Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul TEB1 berechnet die erforderliche Dicke von Rohrböden nach TEMA Section 5, Absatz RCB-2.21 (Ausgabe 1978). Der Rohrboden — die gelochte Platte, in die die Rohre des Bündels eingewalzt oder eingeschweißt sind — wird dabei als Biegeplatte unter dem maßgebenden Berechnungsdruck behandelt; die Randbedingungen der Dichtverbindung gehen über den mittleren Dichtungsdurchmesser und einen bauartabhängigen Faktor ein.
In der Praxis braucht man diese Berechnung bei der Auslegung und Nachrechnung von Rohrbündelwärmeübertragern nach TEMA-Standards, insbesondere wenn ältere Apparate nach dem Ausgabestand 1978 dokumentiert sind und für Reparatur, Umbau oder wiederkehrende Prüfung nachvollzogen werden müssen. Eingangsgrößen sind die Berechnungsdrücke beider Seiten, die Berechnungstemperatur, der mittlere Dichtungsdurchmesser, Werkstoff und zulässige Spannung des Rohrbodens sowie der Korrosionszuschlag; Ergebnis ist die erforderliche und die ausgeführte Bodendicke.
Die TEMA-Rohrbodenformel ist bewusst halbempirisch gehalten: Die Stützwirkung des Rohrfeldes und die Einspannung am Rand werden über pauschale Faktoren erfasst, was die Rechnung schnell und robust macht — im Unterschied zu den elastizitätstheoretischen Verfahren neuerer Regelwerke.
Regelwerk und Berechnungsbasis: TEMA Section 5 - RCB-2.21: 1978
So läuft die Berechnung ab
- Lastfälle und Berechnungsdrücke festlegen: Maßgebend ist der ungünstigste der untersuchten Lastfälle: mantelseitiger Druck, rohrseitiger Druck oder beide gemeinsam — jeweils unter Beachtung, ob die Drücke sich am Rohrboden addieren oder teilweise aufheben dürfen.
- Einspannverhältnisse und Faktor bestimmen: Aus der Bauart der Rohrboden-Randverbindung (gedichtet, fest verbunden, unterstützt) ergibt sich der TEMA-Faktor F, der die Randbedingung der Platte beschreibt. Als wirksamer Durchmesser der druckbelasteten Platte dient bei gedichteten Böden der mittlere Dichtungsdurchmesser G.
- Zulässige Spannung ermitteln: Für den Rohrbodenwerkstoff wird die zulässige Spannung bei Berechnungstemperatur aus den Werkstofftabellen bestimmt.
- Erforderliche Bodendicke berechnen: Mit Faktor F, Durchmesser G, maßgebendem Druck und zulässiger Spannung liefert die TEMA-Biegeformel die erforderliche Dicke; zusätzlich ist der Schubnachweis am Umfang des Rohrfeldes zu prüfen, der bei kleinen Durchmessern und hohen Drücken maßgebend werden kann.
- Zuschläge und ausgeführte Dicke: Zur rechnerischen Dicke kommen der Korrosionszuschlag (beidseitig, je nach Medium) sowie ggf. Nuttiefen für Dichtungen und Trennwände; die ausgeführte Bodendicke muss die Summe abdecken.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Berechnungsdruck | p0 | bar |
| Berechnungsdruck | P0 | N/mm² |
| Berechnungstemperatur | T0 | °C |
| Mittlerer Dichtungsdurchmesser | G | mm |
| Faktor | F | – |
| Ausgeführte Bodendicke | Te | mm |
| Zuschlag (Korrosion) | c2 | mm |
| Werkstoff | Werkstoff | – |
| Zulässige Spannung | S | N/mm² |
| Erforderliche Bodendicke | T = | mm |
Häufige Fragen
Warum darf der Rohrboden dünner sein als eine ungelochte Platte gleicher Größe?
Weil das Rohrfeld mitträgt: Die eingewalzten oder eingeschweißten Rohre stützen die Platte wie elastische Federn und übernehmen einen Teil der Querkraft. Die TEMA-Formel bildet das pauschal über ihre Faktoren ab. Umgekehrt schwächen die Bohrungen den tragenden Querschnitt — beide Effekte zusammen sind in der halbempirischen Formel kalibriert. Das funktioniert zuverlässig innerhalb der TEMA-üblichen Geometrien, lässt sich aber nicht auf beliebige Sonderkonstruktionen übertragen.
Welcher Lastfall ist für die Rohrbodendicke maßgebend?
Nicht automatisch der höchste Einzeldruck. Bei fest verbundenen Bauarten mit zwei Rohrböden können thermische Zwangskräfte und Flanschmomente zusätzliche äquivalente Drücke erzeugen, und ein einseitiger Druck (etwa nur rohrseitig beim Anfahren) kann ungünstiger sein als der Betriebszustand mit beiden Drücken. TEMA verlangt deshalb die Untersuchung aller realistisch auftretenden Kombinationen; die größte resultierende Druckdifferenz bestimmt die Dicke.
Ist die Ausgabe 1978 der TEMA-Standards noch anwendbar?
Für Neuauslegungen gelten die aktuellen TEMA-Standards bzw. — bei ASME-Code-Apparaten — die verbindliche Rohrbodenberechnung nach ASME VIII-1 Part UHX. Der Stand RCB-2.21:1978 bleibt aber für die Nachrechnung von Bestandsapparaten wichtig, die nach diesem Stand ausgelegt und dokumentiert wurden: Reparaturen und Bewertungen erfolgen sinnvollerweise zunächst im ursprünglichen Regelwerk, bevor auf ein neueres Verfahren umgestellt wird.
Wie geht die Dichtung in die Berechnung ein?
Bei gedichteten Rohrböden begrenzt der mittlere Dichtungsdurchmesser G die druckbelastete Fläche und den Hebelarm der Plattenbiegung — er ist die wirksame Spannweite der Rechnung, nicht der Bohrungs- oder Außendurchmesser. Zusätzlich beeinflusst die Dichtungsart die Randbedingung: Eine gedichtete Auflage wirkt eher gelenkig, eine feste Verbindung mit Mantel oder Kanal eher eingespannt, was TEMA über unterschiedliche F-Werte erfasst.