| Case Study

Nach hinten gebogen

Erfolgreiche Verlängerung der Lebensdauer einer Pipeline innerhalb eines aktiven Erdrutschgebiets

Pipelines haben eine bemerkenswerte Fähigkeit, das Rätsel um das Biegen oder Brechen zu lösen. Zwar enthalten Pipelines absichtliche Biegungen, die während der Herstellung (vorgefertigte Biegungen) und des Baus (Feldbögen) entstehen, doch werden die mit diesen Biegungen verbundenen Spannungen und Dehnungen in der Regel während der Entwurfsphase der Pipeline sorgfältig berücksichtigt. Unvorhergesehene Belastungen, die während des Baus oder während des Betriebs auftreten, können jedoch zu unerwünschten Biegungen führen, die zu Spannungen oder Dehnungen führen, die die sicheren Grenzen überschreiten können.

Wenn übermäßige Druckspannungen auf der Innenseite eines Bogens auftreten, kann es zu lokalisierten Schnallen und Falten kommen. Zugspannungen an der Außenseite eines Bogens können hingegen zu Brüchen führen, insbesondere wenn es in der Rohrwand zu Anomalien wie Rissen kommt. Zahlreiche Faktoren können Biegebelastungen verursachen, darunter Erdrutsche. In diesem Fall stellte ein Betreiber fest, dass sich ein seiner Assets aufgrund eines Erdrutsches bewegte. Bei dieser speziellen Pipeline bestand aufgrund ihrer Nähe zu einem Flussübergang ein zusätzliches Risiko. Dies hätte im Falle eines Lecks weitaus schwerwiegendere Folgen.

In der weltweiten Pipeline-Branche wird zunehmend Wert auf Programme zum Integritätsmanagement von Pipelines gelegt, insbesondere bei Pipelines, die geotechnische und hydrotechnische Gefahren durchqueren. Diese erhöhte Aufmerksamkeit ist auf mehrere bemerkenswerte Vorfälle im Zusammenhang mit Pipeline-Ausfällen zurückzuführen. In Anerkennung der Bedeutung der Risikominderung im Zusammenhang mit geohazard-bedingten Pipeline-Ausfällen haben mehrere Betreiber von Pipelines ROSEN als Integritätspartner beauftragt.

ROSEN wurde beauftragt, drei Erdrutschgebiete zu untersuchen, die insgesamt sechs in Betrieb befindliche Pipelines betreffen. In diesem Fall liegt unser Fokus auf einem bestimmten Erdrutsch, nämlich Erdrutsch B, der drei in Betrieb befindliche Pipelines aktiv beeinträchtigt: Leitung A, Leitung B und Leitung C.

Die Herausforderung

Im Fall von Erdrutsch B verläuft der Erdrutsch nahezu senkrecht zu den Pipelines, was zu einer horizontalen Bewegung der Pipelines im Kriechbereich (weniger als 5 mm pro Jahr) führt. Es wird angenommen, dass die Bewegung am Hang hauptsächlich saisonbedingt ist, und es wurde eine eindeutige Grenze für den Erdrutsch identifiziert. Um ein besseres Verständnis des Hangs zu erhalten, wurden mehrere Neigungsmesser und Vermessungsmarkierungen installiert.

Bis zu diesem Zeitpunkt wurde die Integrität der Pipeline durch wiederkehrende Messschieber- und Inertial Measurement Unit (IMU)-Inline-Inspektionen sowie durch Fernerkundungssysteme sichergestellt. Darüber hinaus wurden Hangmessgeräte, einschließlich LiDAR-Änderungserkennung, Hangneigungsmesser und Vermessungsmonumente, eingesetzt. Die Hangmessgeräte zeigen anhaltende Hangrutschungen im Kriechbereich an. Darüber hinaus zeigen Bewertungen, die auf IMU-Biegedehnung und auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) basierenden strukturellen Analysen der Pipelines basieren, dass die Dehnungen (einschließlich Biegung und axial) in Leitung A sich den Leistungsgrenzen nähern, basierend auf einer Zugdehnungsgrenze von 0,5 % an der Schweißnaht. Es wird vorausgesagt, dass Leitung B in naher Zukunft ebenfalls die Leistungsgrenzen der Dehnung erreichen wird.

Um das potenzielle Risiko eines Versagens der Eindämmung zu mindern, bat der Betreiber ROSEN, eine Strategie zur Verringerung der Belastung der Pipelines zu entwickeln. Darüber hinaus bat er um eine Prüfung von Optionen zur Reduzierung der künftigen Belastung der Leitungen unter Berücksichtigung der anhaltenden Bodenbewegungen.

Results of FEA showing strain development within the pipeline

Abbildung 1: Ergebnisse der Finite-Elemente-Analyse, die die Entwicklung der Spannungen in der Pipeline in Abhängigkeit von anhaltenden Bodenbewegungen und der prognostizierten Spannungsentlastung durch Aushub und Anheben des Airbags zeigt.

Unsere Lösung

Als Fazit wurde festgestellt, dass die Ausgrabung eines Abschnitts jeder Pipeline an der Grenze des Erdrutschs und die Umsetzung eines Projekts zur Spannungsentlastung die am besten geeignete Vorgehensweise wäre. Bei diesem Projekt werden die Pipelines mithilfe von Airbags angehoben, wodurch die elastischen Spannungen abgebaut werden können. Durch den Spannungsabbau wird die Belastung der Pipelines durch die Bodenbewegungen effektiv reduziert. Es wird erwartet, dass dieser Ansatz es dem Betreiber ermöglicht, die Leitungen in Betrieb zu halten und ihren sicheren Betrieb über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten, wodurch ihre Funktionalität für viele Jahre gesichert wird.

Photograph excavation site during stress relief

Abbildung 2: Foto der Ausgrabungsstätte während des Spannungsabbaus.

Um den Umfang des erreichten Spannungsabbaus genau zu messen und zu quantifizieren, wurden Dehnungsmessstreifen an bestimmten Stellen installiert, an denen die Strukturanalyse die höchsten zu erwartenden Spannungen im Falle weiterer Bodenbewegungen ergeben hatte. Diese Dehnungsmessstreifen messen die Spannung und Kompression als Prozentsatz der Dehnung im Verhältnis zur ursprünglichen Länge. Wenn sich beispielsweise ein 10 cm langer Stab um 0,1 cm dehnt, hat er eine Dehnung von 1 % erfahren.

Durch den Einsatz von Dehnungsmessstreifen können wir das Ausmaß der erreichten Zugentlastung genau bestimmen und auch ein Mittel zur Fernüberwachung der in Zukunft auftretenden Belastungen einrichten, wenn sich der Erdrutsch weiter verschiebt. Es wurden auch Feldmessungen der Verfüllung durchgeführt, die es ROSEN ermöglichten, die Berechnungen des Strukturmodells zu aktualisieren. Diese aktualisierten Informationen werden die Bewertung des Zusammenhangs zwischen der anhaltenden Bodenbewegung und der Rohrbelastung erleichtern. Darüber hinaus wird es eine kontinuierliche Überwachung der Dehnungsentwicklung innerhalb der Pipeline unter Verwendung der neu installierten Dehnungsmessstreifen ermöglichen.

Verlängerte Lebensdauer der Pipeline

Im Laufe von vier Jahren wurden durch die Zusammenarbeit mehrerer Teams bei ROSEN Canada, unterstützt von unseren globalen ExpertInnen, umfassende Maßnahmen zur Schadensbegrenzung erfolgreich umgesetzt, um die Lebensdauer der drei Pipelines zu verlängern, die von dem aktiven Erdrutsch betroffen waren. Diese Bemühungen umfassten eine Reihe von Aktivitäten, darunter wiederholte Vermessungen, standortspezifische Analysen, Belastungsüberwachung und Unterstützung durch Engineering vor Ort. Durch einen proaktiven und umfassenden Ansatz zur Sicherung der Integrität der Pipelines spielte ROSEN eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der fortwährenden Sicherheit und Zuverlässigkeit der betroffenen Pipelines.

Die Kombination aus innovativen Verfüllungslösungen und fortschrittlichen Überwachungstechniken bildete den Grundstein für effektive Strategien zur Risikominderung. Diese Maßnahmen zielen nicht nur auf die unmittelbaren Herausforderungen durch Erdrutsche ab, sondern legen auch den Grundstein für den fortlaufenden Schutz und die Wartung der Pipeline-Infrastruktur in Gebieten, die für solche Geohazards anfällig sind. Das Engagement von ROSEN für umfassende Lösungen unterstreicht unser Engagement für den Schutz kritischer Infrastrukturen und die Aufrechterhaltung höchster Standards bei der Integrität von Pipelines.