Stopfen aus Eis

Das Setzen neuer Abzweige von Heizungs- oder Trinkwasserleitungen, das Austauschen von Heizkörpern, Schiebern, Armaturen oder Dichtungen zählt zum Alltag von SHK-Handwerkern. Bevor kosten- und zeitintensive Maßnahmen, wie die Entleerung und Entlüftung der Rohrleitungen, das Abschalten von Anlagen, die Unterbrechung von Leitungen und die Entsorgung kontaminierten Wassers zum Einsatz kommen, wird auf ein einfaches physikalisches Prinzip zurückgegriffen – die Nutzung der Kälteenergie. „Rohrfrosting“ ist in der Erklärung recht simpel, in der Anwendung, vor allem mit Gas, durchaus eine Herausforderung.

Mal leiser, mal lauter – das Zischen, wenn das Rohr gefriert, gehört ebenso dazu wie die dünne weiße Eisschicht, die die angezogenen Manschetten großflächig umhüllt. Mithilfe eines Kältemittels und hohem Druck wird die Wärme aus dem Rohr nach außen transportiert und die innen liegende Flüssigkeit friert ein. Ein einfaches physikalisches Gesetz, das auch Kühl- und Gefrierschränke funktionieren lässt. Bei der strombetriebenen Variante zur Rohreinfrierung bildet ein hermetisch geschlossener Kältemittelkreislauf die Arbeitsgrundlage. Elektrische Einfriergeräte kombinieren Kältemaschine, Kompressor, Kältezangen sowie Spannschrauben inkl. Kältemittelschläuche und ein integriertes Thermometer.

Elektrische Rohr-Einfriergerät im Einsatz
Typischer Einsatzort sind Einfamilienhäuser oder Büros. Meist handelt es sich um das Setzen neuer Abzweige von Heizungs- oder Trinkwasserleitungen oder das Austauschen von Heizkörpern, aber auch das Beheben von Leckagen ist ein Grund, um elektrische Einfriergeräte mit geschlossenem Kältekreislauf zu nutzen. Der Vorteil, sie sind kaum größer als ein Werkzeugkasten, leicht transportierbar und einmal im Auto verstaut, jederzeit einsetzbar. Die einzige Voraussetzung, ein funktionierendes Stromnetz. „Bei normaler Stromversorgung bevorzugen Handwerker oftmals die kalkulierbare, elektrische Rohrfrosting-Variante“, bestätigt der Rohrwerkzeughersteller Rothenberger. Das aktuelle „Rofrost Turbo 2“-Modell des Unternehmens aus Kelkheim eignet sich für das Einfrieren von Kupfer- und Edelstahlrohren von 10 bis 54 mm bzw. 3/8“ bis 2 1/8“ sowie Stahlrohre von 1/8“ bis 2“. Zwar lassen sich theoretisch auch kleine Durchmesser bei Mehrschichtverbundrohren einfrieren, Experten wie Rothenberger raten aber davon ab, da die Materialien aufgrund der tiefen Temperaturen porös werden können.
Die eigentliche Arbeit beim Einfrieren von Rohren beginnt bereits vor dem Geräteeinsatz. So kann Wasser nur dann in Rohren gefrieren, wenn keine Strömung vorhanden ist. „Vor dem Einfrieren muss die Pumpe abgestellt, Ventile geschlossen oder eine Wasserentnahme verhindert werden. Auch die Schwerkraftzirkulation muss nach Möglichkeit unterbunden werden. Außerdem soll vor dem Einfrieren der Rohrinhalt auf Raumtemperatur abgekühlt sein, um die Einfrierzeit auf ein Minimum zu reduzieren. Laut dem Unternehmen Rems gelten folgende Punkte als wesentlich, bevor mit den Einfrierarbeiten begonnen
wird:

• Das Medium im Rohrsystem darf nicht strömen.
• Das Material der Rohrleitung muss für das Einfrierverfahren geeignet sein.
• Es muss ausreichend Platz zum Montieren der Einfriermanschette/Einfrierkopfes vorhanden sein.
• Das einzufrierende Medium muss einfrierbare Anteile (z. B. Wasser) enthalten.

Das elektrische Rohr-Einfriergerät „Rems Frigo 2“ aus dem Hause Rems wirbt ebenfalls mit „elektrisch einfrieren, statt entleeren“ für Rohrleitungen aus Stahl-, Kupfer-, Kunststoff- oder Verbundrohren in den Dimensionen 1/8 bis 2“ bzw. 10 bis 60 mm. Die Einfrierköpfe sind schmal und so leicht montierbar, auch an engen Stellen. Ein LCD-Digital-Thermometer zeigt die aktuellen Temperaturen an der Einfrierstelle.
Vor dem Einsatz sollte man auf jeden Fall die komplette Bedienungsanweisung der Hersteller lesen, denn was auf den ers­ten Blick einfach klingt, kann von verschiedensten „Eventualitäten“ beeinflusst werden. So kommt es beim erfolgreichen Einfrieren auf viele Faktoren an: Durchmesser und Material des Rohres, Lackierung, Temperatur des Wassers im System und Umgebungstemperatur sind nur einige davon. Auch ein stark ausgeprägter Biofilm im Rohr kann das Einfrieren erschweren. Dem „Rofrost Turbo“ liegt eine Tabelle bei, an der sich die Einfrierzeit ablesen lässt. Sind sich Anwender nicht sicher, ob das Rohr gefroren ist, empfiehlt Rothenberger, die Hälfte der angegebenen Zeit zusätzlich abzuwarten. Ergänzend gibt der Rohrwerkzeughersteller Hinweise, für eine mögliche Temperaturdifferenz beim Einfriervorgang:

• Unterschiedliche Ausgangstemperaturen der einzufrierenden Rohre.
• Verschiedene Rohrdurchmesser.
• Schlechte Kontaktierung
• der Kältezangen zum Rohr.
• Kältezangen an ungeraden oder
• deformierten Rohrstücken angesetzt.
• Beeinträchtigung durch Zugluft.

Sicherheit steht an erster Stelle!
Besondere Beachtung verdient folgender Hinweis: Erfrierungsgefahr! Die Metallteile der Kältezangen haben während des Einfriervorgangs eine Temperatur von ca. -30 °C. Daher sind die Kältezangen nur mit Handschuhen anzufassen, die für die Kälte geeignet sind. Tatsächlich ist diese Gefahr nicht zu unterschätzen. Die Kälteverbrennung ist eine Sonderform der Erfrierung, bei der extreme Kälte binnen Sekunden lokale, verbrennungsartige Schäden verursacht. Die Haut ist praktisch sofort nach dem Kontakt abgestorben. Im Ernstfall gilt, auf keinen Fall die Wunde im Wasserbad erwärmen, sondern die Wundfläche steril abdecken und sofort den Notarzt verständigen. Dieser wird umgehend mit Schmerzmitteln und einer allgemeinen Schocktherapie beginnen.

Mit oder ohne extra Gas-Kartusche – das ist eine gute Frage
Gemessen an den Fixkosten, amortisiert sich der Kauf eines strombetriebenen Gerätes relativ schnell. Während bei kartuschenbetriebenen Methoden Kosten für das Nachfüllen oder Nachkaufen des Gases anfallen. Auch der gesamte Organisationsaufwand ist deutlich höher: angefangen beim Kauf des Gases, der ordnungsgemäßen Lagerung, dem Transport sowie der zeitlichen Beschränkung anhand der vorhandenen Kartuschen. „Wer regelmäßig einfriert, ist mit strombetriebenen Geräten sehr gut bedient; mit gasbetriebenen Lösungen würde ein solcher Einsatz auf lange Sicht im Vergleich immer teurer. Wer Gas im Kundendienst einsetzt, kann allerdings auch die Kosten optimieren. Es gibt einen optimalen Zeitpunkt in der Bedienung zum Einfrieren mit Gas-Sets, nämlich dann, wenn das Gas gerade noch gasförmig bleibt. Wird das Gas flüssig, ist dieser Punkt überschritten. Das erhöht die Kosten unnötig“, erklärt Rothenberger die Details.
Tatsache ist, bestimmte Einsätze verlangen nach dem Einsatz eines externen Kältemittels. Entweder, weil nur eine geringe Zeitspanne für die Montage zur Verfügung steht, oder weil die Nennweite zu groß oder die Sicherheitsanforderungen zu hoch sind. Die Hersteller Rems und Rothenberger bieten deshalb zusätzlich ein Rohr-Einfriergerät mit dem Kältemittel Kohlendioxid an. Der „Rems Eskimo“ beispielsweise funktioniert mit Kohlendioxid. Laut Unternehmensangaben erreicht das Gerät eine Kälteleistung von bis zu -79 °C, ist nicht giftig und nicht brennbar. Hartmut Koch, Heizungstechniker aus dem bayerischen Pfarrkirchen, sieht vor allem den Zeitfaktor als ausschlaggebendes Argument für „Rohrfrosting“ via Gas. „Vor Kurzem mussten wir undichte Absperrventile der Fernwärmeleitung in einem Bürogebäude ersetzen. Es gab schon einen Schaden im Parkettboden und wir mussten schnell handeln. Die Entwässerung bis zum fast 100 m vorgelagerten Schieber war keine Option. Deshalb nahmen wir unser elektrisches Einfriergerät zu Hilfe. Allerdings war das 1½“-Rohr noch warm und auch bereits verrostet, nach über zwei Stunden war es deshalb immer noch nicht gefroren. Dann nutzten wir unser Gerät mit Kohlendioxid und nach knapp 15 Minuten war alles eingefroren, die Ventile wurden gewechselt, das Büro wieder beheizt und wir konnten fahren.“

7N – Stickstoff als „Gefrierhilfe“
Das Rohrfrostverfahren mit flüssigem Stickstoff ist im Hinblick auf Handling und Kosten aufwendiger und teurer als beispielsweise elektrische Einfriersysteme. Dafür ist es laut Dienstleister das einzige Verfahren, um einen Eispfropfen in der Rohrleitung sicher herzustellen und dies zu 100 % verlässlich beurteilen zu können. „Das Verfahren kann bei komplexen Problemstellungen oder hohen Opportunitätskosten zum Einsatz kommen und eignet sich für große Nennweiten aber auch für kleine. Es ist jedoch die einzige Methode, die sicher ist“, führt Dr. Christian Broser, Geschäftsführer der Broser GmbH und Stickstoff-Experte, aus.
Ausschließlich mit flüssigem Stickstoff frieren auch die Experten von der Industrie Engineering Service Gmbh, kurz IES, Rohre ein. Als Experte auf dem Gebiet gilt Michael Te Heesen, Geschäftsführer der IES-Gmbh. Er führt dieses Verfahren in Zusammenarbeit mit Installationsfirmen seit mehr als 30 Jahren durch. „Für Heizungsbauer gibt es eigentlich nur zwei gasbasierte Systeme bei diesem Thema. Zum einen Frieren mit CO₂, dies lässt sich nur bei kleinen Rohren, max. DN 50, mit kalten Medien anwenden. Alternativ dazu gibt es unsere Stickstoff-Dienstleistung, die wir auch an SHK-Partner weiter geben. Dank dieser Einfriermethode können wir größte Temperaturdifferenzen aufbauen und einen wesentlich besseren Wärme­übergang als bei anderen Methoden realisieren“, bestätigt Te Heesen. Der Stickstoff wird je nach Energiebedarf im Vakuumbehälter auf die Baustelle transportiert und dann in einen Kasten, der um die Rohrleitung montiert wird, umgefüllt. Dabei entzieht der Stickstoff dem Rohr und dem Medium die Wärme. Das Medium erstarrt und bildet einen Verschluss.
Im Grunde ein simpler physikalischer Vorgang. Doch wenn eine Produktionsanlage in Betrieb ist und ein Versagen des Verschlusses zu einem Ausfall der Anlage führen würde, wird das Thema „Rohrfrosting“ ernst. Daher ist es absolut notwendig, alle Parameter im Vorfeld richtig zu bewerten, vor allem die notwendige Energie. Diese hängt von der Größe der Rohrleitung und dem Medium selbst ab, also der Art und Temperatur. Kriterien wie die Rohrleitungslage, angrenzende Leitungen im Betrieb und die auftretenden Dichteunterschiede, die sich einstellen können, zählen ebenfalls zum Check-up. „Denn kalte Medienanteile sind schwerer und können aus dem Gefrierbereich ausfließen und durch warme wieder ersetzt werden. Oft reicht dann ein Gerät mit einer Kreislaufkühlung oder einer CO₂-Manschette als Kälteträger nicht aus“, berichtet Te Heesen aus seiner Praxiserfahrung. Vor allem dem Thema Arbeitssicherheit sollte besondere Achtsamkeit gewidmet werden. Es gilt, den Einsatzort genau zu kennen. „Es macht durchaus einen Unterschied, ob das Verfahren in einer Grube, im Keller oder in einer gut belüfteten Anlage angewendet wird. Denn kalter Stickstoff ist schwerer als Luft und verdrängt den Sauerstoff. Vor allem, wenn ein System geöffnet wird, das heiße Medien führt wie Fernwärme, ist besondere Vorsicht geboten“, so Te Heesen. Arbeiten an solchen Leitungen dürfen nur ausgeführt werden wenn bestimmte Richtlinien der AGFW eingehalten werden.

Ein Eispfropfen, der hält was er verspricht
Die Stickstoff-Experten von Broser führen Rohrfrostverfahren ebenfalls nur mit flüssigem Stickstoff durch. „Unserem Wissen nach gibt es kein anderes zertifiziertes Verfahren als das Rohrfrosten mit flüssigem Stickstoff, um auch bei großen Rohrleitungsnennweiten sicher und verlässlich einen Eispfropfen zu bilden“, so Dr. Broser. Die Kundenliste zeigt, dass oft größere Anlagen und komplexe Projekte angefragt werden. Wirft man einen Blick auf die Kosten des Verfahrens und die Einflussfaktoren zeigt sich, dass hauptsächlich die Rohrnennweite zu Buche schlägt. Aber auch die Mediumtemperatur in der Rohrleitung, die Haltezeit des Eispfropfens und natürlich die Anfahrtsdauer zum Einsatzort müssen kalkuliert werden. Um die Kosten zu minimieren, können Kunden durch frühzeitiges Abstellen die Mediumtemperatur im Rohrleitungssystem so weit wie möglich herunterfahren. Auch die notwendigen Montagearbeiten sollten gut geplant und zügig durchgeführt werden, um die benötigte Haltezeit des Eispfropfens zu optimieren.

Theorie versus Praxis
Die Grenzen dieser Methode liegen u. a. auch beim Rohrmaterial. So gilt es, bei Gussrohren aber auch bei Kunststoffrohren einiges zu beachten. Auch bei Edelstahlrohren ist ab z. B. DN 300 die Festigkeit des Pfropfens etwas eingeschränkt. „Bei einer Druckprobe war uns der Pfropfen bei 70 bar kurz herausgerutscht und saß dann fest. Spätere Untersuchungen ergaben, dass einerseits die Rautiefe des Materials entscheidend ist für die Festigkeit, aber auch die bleibende Elastizität, trotz der tiefen Temperatur“, erzählt Te Heesen von IES. Ganz anders verhält sich normaler Stahl. Dieser wird spröde. Für die IES sind Weiten bis DN 400 Standard. Um alle relevanten Daten zu einem angefragten Projekt zu erhalten, versendet das Unternehmen ein Formblatt. Hier finden sich alle Kriterien, die über Schwierigkeitsgrad etc. Auskunft geben. Hieraus leiten sich dann alle weiteren Maßnahmen wie Machbarkeitsprüfung, Ablaufplanung, Kältemittelbedarf und Maßnahmen für eine sichere Durchführung des Einsatzes ab.
Unter die Experten im Bereich der Rohrfrostverfahren mit flüssigem Stickstoff zählt auch Adalbert Schwinghammer, Inhaber des Unternehmens TAS Schwinghammer. Er ist bereits seit 25 Jahren im Geschäft tätig und kennt so manche Problemstellung: „Kleine Rohrdimensionen einzufrieren ist eine Sache. Wenn es aber an größere Systeme geht, kommt es auf zahlreiche Faktoren an.“ Seiner Meinung nach laufen Theorie und Praxis meist weit auseinander. Besonders der Faktor Zeit wird häufig unterschätzt. Was unter Laborbedingungen bei Verfahrensprüfungen noch recht schnell und sicher ablief, kann unter realen Umständen ein ganz anderes Ergebnis abliefern. „Für das Einfrieren einer Fernwärmeleitung DN 200 in Österreich haben wir beispielsweise einen Zeitbedarf von 3 Stunden veranschlagt“, so Schwinghammer. Dies sei eine realistische Einschätzung, bedenke man die Dauer des Einfrierens und die benötigte Zeit, um ein sicheres Arbeiten zu gewährleisten. Und die Zahlen geben ihm Recht. In der gesamten Unternehmensgeschichte ist es laut seiner Aussage noch nie zu einem meldepflichtigen Unfall gekommen. Durch das Einfrierverfahren an den Fernwärmeleitungen konnte sich ein Eispfropfen bilden, der das Rohr bis zu einem Druck von 50 bar sicher verschließt. „Das zuverlässige Wissen darüber, wann sich ein Eispfropfen gebildet hat, ist sehr wichtig und kommt mit der Erfahrung. Löst sich der Stopfen, beispielsweise bei einem Serverkühlsystem eines größeren Unternehmens, ist der Schaden kaum zu beziffern“, unterstreicht Schwinghammer. Deshalb sei der Einsatz von Experten in diesem Bereich unumgänglich.

Autorin: Jacqueline Koch, Dipl.-Volkswirtin und freie Journalistin