Artikel Pipeline unter Druck

Rund 100Mio. Euro kostete die Pipeline in 20m Tiefe im Meer, die jährlich rund 2000 Schiffstransporte von Deutschlands einziger Bohrinsel ersetzt und die Förderkapazität erheblich steigert. Für die acht Kilometer lange Leitung, die die Ölbohrinsel Mittelplate im schleswig-holsteinischen Wattenmeer mit dem Festland verbindet, wurden mehrere Stränge Duplex-Stahl von je etwa einem Kilometer Länge an Land vorgefertigt. Die Rohrleitungen besaßen einen Durchmesser von DN150 undDN200 bei Wandstärken von 9 und 11mm. Für das Projekt war ein enger Zeitplan vorgegeben, den es unbedingt einzuhalten galt.

Hierfür wandte der Rohrleitungshersteller das mechanisierte mit gleichzeitiger Nahtkühlung kombinierte Rohrschweißverfahren Ekonor an. Ekonor steht für: Erweitertes Konzept zum Orbitalschweißen und umfasst insgesamt vier Komponenten, die sich beliebig miteinander kombinieren lassen: das Teilnahtschweißen, die Innenspann-Vorrichtung mit pneumatischem oder hydraulischem Zylinder, eine integrierte Kamera und die Kühlung der Wurzelseite.

Im Pipeline-Projekt arbeitete man für das Teilnahtschweißverfahren deshalb in zwei Containern mit vier Orbitalgeräten gleichzeitig. Dadurch ließ sich die Anzahl der Lagen von fünf auf vier reduzieren. Auch der Einsatz der Kühlung sparte kostbare Zeit: Um die Einhaltung der Zwischenlagentemperatur beim Duplex-Stahl zu gewährleisten, musste bisher zwischen den Lagen eine Wartezeit von etwa 15 Minuten eingehalten werden. Dank der Kühlung konnte nach jeder Lage direkt weitergeschweißt werden. Neben dem Faktor Zeit war auch die Qualität wichtig: Um die erforderlichen Gefüge-Eigenschaften zu erreichen, wurde die Kühlung erst nach der Wurzellage eingeschaltet und anschließend jede Naht mit der adaptierten Kamera begutachtet. Anlauffarbenfreie Nähte gewährleistete die Formierung mit der pneumatischen Innenspann-Vorrichtung. Es zeigte sich jedoch, dass die Wandstärken der Pipelinerohre nur ein Fixieren und kein pneumatisches Runddrücken der Rohre erlaubten. Das wäre jedoch wegen der Tulpennahtvorbereitung der Rohre wünschenswert gewesen. Nach dem Pipeline-Projekt entwickelte der Hersteller eine hydraulische Spannvorrichtung, mit der sich auch Rohre größerer Wandstärken runddrücken lassen.

Kernstück des Ekonor-Verfahrens ist das Teilnahtschweißen. Dabei wird die Orbitalnaht, die normalerweise umlaufend 360° geschweißt wird, in zwei Teilnähte unterteilt. Die erste Teilnaht beginnt in Sechs-Uhr-Position und wird zu einer Seite bis zwölf Uhr mit anschließender Absenkung geschweißt. Die zweite Teilnaht schweißt man dann mit einer bestimmten Vorheizstrecke in Sechs-Uhr- und einer Überlappung in Zwölf-Uhr-Position. Der kritische Fallnahtbereich wird so vermieden. Das Teilnahtschweißen ermöglicht, Wandstärken bis fünf Millimeter in einer Lage ohne Zusatz zu schweißen. Auch Kantenversatz oder Luftspalten, die auf Baustellen auftreten können, werden damit sicher beherrscht. Diese Verfahrensvariante des Orbitalschweißens ist besonders für die Molchtechnik interessant.

Die größte Zeitersparnis des Verfahrens bringt die Innenspann-Vorrichtung. Sie besteht aus einem eigens entwickelten pneumatischen Doppelkolbenzylinder, der es ermöglicht, beide Rohrenden nacheinander zu spannen. Durch die schiefe Ebene der Spannsegmente wird sowohl eine radiale Verspannung als auch eine axiale Verspannung der Rohrenden erzeugt. Luftspalten lassen sich dadurch wesentlich besser schließen und das Heften kann entfallen.

Innenspann-Vorrichtungen werden häufig auch bei dickwandigen Rohren über fünf Millimeter eingesetzt. Diese Rohre können zwar mit dem pneumatischen Kolben fixiert, eventuell vorhandene Ovalitäten jedoch nicht mehr rundgedrückt werden. Das kann auf Baustellen, wo die Rohrleitungen nicht mehr gedreht werden können, zu starkem Kantenversatz führen. Da bei größeren Wandstärken aber häufig mit einer Tulpennahtvorbereitung geschweißt wird, ist ein Kantenversatz nicht zu tolerieren. Vermeiden lässt sich das mit einer hydraulischen Innenspann-Vorrichtung, die die Rohre bis zu einer Wandstärke von 15mm mit einem Druck von 700bar runddrücken kann. Damit kann das mechanisierte Schweißen auch bei der Tulpennahtvorbereitung eingesetzt werden und senkt gerade auf Baustellen die Kosten.

Das Kühlen der Naht mit dem Formiergas spart je nach Werkstoffdicke bis zu 80% der Schweißzeit. Gleichzeitig verringert die Kühlung bei heißrissempfindlichen Werkstoffen die eingebrachte Energie und das damit verbundene Risiko. Kaltes Argon, bei -186°C im Tank gelagert, minimiert die Bildung der Wärmeeinflusszone, verhindert Anlauffarben und verbessert die Korrosionsbeständigkeit.

Eine Kamera lässt sich beim mobilen Einsatz an die Innenspann-Vorrichtung anschließen. Mit ihr kann die Wurzellage sofort nach dem Schweißprozess begutachtet, eventuelle Wurzelbindefehler schnellstens erkannt und überschweißt werden. Der Einsatz des mechanisierten Rohrschweißens wird dadurch wesentlich sicherer. Mit der Kamera erhält der Benutzer gleichzeitig eine lückenlose Dokumentation per Bild- oder Videoaufnahme.

Alle Komponenten stehen zur mobilen oder stationären Anwendung, so dass sich das Verfahren sowohl für die Vorfertigung als auch für Arbeiten auf der Baustelle eignet.

Für die stationäre Vorfertigung bietet es mit Rundnahtschweißanlagen oder einfachen Heft- und Formiereinrichtungen praxisgerechte Lösungen, die die Nebenzeiten für Heften und Formieren deutlich senken. Die stationären Anlagen eignen sich besonders für Verbindung von Flansch-Formteilen. Hier sind Anlagen sowohl für drehbare als auch für nicht drehbare Verbindungen verfügbar. Die Anlagen für nicht drehbare Verbindungen nutzen ebenfalls das wirtschaftliche Teilnahtschweißen. Alle Anlagen können mit AVC(Arc Voltage Control), Kaltdraht und Pendelung ausgerüstet werden und decken damit den gesamten Dickenbereich ab.