Ultraschallmessmolche ermöglichen präzise Wanddickenprüfungen ohne Betriebsunterbrechung.
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Pipelines effizient prüfen und sanieren
Unterbrechungen des Betriebs von Rohrfernleitungen bei notwendigen Prüfungen sind zeit- und kostenaufwendig. Experten von TÜV SÜD unterstützen Pipeline-Betreiber mit Prüf- und Sanierungslösungen, die einen unterbrechungsfreien Betrieb ermöglichen.
Von Hans-Joachim de la Camp, TÜV SÜD Industrie Service GmbH*
Für die Energiewirtschaft ist eine hohe Verfügbarkeit von Rohrfernleitungen von zentraler Bedeutung. Weltweit existieren rund drei Millionen Kilometer Transportleitungen allein für Öl und Gas, und jährlich kommen etwa 25.000 Kilometer neu hinzu. Ein europäisches Großprojekt befindet sich derzeit im Nordosten Deutschlands im Bau: Ab 2012 soll russisches Gas über die 1.300 Kilometer lange Ostsee-Pipeline nach Deutschland transportiert werden.
Da eine einmal gebaute Pipeline ein geschlossenes System bildet, wird ab diesem Zeitpunkt nur noch das zu fördernde Medium selbst transportiert. Es entfällt der zusätzliche Aufwand zum Transport einer „Hülle“, die das Medium umgibt - wie es beim Lkw, Zug oder Tankschiff der Fall ist. Dort muss neben dem Öl und Gas immer auch das Verkehrsmittel mittransportiert werden, was den Energie- und Kostenaufwand erhöht. Auch bei der technischen Zuverlässigkeit zeigt sich eine Pipeline überlegen: Sie befördert ihre Ware in der Regel unabhängig von Verkehrsaufkommen und Witterungsverhältnissen sicher ans Ziel.
Fehlstellen frühzeitig erkennen
Sicherheit ist gerade beim Transport fossiler Brennstoffe oberstes Gebot. Durch den wiederkehrenden Nachweis der Integrität und Festigkeit soll vermieden werden, dass unzulässige Fehler an drucktragenden Teilen unerkannt bleiben, denn bei fortlaufenden betriebsbedingten Einwirkungen können diese zu Leckagen oder Brüchen führen. Die Folge: teure außerplanmäßige Betriebsunterbrechungen und Umweltbeeinträchtigungen.
Wanddickenverschwächungen in der Rohrwandung führen zu Spannungserhöhungen im Grundwerkstoff und somit zu einer Reduzierung der Lebensdauer der Rohrleitung. Als Wanddickenminderungen gelten Wanddickenunterschreitungen an der Rohrinnen- oder -außenseite. Sie können bereits bei der Rohrherstellung entstanden sein oder auch erst während des Betriebs. Beispielsweise können durch Walzfehler im Herstellungsprozess oder durch spätere Korrosion Leckagen an der Leitung entstehen. Auch Risse in Folge von Materialermüdung oder Überbeanspruchung sind in der Praxis möglich.
Fallbeispiel Mineralölfernleitung
Ein süddeutscher Energieversorger beauftragte TÜV SÜD mit der Überprüfung einer erdverlegten Mineralölfernleitung. Der 100 km lange Leitungsstrang war bereits seit mehreren Jahrzehnten in Betrieb. Für die Verlängerung der Betriebsgenehmigung forderte die Genehmigungsbehörde den Nachweis der Integrität - d.h. der Fehlerfreiheit - der Leitung.
Experten von TÜV SÜD unterstützten den Betreiber mit einer Reihe von Prüfmolchläufen und einer abschließenden übergreifenden Bewertung. Prüfmolche eignen sich zum Aufspüren von sogenannten direkten Fehlern welche die Sicherheit und Integrität von Rohrleitungen unmittelbar gefährden. Hierzu zählen beispielsweise Risse, Kerben, Beulen, Falten und Wanddickenminderungen. Im Gegensatz dazu stellen indirekte Fehler - wie eine schadhafte Rohrisolierung - keine sofortige Gefahr dar, können sich jedoch im Laufe der Zeit zu direkten Fehlern entwickeln.
Intelligente Ultraschall-Molche
Im Fallbespiel setzten die Pipeline-Experten unter anderem Ultraschallmessmolche ein. Diese sind mit Ultraschall-Sensoren bestückt und arbeiten nach dem Puls-Echo-Verfahren. Sie werden mittels einer Molchschleuse direkt in die Rohrleitung eingebracht und treiben dann ohne Eigenantrieb im Förderstrom mit. Im Fall von Öl-Pipelines schwimmen sie im Rohölstrom. Bei Gasleitungen ist der Einsatz eines sogenannten Flüssigkeitsbatch notwendig: der Messmolch schwimmt in einem Flüssigkeitsabschnitt, der durch zwei Molche vom transportierenden Gas getrennt wird.
Löst ein Messsensor einen Ultraschallimpuls aus, so durchläuft dieser zunächst das Koppelmittel - im Fallbeispiel ist dies das Mineralöl selbst - das sich zwischen Sensor und Rohrwandung befindet. Nachdem das Ultraschallsignal das Koppelmittel durchquert hat, wird es teilweise an der Rohrinnenwand reflektiert und gelangt als Eintrittsecho zurück zum Sensor. Der verbleibende Anteil dringt in die Rohrwandung ein, durchläuft diese, wird vollständig an der äußeren Rohrwandung reflektiert und als Rückwandecho vom Sensor registriert.
Mit dieser Methode können die Experten die Wanddicke mit einer Genauigkeit von 0,2 mm bestimmen. Für die Berechnung verwenden sie die Laufzeitdifferenzen des Eintritts- und Rückwandechos sowie die Schallgeschwindigkeiten im Koppelmittel und in der Rohrwandung. Im Fallbeispiel setzten sie 112 senkrecht einstrahlende Ultraschallsensoren ein. In Verbindung mit der Prüffrequenz und der Molchgeschwindigkeit ermöglicht die hohe Zahl der Prüfsensoren eine flächendeckende Wanddickenmessung. Dabei werden Fehlstellen ab einem Durchmesser von 10 mm sicher erkannt. Mit diesem Verfahren werden die Rohre in der Regel um ein vielfaches genauer geprüft als direkt nach ihrer der Herstellung.
Umfassende Auswertung
Der Inspektionsbericht für die 100 km lange Fernleitung dokumentierte insgesamt 1554 Materialverluste, 241 Laminationen oder Einschlüsse, 114 Beulen, 16 Stellen mit variierender Wanddicke (herstellungsbedingte Fehler), 308 Inhomogenitäten (Oberflächen- oder Schweißnahtfehler) sowie 381 Installationen. Die große Zahl von Anzeigen deutet auf die Empfindlichkeit des Molchsystems hin: die Abmessungen der Anzeigen in Längs- und Umfangsrichtung reichten von ca. 10 mm bis mehrere Meter und in Tiefenrichtung von 0,8 mm aufwärts. Somit wurden selbst kleinste Abweichungen von der Bestellwanddicke erkannt.
Die Experten von TÜV SÜD sortierten diese Wanddickenänderungen nach ihrer Größe und führten eine quantitative Festigkeitsuntersuchung durch. Mit einem Rechenprogramm wurden für jede Fehlstelle die tatsächlichen Spannungen in der verbleibenden Materialstärke bestimmt. Alle Fehlstellen mit unzulässigen Spannungen wurden von den Experten erneut untersucht und bewertet.
Um die Messergebnisse zu validieren und die Ursachen der Wanddickenminderungen zu ermitteln, empfahlen die Experten, ausgewählte Fehlstellen vor Ort freizulegen. Hierbei sollte auch untersucht werden, ob diese Fehlstellen bereits seit der Herstellung der Rohrleitung vorhanden waren, oder erst im Laufe des Betriebs entstanden sind.
Sanierung ohne Betriebsunterbrechung
Um bei der Sanierung von kritischen Materialminderungen einen Rohrtausch mit all seinen aufwendigen Vorarbeiten zu vermeiden, haben sich thermisch vorgespannte Manschetten (Hot Sleeves) bewährt. Diese werden im Bereich der Fehlstelle auf die Rohrleitung aufgeschrumpft und können so Spannungen aus Innendruck aufnehmen, die sonst von der Fehlstelle nicht mehr getragen werden können. Hierbei muss die Rohrleitung nicht entleert werden. Die Wirksamkeit dieser Sanierungsmethode lässt sich mit einfachen Mitteln prüfen. Kostenintensive Betriebsunterbrechungen mit Leitungsentleerung und dem Heraustrennen des schadhaften Rohrstücks zur Sanierung können vermieden werden. Ein unabhängiger Forschungsbericht der Deutschen Wissenschaftlichen Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. (DGMK) bestätigte, dass die Sanierung mit Hot Sleeves keinerlei Einschränkungen hinsichtlich Stabilität und Lebensdauer mit sich bringt.
Fazit
Von zentraler Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit von Rohrfernleitungen sind moderne Prüf- und Sanierungsverfahren, die ohne Betriebsunterbrechung auskommen und etwaige Fehlstellen zuverlässig sanieren. Eine objektive Beurteilung ist hier unerlässlich. Die Experten von TÜV SÜD verfügen über langjährige internationale Erfahrung und beraten als neutrale Instanz in allen Fragen der Pipeline-Sicherheit.
*Autor:
Hans-Joachim de la Camp ist amtlich anerkannter Sachverständiger für Rohrfernleitungen und Leiter der Abteilung Fernleitungen bei TÜV SÜD Industrie Service GmbH, München, Tel.: 089 / 5791-1858 Email: hans-joachim.delacamp@tuev-sued.de oder www.tuev-sued.de/is
> Dieser Artikel wurde in der bi-UmweltBau 1-2011 veröffentlicht.
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