br />

verursacht.Die Wahrscheinlichkeit dieser<br />

Elementbildung wird durch den nach<br />

DIN VDE 0100 Teil 410 [3] erforderlichen<br />

Hauptpotenzialausgleich an der<br />

Wasserverbrauchsleitung <strong>des</strong> K<strong>und</strong>en<br />

sowie durch die Einbeziehung der Stahlbewehrung<br />

von Betonf<strong>und</strong>amenten in<br />

die Erdung elektrischer Anlagen nach<br />

DIN VDE 0100 Teil 540 [4] vergrößert.<br />

Gr<strong>und</strong>sätzliche Korrosionsschutzmaßnahmen<br />

an Stahlleitungen<br />

In der Kombination von Stahlrohr,<br />

passiven Schutzmaßnahmen (z. B. PEoder<br />

glasfaserverstärkte Bitumen-Umhüllung)<br />

<strong>und</strong> aktiven Schutzmaßnahmen<br />

(kathodischer Korrosionsschutz)<br />

bei verschweißten Hauptwasserleitungen<br />

ergibt sich <strong>für</strong> die heutige Aufgabenstellung<br />

eine intelligente Lösung. Die<br />

aktive Schutzmaßnahme wird dann<br />

wirksam, wenn aufgr<strong>und</strong> einer Beschädigung<br />

ein direkter Kontakt <strong>des</strong><br />

Stahluntergr<strong>und</strong>es zum umgebenden<br />

Medium besteht, unabhängig davon, wo<br />

sich die Fehlstelle befindet. Der wesentliche<br />

Vorteil ist die Tatsache, dass<br />

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13


Leitungsbau<br />

diese Vorgänge mit einem Stromfluss<br />

verb<strong>und</strong>en sind. Dieser Stromfluss kann<br />

messtechnisch erfasst werden <strong>und</strong> erlaubt<br />

somit eine Bewertung der Geschehnisse<br />

r<strong>und</strong> um das geschützte<br />

Bauteil. Mit diesen Möglichkeiten ist<br />

der kathodische Korrosionsschutz ein<br />

bedeuten<strong>des</strong> Werkzeug <strong>für</strong> die zustandsorientierte<br />

Instandhaltung [5].<br />

Bei der <strong>Planung</strong> <strong>und</strong> Errichtung von<br />

verschweißten Wasserleitungen aus Stahl<br />

lassen sich die konstruktiven Voraussetzungen<br />

<strong>für</strong> die Anwendung <strong>des</strong><br />

<strong>kathodischen</strong> <strong>Korrosionsschutzes</strong> relativ<br />

problemlos bewerkstelligen. Diese bestehen<br />

im Wesentlichen in der elektrischen<br />

Trennung zu allen niederohmig<br />

geerdeten Objekten <strong>und</strong> Anlagenteilen,<br />

was durch den Einbau von Isolierstücken<br />

<strong>und</strong> entsprechenden Konstruktionen<br />

an Wanddurchführungen, Festpunkten,<br />

Kreuzungen <strong>und</strong> Aufhängungen bewerkstelligt<br />

werden kann. Soweit erforderlich,<br />

müssen metallenleitende Verbindungen<br />

zu Anlagen mit niedrigem<br />

Ausbreitungswiderstand, welche die<br />

Wirksamkeit der Isolierstücke aufheben<br />

können, geortet <strong>und</strong> beseitigt werden.<br />

Der kathodische Korrosionsschutz<br />

erfolgt in gleicher Weise wie z. B. bei<br />

Gasrohrleitungen mittels galvanischer<br />

Anoden oder durch Fremdstromschutzanlagen<br />

[6].<br />

Die an Isolierstücken vorhandene<br />

Potenzialdifferenz bei Elementbildungen<br />

<strong>und</strong> bei äußerem <strong>kathodischen</strong><br />

Korrosionsschutz bewirkt, dass an den<br />

Stromaustrittsstellen Korrosionserscheinungen<br />

an der Rohrinnenseite auftreten<br />

können. Zur Beurteilung der Korrosionsgefährdung<br />

dient allein die maximal<br />

mögliche Stromdichte unmittelbar<br />

an der Begrenzung zur Isolierstrecke.<br />

Bahngleichrichter<br />

Streustromableitung<br />

Rohrleitung<br />

Schienenstrom<br />

Bei gegebenem Durchmesser <strong>und</strong><br />

gegebener elektrischer Leitfähigkeit <strong>des</strong><br />

Mediums werden der Innenwiderstand<br />

<strong>des</strong> Isolierstückes <strong>und</strong> damit die Stromdichte<br />

durch die Länge der Isolierstrecke<br />

gesteuert. Eine ausreichend bemessene<br />

elektrisch isolierende Innenbeschichtung<br />

in Kombination mit einer hygienisch<br />

einwandfreien Zementmörtelauskleidung<br />

(Abb. 1) bewirkt, dass<br />

sowohl die Innenkorrosion [7] auf einen<br />

technisch vernachlässigbaren Betrag<br />

reduziert wird als auch die Anforderung<br />

der Trinkwasserverordnung erfüllt<br />

werden.<br />

Auch an bestehenden verschweißten<br />

Wasserleitungen ist der kathodische<br />

Korrosionsschutz nachträglich zu realisieren.<br />

Der Aufwand zur Schaffung der<br />

konstruktiven Voraussetzungen ist zwar<br />

erheblich größer als bei der Neuverlegung,<br />

trotzdem kann die Anwendung<br />

dieses Schutzverfahrens wirtschaftlich<br />

sein. Der Schutz gegen die Korrosionsgefährdung<br />

durch Streuströme aus<br />

Gleichstrombahnen (Straßenbahn,<br />

U-Bahn) besteht darin, den Stromaustritt<br />

an streustrombeeinflussten<br />

Objekten durch eine gerichtete Streustromableitung<br />

zum Schienensystem<br />

bzw. direkt zu den Unterwerken zu<br />

verhindern (Abb. 2). Dieses Schutzverfahren<br />

wird bei Wasserleitungen<br />

ebenso wie bei allen anderen streustrombeeinflussten<br />

Objekten seit Jahrzehnten<br />

angewendet. Die Gr<strong>und</strong>lagen<br />

sind in DIN EN 50162 [8] <strong>und</strong> DIN EN<br />

50122 [9] beschrieben.<br />

Vorplanung <strong>und</strong><br />

Ausführungskonzeption<br />

Die Konzeption <strong>für</strong> die <strong>Einrichtung</strong> <strong>des</strong><br />

KKS an den Hauptwasserleitungen aus<br />

Stahl wurde anhand der Rohrnetz- <strong>und</strong><br />

Straßenbahn<br />

Abb. 2 Streustromschutz durch gerichtete Streustromableitung<br />

Fahrdraht<br />

Abb. 3 Der Übersichtsplan zeigt den<br />

Verlauf <strong>des</strong> künftigen KKS-Systems.<br />

Rohrbaupläne, der Informationen aus<br />

dem geografischen Netzinformationssystem<br />

(NIS) <strong>und</strong> nach langjährigen<br />

Erfahrungen der SWM im KKS erstellt.<br />

Als Leitfaden dienten die DVGW-Richtlinien<br />

GW 12 (Entwurf 2009) [10] <strong>und</strong><br />

G 412 (Entwurf 2009) [11]. Der KKS der<br />

Hauptwasserleitungen kann in das vorhandene<br />

KKS-System der SWM integriert<br />

werden, wodurch sich technische<br />

<strong>und</strong> wirtschaftliche Vorteile ergeben.<br />

Vorrangig wurden in diesem<br />

Projekt die Stahl- Hauptwasserleitungen<br />

mit folgender Priorisierung betrachtet:<br />

• R<strong>und</strong> 121 Kilometer Stahl-Hauptwasserleitungen<br />

ab Baujahr 1950 erfüllen<br />

in hohem Maße die konstruktiven<br />

Voraussetzungen <strong>für</strong> die<br />

<strong>Einrichtung</strong> <strong>des</strong> KKS.<br />

• R<strong>und</strong> 18 Kilometer Stahl-Hauptwasserleitungen,<br />

verlegt in den Jahren<br />

1930-1950, teilweise mit Stemmmuffenverbindungen,<br />

sind gr<strong>und</strong>sätzlich<br />

schützbar. Die praktische Umsetzung<br />

muss jedoch vorher stichprobenartig<br />

überprüft werden.<br />

• R<strong>und</strong> 10 km Stahl-Hauptwasserleitungen,<br />

verlegt in den Jahren vor<br />

1930, sind theoretisch schützbar.<br />

Hierzu muss die praktische Umsetzung<br />

detailliert überprüft werden.<br />

Aufgr<strong>und</strong> der Rohrnetzstruktur bot sich<br />

die Konstruktion von 11 elektrisch begrenzten<br />

Schutzsystemen (Abb. 3) an.<br />

14 Jahresmagazin 12/ 2009


Abb. 4 Isolierstück <strong>für</strong> die elektrische<br />

Längstrennung<br />

Bei fünf Schutzsystemen ist eine Unterteilung<br />

in mehrere Leitungsteile zweckmäßig<br />

(Abb. 4). Die praktischen Erfahrungen<br />

haben gezeigt, dass diese<br />

Konstruktion sowohl <strong>für</strong> den schrittweisen<br />

Aufbau als auch <strong>für</strong> die Instandhaltung<br />

(Überwachung, Fehlerortung,<br />

Instandsetzung) <strong>und</strong> den Betrieb<br />

(Schutzstrom- <strong>und</strong> Potentialsteuerung,<br />

Freischaltung fehlerbehafteter Leitungsteile)<br />

<strong>des</strong> <strong>kathodischen</strong> <strong>Korrosionsschutzes</strong><br />

sehr von Vorteil ist. Zur<br />

Schaffung der Schutzsysteme <strong>und</strong> der<br />

Leitungsteile sind im Hauptwassernetz<br />

305 Isolierstücke einzubauen. Darin<br />

enthalten sind 12 Isolierstücke zur elektrischen<br />

Trennung der Übergänge von<br />

Stahl auf Guss. Sieben Isolierstücke ergeben<br />

sich automatisch an den Übergängen<br />

zu anderen Werkstoffen wie<br />

Spannbetonleitungen.<br />

Für die korrosionsschutztechnische<br />

Sanierung der Druckregulier-, Schnellschlussschieber-<br />

<strong>und</strong> Chloranlagen<br />

(Abb. 5) kommen der Einbau von Isolierstücken,<br />

die Umrüstung von Flanschverbindungen<br />

zu Isolierflanschen, die<br />

Installation von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen<br />

(RCD) <strong>und</strong> die Schutzmaßnahme<br />

„Schutztrennung“ infrage.<br />

Für die Schutzstromversorgung <strong>des</strong> gesamten<br />

Hauptwassernetzes reichen nach<br />

der Abschätzung <strong>des</strong> Schutzstrombedarfes<br />

22 Fremdstromschutzanlagen<br />

aus. Definitiv ergibt sich dies jedoch<br />

Jahresmagazin 12/ 2009<br />

Abb. 5 Druckregulieranlage Abb. 6 Erstellung einer Tiefenanode <strong>für</strong><br />

die Schutzstromversorgung der Hauptwasserleitungen<br />

erst im Zuge der <strong>Planung</strong> bei der Berechnung<br />

der Strom- <strong>und</strong> Potenzialverteilung.<br />

Die Standorte der Fremdstromschutzanlagen<br />

werden während<br />

der <strong>Planung</strong>sphase festgelegt. Da die<br />

Anlagen innerhalb einer bestehenden<br />

Bebauung zu errichten sind, müssen<br />

höchstwahrscheinlich Tiefenanoden<br />

(Abb. 6) eingesetzt werden (Annahme<br />

<strong>für</strong> die Kostenabschätzung).<br />

Da die <strong>Einrichtung</strong> <strong>des</strong> KKS in einem<br />

stadtweit vermaschten Hauptwassernetz<br />

aus technischer <strong>und</strong> wirtschaftlicher<br />

Sicht im Allgemeinen nur abschnittsweise,<br />

d. h. in der Größenordnung von<br />

Leitungsteilen, zu bewerkstelligen ist,<br />

empfiehlt sich folgende Vorgehensweise:<br />

Der Aufbau <strong>des</strong> KKS sollte möglichst in<br />

Verbindung mit den geplanten Rohrnetz-Sanierungsvorhaben<br />

sowie mit<br />

anderen geeigneten Arbeiten (wie z. B.<br />

Straßenbauarbeiten) erfolgen. Besteht<br />

in einem Leitungsteil eine erhöhte<br />

Korrosionsgefährdung, sind nach DIN<br />

30675 Teil 1 [12] Schutzmaßnahmen<br />

erforderlich. In diesem Fall ist der gr<strong>und</strong>sätzlich<br />

beabsichtigte KKS dieses<br />

Leitungsteils vorrangig zu behandeln.<br />

Mit hohen Korrosionsgeschwindigkeiten<br />

(w = 1mm/a <strong>und</strong> mehr) muss im Allgemeinen<br />

bei neuen Rohrleitungen gerechnet<br />

werden (ungünstiges Flächenverhältnis<br />

Kathode/Anode bei Elementbildungen).<br />

Aus diesem Gr<strong>und</strong> sollte<br />

die <strong>Einrichtung</strong> <strong>des</strong> KKS bevorzugt in<br />

neuen Leitungsteilen bzw. in solchen<br />

mit einem relativ hohen Anteil neuer<br />

Rohrleitungen vorgenommen werden,<br />

zumal sich dabei auch wirtschaftliche<br />

Vorteile ergeben.<br />

Im Rahmen der Detail- <strong>und</strong> Ausführungsplanung<br />

<strong>des</strong> KKS wird unter<br />

Berücksichtigung der bestehenden<br />

Sanierungsprogramme, der Neubau<strong>und</strong><br />

Betriebsmaßnahmen <strong>und</strong> der<br />

örtlichen Korrosionseinflüsse (Auswertung<br />

der Korrosionsschäden <strong>und</strong><br />

ggf. messtechnische Untersuchungen)<br />

ein detailliertes Ausführungskonzept<br />

erstellt.<br />

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung<br />

<strong>und</strong> -berechnung<br />

Die Wirtschaftlichkeit <strong>des</strong> <strong>kathodischen</strong><br />

<strong>Korrosionsschutzes</strong> ist vielfach belegt<br />

[13]. Der KKS reduziert die Materialabtragung<br />

an den Stahlleitungen auf<br />

ein vernachlässigbares Maß. Dies führt<br />

zu einer Verlängerung der Nutzungsdauer<br />

der vorhandenen Hauptwasserleitungen<br />

aus Stahl. Für die Berechnung<br />

der Wirtschaftlichkeit der Nachrüstung<br />

<strong>des</strong> KKS wurden die Lebensdauerverlängerung<br />

der Leitung um 30 Jahre<br />

<strong>und</strong> eine Korrosionsschadensrate von<br />

0,002 Schäden/km angenommen. Die<br />

Wirtschaftlichkeit wurde <strong>für</strong> jeden in<br />

der Vorplanung festgelegten Leitungsabschnitt<br />

einzeln mittels einer Erlösrechnung<br />

<strong>und</strong> zusätzlich einer Kosten-<br />

15


Leitungsbau<br />

vergleichsrechnung betrachtet. Die<br />

Rechenbasis hier<strong>für</strong> bildeten die:<br />

• Investitionskosten <strong>des</strong> KKS (<strong>Planung</strong>skosten,<br />

Messkosten, Messeinrichtungen<br />

<strong>und</strong> Baukosten),<br />

• Betriebskosten <strong>des</strong> KKS (Überwachung,<br />

Fehlerortung <strong>und</strong> Beseitigung,<br />

Instandhaltung der Schutzanlagen <strong>und</strong><br />

Messstellen, Schutzstrom),<br />

• Einsparungen <strong>für</strong> Reparaturen durch<br />

die Vermeidung von Korrosionsschäden,<br />

• Ersatzinvestition am Ende <strong>des</strong> Betrachtungszeitraums(Wiederbeschaffungswert<br />

<strong>und</strong> Restwert der Rohrleitung),<br />

• Kapitalverzinsung <strong>und</strong> Teuerungsrate,<br />

• angenommene Restnutzungsdauer vor<br />

Einbau <strong>des</strong> KKS <strong>und</strong> Verlängerung der<br />

Rohrleitungsnutzungsdauer durch den<br />

KKS.<br />

Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsberechnung<br />

1. Von 149 Kilometer untersuchten<br />

Hauptwasserleitungen sind die Barwerte<br />

nach der Erlösrechnung bei<br />

135 Kilometer zugunsten <strong>des</strong> KKS<br />

meist deutlich positiv. Der Vergleich<br />

der Kosten ergibt in der Regel klare<br />

Vorteile zugunsten <strong>des</strong> KKS. Der<br />

kathodische Korrosionsschutz ist eine<br />

eindeutig vorteilhafte Investition.<br />

2. Die Wirtschaftlichkeit entsteht vorwiegend<br />

durch das Verschieben der<br />

Rohrleitungserneuerung (Ersatzinvestition)<br />

auf einen späteren Zeitpunkt.<br />

3. Verschiedene Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen<br />

beeinflussen das Ergebnis<br />

nur in untergeordnetem Maße.<br />

4. Bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung<br />

wurde nicht berücksichtigt, dass<br />

sich die Investitionskosten <strong>für</strong> den<br />

KKS ggf. durch optimale Koordination<br />

mit den im Netz anfallenden<br />

Rohrnetzsanierungsmaßnahmen <strong>und</strong><br />

sonstigen im Stadtgebiet anfallenden<br />

Baumaßnahmen, wie z. B. Straßenbaumaßnahmen<br />

erheblich reduzieren<br />

können.<br />

Weitere nicht monetäre Vorteile sind:<br />

• niedrige Leckrate als Maß <strong>für</strong> die Betriebssicherheit<br />

der Hauptwasserleitungen<br />

<strong>und</strong> somit Untermauerung<br />

der Versorgungssicherheit,<br />

Abb. 7 Schweißnähte, Flanschverbindungen<br />

<strong>und</strong> nicht umhüllte Rohrleitungsteile<br />

werden fachgerecht<br />

nachumhüllt.<br />

• Schonung der Umwelt durch reduzierte<br />

Aufgrabungen, verminderte Anfahrten,<br />

weniger Materialverbrauch, Reduzierung<br />

der Verkehrsbehinderungen<br />

durch Baustellen,<br />

• mithilfe <strong>des</strong> KKS wird eine aktive<br />

zustandsorientierte Instandhaltung<br />

(Messungen) am nicht zugänglichen<br />

Leitungsnetz ermöglicht.<br />

Detail- <strong>und</strong> Ausführungsplanung<br />

Teile der Aufgaben, wie die konstruktive<br />

Gestaltung <strong>des</strong> Korrosionsschutzsystems<br />

(vgl. Abb. 3) <strong>und</strong> die Abschätzung <strong>des</strong><br />

Schutzstrombedarfs wurden bereits im<br />

Rahmen der Machbarkeitsstudie ausgearbeitet.Auf<br />

dieser Gr<strong>und</strong>lage erfolgten<br />

die <strong>Planung</strong>en <strong>für</strong> die Platzierung<br />

der elektrischen Trennstellen in den<br />

Hauptwasserleitungen <strong>und</strong> in den Netzabgangsleitungen.<br />

Weitere Aufgaben –<br />

wie die <strong>Planung</strong> der KKS-Anlagen, der<br />

Messstellen <strong>und</strong> der Fernüberwachungssensoren<br />

– erfolgen abschnittsbezogen.Vor<br />

der Ausarbeitung der ausführungsreifen<br />

Planunterlagen werden anhand<br />

der Detail- <strong>und</strong> Rohrbaupläne<br />

Begehungen aller geplanten Standorte<br />

durchgeführt. Die Ergebnisse der <strong>Planung</strong><br />

werden in Form von Übersichts-,<br />

Detail-, Rohrbau- <strong>und</strong> Spartenplänen<br />

<strong>und</strong> Baubeschreibungen dargestellt <strong>und</strong><br />

<strong>für</strong> das jeweilige Ausführungsjahr in Projektordner<br />

bereit gehalten.<br />

Projektausführung <strong>und</strong><br />

<strong>Einrichtung</strong> <strong>des</strong> KKS<br />

Die Aufgaben bei der <strong>Einrichtung</strong> <strong>des</strong><br />

KKS umfassen die Ausführung aller geplanten<br />

Baumaßnahmen an den Hauptwasserleitungen,<br />

wie den Einbau von<br />

Isolierstücken mit den erforderlichen<br />

Nachumhüllungsarbeiten (Abb. 7) <strong>und</strong><br />

die Installation der KKS-Anlagen <strong>und</strong><br />

Abb. 8 KKS-Messstellen werden an<br />

leicht zugänglichen Stellen gut sichtbar<br />

aufgestellt <strong>und</strong> über Kabelverbindungen<br />

an der Rohrleitung angeschlossen.<br />

Messstellen (Abb. 8). Bei umfangreichen<br />

Baustellen empfiehlt es sich,Anwohner<br />

<strong>und</strong> Verkehrsteilnehmer zu informieren.<br />

Abschließend erfolgt eine temporäre<br />

Schutzstromeinspeisung. Der dabei<br />

ermittelte Wert wird mit dem <strong>Planung</strong>swert<br />

verglichen. Bei erheblichen Abweichungen<br />

sind die Ursachen zu ermitteln<br />

<strong>und</strong> zu beseitigen. Die bisher<br />

ermittelten Fehlerursachen waren unzulässige<br />

Verbindungen der Hauptwasserleitung<br />

mit einer Erderanlage <strong>und</strong> einem<br />

Fremdobjekt.<br />

Inbetriebnahme <strong>des</strong> KKS<br />

Im Rahmen der KKS-Inbetriebnahme<br />

[7] erfolgen zunächst Messungen an<br />

der Rohrleitung, danach wird die KKS-<br />

Anlage eingeschaltet <strong>und</strong> auf den<br />

<strong>Planung</strong>swert gestellt. Durch Messung<br />

der Einschaltpotenziale an Messstellen<br />

im Bereich der Endpunkte der Hauptwasserleitungen<br />

wird die Funktion <strong>des</strong><br />

KKS geprüft. Nach ausreichender Polarisationsdauer,<br />

in der Regel dauert dieser<br />

Vorgang mehrere Wochen, erfolgt die<br />

Nachmessung nach dem DVGW-Arbeitsblatt<br />

GW 10 [14].<br />

Überwachung <strong>des</strong> KKS<br />

Alle KKS-Anlagen an den Hauptwasserleitungen<br />

werden nach DVGW-<br />

Arbeitsblatt GW 16 [15] fernüberwacht.<br />

Damit können die Funktionskontrollen<br />

der Anlagen vor Ort entfallen. Die Überwachungsmessungen<br />

erfolgen nach<br />

DVGW-Arbeitsblatt GW 10, mit der<br />

Zielsetzung, den Zustand <strong>des</strong> wirksamen<br />

KKS sicherzustellen.<br />

Zusammenfassung <strong>und</strong> Ausblick<br />

Im Sinne einer nachhaltigen Substanzerhaltung<br />

<strong>des</strong> Münchner Hauptwassernetzes<br />

wurde im Rahmen einer Studie<br />

16 Jahresmagazin 12/ 2009


die Machbarkeit der Nachrüstung <strong>des</strong><br />

<strong>kathodischen</strong> <strong>Korrosionsschutzes</strong> untersucht.<br />

Die Studie führte zu dem Ergebnis,<br />

dass die Maßnahme technisch sinnvoll<br />

<strong>und</strong> wirtschaftlich ist. Die Studie beinhaltete<br />

bereits nahezu die komplette<br />

Vorplanung <strong>und</strong> wesentliche Teile der<br />

Detailplanung. Zeitnah, im Vorfeld der<br />

einzelnen Bauabschnitte, erfolgt die<br />

Ausführungsplanung. Die zeitliche Abfolge<br />

dieses umfangreichen Projektes<br />

sieht die Ausführung in sieben Jahresabschnitten<br />

vor. Die Realisierung <strong>des</strong><br />

ersten Abschnittes erfolgte bereits im<br />

vergangenen Jahr. Die Einhaltung der<br />

Kosten, der Termine <strong>und</strong> die erzielte<br />

Qualität übertraf teilweise die Erwartungen.<br />

Derzeit laufen die Bauarbeiten<br />

<strong>für</strong> den zweiten Abschnitt <strong>und</strong><br />

bereits die <strong>Planung</strong>en <strong>für</strong> den dritten Abschnitt.<br />

Aus heutiger Sicht ist der Projektabschluss<br />

wie geplant in ca. fünf bis<br />

sechs Jahren als realistisch zu betrachten.<br />

Literatur<br />

[1] DVGW-Arbeitsblatt GW 9: „Beurteilung von<br />

Böden hinsichtlich ihres Korrosionsverhaltens<br />

auf erdverlegte Rohrleitungen <strong>und</strong> Behälter<br />

aus unlegierten <strong>und</strong> niedriglegierten Eisenwerkstoffen“.<br />

[2] DIN 30 670 Polyethylen-Umhüllung<br />

von Stahlrohren <strong>und</strong> -formstücken<br />

[3] DIN VDE 0100 Teil 410 (2007-06) Schutzmaßnahmen;<br />

Schutz gegen elektrischen Schlag<br />

[4] DIN VDE 0100 Teil 540 (2007-06) Auswahl<br />

<strong>und</strong> Errichtung elektrischer Betriebsmittel –<br />

Erdungsanlagen, Schutzleiter <strong>und</strong> Schutzpotenzialausgleichsleiter<br />

[5] Gaugler, H; Kocks, H.-J.: Zustandsorientierte<br />

Instandhaltung kathodisch geschützter Stahlleitungen,<br />

3R international (46) Heft 6/2007<br />

S. 385-391<br />

[6] Gaugler, H.: Nachrüsten <strong>des</strong> <strong>kathodischen</strong> <strong>Korrosionsschutzes</strong><br />

(KKS) in einem Gasversorgungsnetz,<br />

GWF-Gas/Erdgas 146 (2005) Heft 3 S. 164-170<br />

[7] E.ON Ruhrgas AG, Kompetenzcenter Korrosionsschutz<br />

(Hrsg.): Korrosionsschutz erdverlegter<br />

Rohrleitungen, 2007. 2. Auflage, Essen S. 313-<br />

330 <strong>und</strong> S. 104-105.<br />

[8] DIN EN 50162 Schutz gegen Korrosion durch<br />

Streuströme aus Gleichstromanlagen<br />

[9] DIN EN 50122 Bahnanwendungen; ortsfeste<br />

Anlagen; Teil 2: Schutzmaßnahmen gegen die<br />

Auswirkungen von Streuströmen, verursacht<br />

durch Gleichstrombahnen<br />

[10] DVGW-Arbeitsblatt GW 12 <strong>Planung</strong> <strong>und</strong><br />

<strong>Einrichtung</strong> kathodischer Korrosionsschutzanlagen<br />

<strong>für</strong> erdverlegte Lagerbehälter <strong>und</strong> Stahlrohrleitungen<br />

(Entwurf 08/2009)<br />

[11] DVGW-Arbeitsblatt G 412 Kathodischer Korrosionsschutz<br />

von erdverlegten Gasverteilungsnetzen<br />

<strong>und</strong> Gasverteilungsleitungen (Entwurf 07/2009)<br />

[12] DIN 30675 Teil 1 Äußerer Korrosionsschutz von<br />

erdverlegten Rohrleitungen; Schutzmassnahmen<br />

<strong>und</strong> Einsatzbereiche bei Rohrleitungen aus Stahl<br />

[13] Gaugler, H.: Wirtschaftlichkeit <strong>des</strong> <strong>kathodischen</strong><br />

<strong>Korrosionsschutzes</strong> in einem Gasverteilungsnetz,<br />

3R international (47) Heft 6/2008 S. 318-322<br />

[14] DVGW-Arbeitsblatt GW 10 Kathodischer<br />

Korrosionsschutz (KKS) erdverlegter Lagerbehälter<br />

<strong>und</strong> Rohrleitungen aus Stahl – Inbetriebnahme<br />

<strong>und</strong> Überwachung (2007)<br />

[15] DVGW-Arbeitsblatt GW 16 Kathodischer<br />

Korrosionsschutz (KKS) erdverlegter Lagerbehälter<br />

<strong>und</strong> Rohrleitungen aus Stahl – Fernüberwachung<br />

(2007)<br />

Bezug <strong>des</strong> DVGW-Regelwerks:<br />

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Abbildungen: Stadtwerke München<br />

Autoren:<br />

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Tel.: 089 2361-3600<br />

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