Kleben statt kaufen

Normung von Verbundwerkstoff-Reparatursystemen für Stahlrohrleitungen

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16.04.2013 Korrosion, Erosion und mechanische Schäden – an Rohrleitungen stellen sie seit Jahr und Tag eine echte Herausforderung dar. Jahrelang war die einzige allgemein anerkannte Lösung das Herausschneiden des beschädigten Bereichs mit anschließendem Austausch durch neue oder angeschweißte Abschnitte. Dabei muss die Rohrleitung normalerweise außer Betrieb genommen werden.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Verbundwerkstoffreparaturtechnologien eignen sich für die Öl- und Gasindustrie sowie die Petrochemie und besitzen Normkonformität.
  • Die Reparaturen ermöglichen verkürzte Ausfallzeiten, niedrigere Installationskosten, Kosteneffizienz sowie Anlagenzuverlässigkeit.
Zu Lösungen des Herstellers für die Öl- und Gasindustrie gelangen Sie hier und hier zu solchen für die Petrochemie. Die Norm  ISO/TS 24817 können Sie hier beziehen und die ASME PCC-2 hier.

Infolge der Schweißarbeiten entstehen metallurgische Probleme, die das Verfahren häufig zu einer kostspieligen und komplizierten Lösung machen. Zudem lassen sich derartige Reparaturen in sicherheitskritischen Bereichen aufgrund der erforderlichen Heißarbeiten oftmals gar nicht umsetzen.

Im Zuge von Budgetrestriktionen und wachsendem Zeitdruck hat sich bei Wartungsingenieuren in den letzten Jahren die Verwendung von mechanischen Klemmen und Verbundwerkstoffen immer mehr durchgesetzt. Vor allem Verbundwerkstoffreparaturen haben dabei zunehmend Zuspruch gefunden. Wegen ihrer Verwendungsmöglichkeiten finden sie Einsatz in Bereichen, in denen der Gebrauch von Klemmen nicht möglich ist; darüber hinaus sind sie oftmals kosteneffizienter. Im Gegensatz zu ihrer Benutzung in Industrien wie der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie, in denen diese Werkstoffe weit verbreitet und untersucht sind, beruhte der Einsatz von Verbundwerkstoffen für die Reparatur von Stahlrohren bis vor einigen Jahren auf praktischen Versuchen anstatt auf einer numerischen Auslegung. In Kombination mit uneinheitlichen Anwendungsstandards führte dies dazu, dass Ver­bund­werk­stoff­re­pa­ra­tu­ren mit mehr oder weniger Erfolg vorgenommen wurden und so nicht auf dieselbe Akzeptanz stießen wie mechanische Klemmen.

Durch die Veröffentlichung zweier internationaler Normen im Jahr 2007 hat sich die Situation jedoch gewandelt; seitdem kann dieser Technologiesektor ein rasantes Wachstum verzeichnen. Bei den Normen handelt es sich um ISO/TS 24817 – Verbundwerkstoffreparaturen für Rohrleitungen – Eignung und Konstruktion, Installation, Prüfung und Inspektion, sowie ASME PCC-2 Article 4.1 – Nichtmetallische Verbundwerkstoffreparatursysteme für Pipelines und Rohrleitungen: Hochrisiko-Anwendungen.

Diese Normen regeln alle Aspekte der Reparatur mit Verbundwerkstoffen, von der Spezifizierung von Materialien und Reparatursystemen über die Konstruktion einer auf den Rohrdefekt abgestimmten Reparatur, inklusive Schulung und Validierung der Anwender.

Es bestehen jedoch einige wichtige Punkte, die Anlagenbetreiber in Bezug auf normgerechte Verbundwerkstoffreparaturen für Rohre berücksichtigen sollten: Zum einen ist eine Reparatur nur dann normgerecht, wenn die verwendeten Materialien auf dem betreffenden Substrat gemäß obiger Normen geprüft wurden. Zudem lassen sich normgerechte Verbundwerkstoffreparatursysteme für Rohre bei Wandausdünnungen und Wanddurchbrüchen einsetzen, wobei einige Produkte nur für Wandausdünnungen, nicht jedoch für Wanddurchbrüche normgerecht sind. Dabei muss jede Reparatur speziell für die vorgesehene Anwendung berechnet werden.

Weist ein Rohr an der Innenseite Defekte auf (beispielsweise durch Erosion oder Korrosion), muss die Auslegung unter Berücksichtigung der Lebensdauer sowie der am Ende der Lebensdauer zu erwartenden Größe des Defekts erfolgen. Dies bedeutet, dass die Reparatur für einen Wanddurchbruch ausgelegt werden muss, auch wenn es sich beim Schaden zum Zeitpunkt der Reparatur um einen Wandstärkenverlust handelt, der sich im Laufe des Reparaturlebenszyklus jedoch zu einem Wanddurchbruch entwickeln wird. So wird sichergestellt, dass die Reparatur für die gesamte Lebensdauer allen gegebenen Bedingungen standhält.

Reparaturen für langfristige Instandsetzung

Die beiden genannten Normen unterscheiden sich in einer Reihe von Punkten, darunter in Bezug auf Temperaturen, Strukturen und Lebensdauer der Reparatur. In den meisten Fällen lässt sich eine Reparatur so auslegen, dass sie beiden Normen genügt. Reparaturen können für eine Betriebsdauer von 20 Jahren sowie die meisten komplexen Strukturen wie Bögen, T- und Reduzierstücke sowie Flansche ausgelegt werden. Auch Behälterreparaturen sind möglich und zudem besonders wirtschaftlich, da gemäß ISO/TS 24817 kleinflächige Reparaturen zulässig sind. Für jede Reparatur sollte eine Anwendungsverfahrensbeschreibung inklusive Angaben zur Berechnung angefertigt werden.

Ausschließlich durch den Hersteller geschulte und validierte Anwender dürfen die normgerechten Reparaturen ausführen. Dabei werden einzelne Personen und nicht das Unternehmen als Gesamtheit validiert. Am Ende ihrer Lebensdauer sind Reparaturen nicht mehr normgerecht und müssen entfernt oder erneut validiert werden.

Hochwertige Materialien betriebssicher einsetzen

Der Anwendungsgüte kommt in beiden Normen ein hoher Stellenwert zu, da – ähnlich wie beim Schweißen – selbst das beste Material schlechte Dienste leistet, wenn es falsch zur Anwendung kommt. Die Normen würdigen damit den Umstand, dass die Ausführung von Reparaturen unbedingt dem Standard genügen muss, der beim Entwurf der Reparatur festgelegt wurde. Nur so lassen sich die Leistungsdaten erreichen, die bei der Konformitätsprüfung erzielt wurden. Daraus folgt, dass sämtliche Schulungen validiert und Druckprüfungen vorgenommen werden müssen, um sicherzustellen, dass Anwender den Anforderungen gerecht werden.

Ein Spezialist für Instandhaltungsarbeiten mit Sitz in Harrogate in Großbritannien hat von Beginn an teilgenommen an den Fortschritten im Bereich der normgerechten Verbundwerkstoffsysteme für Rohrreparaturen. Es hat bei der Entwicklung der ISO-Norm mitgewirkt und ist ein Gründungsmitglied von Acores (Association of Composite Repair Suppliers). Die Firma hat das Rohrreparatursystem Superwrap im Portfolio, das hinsichtlich der Reparatur von Wandausdünnungen und Wanddurchbrüchen die strengen Kriterien der Konformitätsprüfung erfüllt. Bei der Entwicklung wurden nicht nur Gesichtspunkte wie Druckfestigkeit und Verstärkung des Rohrs berücksichtigt; das System ist darüber hinaus so ausgelegt, dass es industriellen Bedingungen 20 Jahre standhält. Es basiert auf einer Kombination aus Epoxidtechnologie aus Harz und Hochleistungsfüllstoffen sowie behandeltem Glasfaserarmierungsgewebe mit hoher Dichte. Die Anwendung ist schnell und ermöglicht hohe Adhäsion zur Rohrleitung. Gleichzeitig bietet sie Korrosionsschutz und ist gegen viele Chemikalien beständig. Das Reparatursystem ist für Wandausdünnungen sowie Wanddurchbrüche zugelassen und wurde bei Drücken von mehr als 250 bar getestet.

Einfache Anwendung für langlebiges Ergebnis

Beim Einsatz wird das pastöse Belzona 1871 auf die sandgestrahlte Oberfläche aufgetragen. Anschließend wird das Glasfaserarmierungsgewebe mit hoher Dichte, das mit einem Harz mit niedriger Dichte vorbeschichtet wurde, spiralförmig um die Reparatur gewickelt. Daraufhin erfolgt der Auftrag einer weiteren Schicht der pastösen Masse auf das Armierungsgewebe. Diese Schichtung wird so oft wiederholt, bis die berechnete Anzahl an Lagen erreicht ist. Abschließend wird eine letzte Schicht des pastösen Produkts für eine robuste, schlagfeste Deckschicht aufgetragen. Für gewöhnlich sind zwei bis drei spiralförmige Umwickelungen erforderlich, was eine kurze Reparaturzeit ermöglicht. Das System erfüllt die Anforderungen von ISO/TS 24817 und ASME PCC-2 Article 4.1 und kommt in der Öl- und Gasindustrie, der Petrochemie und der Wasser-/Abwasserwirtschaft vermehrt zum Einsatz.

Bei einer Offshore-Plattform wies eine Prozesswasserleitung Löcher und Wandausdünnungen auf, die durch bakterielle Korrosion verursacht worden waren. Die Leitung musste dringend repariert und so schnell wie möglich wieder in Betrieb genommen werden. Das Stahlrohr wurde zunächst sandgestrahlt, um ein passendes Verankerungsprofil für die Reparatur zu erzeugen. Anschließend führte ein validierter Supervisor die Verbundwerkstoffreparatur mit dem System des britischen Herstellers aus. Die Anwendung selbst dauerte insgesamt lediglich zwei Stunden und die Rohrleitung ließ sich innerhalb von zwei Tagen wieder in Betrieb nehmen. Hitzezufuhr hätte diesen Zeitraum deutlich weiter reduziert.

Seit dieser Reparatur wurde auf derselben Plattform eine Reihe weiterer Instandsetzungsmaßnahmen vorgenommen, darunter an komplexen Strukturen wie Bögen und T-Stücken. Die Anwendung nahm dabei einen Bruchteil der für einen Ersatz erforderlichen Zeit in Anspruch, erwies sich in diesem sicherheitskritischen Umfeld als sichere Lösung und wurde teils während des Betriebs der Rohrleitungen ausgeführt, sodass sich Kosten und Unannehmlichkeiten bei der Reparatur von Wandausdünnungen auf ein Minimum reduzieren ließen.

Heftausgabe: April 2013
Gareth Urukalo, SuperWrap-Ingenieur, Belzona Polymerics

Über den Autor

Gareth Urukalo, SuperWrap-Ingenieur, Belzona Polymerics
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