AT511828A4 - Verfahren und vorrichtung zur reparatur einer fehlstelle einer rohrleitung - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Reparatur einer Fehlstelle (2) einer Rohrleitung (1), insbesondere Pipeline, für den Transport eines Mediums, insbesondere Erdöl, wobei die Rohrleitung (1) im Bereich der Fehlstelle (2) mit einer Bandage (5) umwickelt wird, welche mehrere jeweils aus einem Faserverbundwerkstoff gebildete Wickellagen (6; 6', 6'') aufweist, wobei im Bereich der Fehlstelle (2) der Rohrleitung (1) eine Druckabsenkung des Mediums von einem Betriebsdruck auf einen abgesenkten Druck (pi) vorgenommen wird, bevor die Bandage (5) an der Fehlstelle (2) angeordnet wird, wobei eine umso größere Anzahl von Wickellagen (6; 6', 61 1 ) der Bandage (5) vorgesehen wird, je geringer die Druckabsenkung in der Rohrleitung (1) ist.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur einer Fehlstelle einer Rohrleitung, insbesondere Pipeline, für den Transport eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, wobei die Rohrleitung im Bereich der Fehlstelle mit einer Bandage umwickelt wird, welche mehrere jeweils aus einem Faserverbundwerkstoff gebildete Wickellagen aufweist.

Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Reparatur einer Fehlstelle einer Rohrleitung, insbesondere Pipeline, für den Transport eines flüssigen oder gasförmigen Mediums mit einer Bandage zum Umwickeln der Rohrleitung im Bereich der Fehlstelle, wobei die Bandage mehrere jeweils aus einem Faserverbundwerkstoff gebildete Wickellagen aufweist.

Eine Technik zur Reparatur von Rohrleitungen ist beispielsweise aus der US 2008/0216938 Al bekannt. Hierbei wird zunächst eine Fehlstelle der Rohrleitung identifiziert, welche nach etwaiger Vorbehandlung mit einer trockenen Faserstruktur versehen wird, die um die Rohrleitung gewickelt wird; die Faserstruktur kann auch in der Art eines Patch lediglich im Bereich der Fehlstelle angebracht werden. Die trockene Faserstruktur kann hierbei als Faserband oder als Matte vorliegen, welche mit einem Harz getränkt wird. Das Harz kann durch Einfüllöffnungen einer Druckschale zugeleitet werden.

Die Verwendung von Faserverbundwerkstoff-Bandagen hat sich grundsätzlich als sehr zuverlässig erwiesen, um (Stahl-)Rohrleitungen, insbesondere Erdöl- und Erdgaspipelines, zu reparieren, ohne den beschädigten Rohrleitungsabschnitt auszutauschen. Nachteilig an den bekannten Verfahren ist jedoch die Auswahl der erforderlichen Lagenzahl der Bandage, welche bisher lediglich mit geringer Genauigkeit abgeschätzt werden konnte. Hierbei ist einerseits darauf zu achten, dass die Bandage im Betrieb die gewünschte Stützwirkung im Bereich der Fehlstelle erreicht. Andererseits muss eine Überdimensionierung der Bandage vermieden werden, da dies zu einer höheren Belastung der Rohrleitung an den Enden der Bandage führen würde, wodurch die Rohrleitung Schaden nehmen könnte. Die Bestimmung der passenden Bandage wird zudem dadurch erschwert, dass der Mediumdruck in der Rohrleitung bei jedem Reparaturvorgang verschieden sein kann. • ·· · * · * < * *· · ·«·««· · » » « • » f · ♦ · · · ··· «··««·· * · 2 ................

Demzufolge besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung, wie eingangs definiert, zu schaffen, mit welchem bzw. mit welcher Fehlstellen von Rohrleitungen zuverlässig repariert werden können, wobei mit möglichst geringem Materialaufwand die gewünschte Stützwirkung erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angeführten Art dadurch gelöst, dass im Bereich der Fehlstelle der Rohrleitung eine Druckabsenkung des Mediums von einem Betriebsdruck auf einen abgesenkten Druck vorgenommen wird, bevor die Bandage an der Fehlstelle angeordnet wird, wobei eine umso größere Anzahl von Wickellagen der Bandage vorgesehen wird, je geringer die Druckabsenkung in der Rohrleitung ist.

Demnach wird der Druck des in der Rohrleitung strömenden Mediums vom Betriebsdruck auf einen niedrigeren Druck abgesenkt, bevor die Bandage im Bereich der Fehlstelle um die Rohrleitung gewickelt wird. Die Reparatur der Rohrleitung kann somit vorgenommen werden, ohne den Betrieb zu unterbrechen. Je nach Reparaturvorgang kann, insbesondere hinsichtlich der Betriebssituation oder der geodätischen Gegebenheiten, die Druckabsenkung verschieden hoch sein. Der Druck des strömenden Mediums bewirkt eine radiale Dehnung der Rohrleitung, welche von der Eigenelastizität des Materials der Rohrleitung abhängt. Die radiale Dehnung der Rohrleitung darf einen festgelegten Höchstwert nicht überschreiten. Die Rohrleitung weist somit abhängig vom Mediumdruck nach der Druckabsenkung eine Vorspannung bzw. Dehnung auf, wenn die Bandage an der Fehlstelle angebracht wird. Erfindungsgemäß wird die Anzahl von Wickellagen der Bandage in Abhängigkeit von der Druckabsenkung in der Rohrleitung bestimmt. Zudem wird weiters die Fehlergröße und der Rohrdurchmesser berücksichtigt. Je geringer die Druckabsenkung in der Rohrleitung ist, desto größer ist die Dehnung der Rohrleitung bei Anbringung der Bandage. Somit ist nur noch eine vergleichsweise geringe Dehnung der Rohrleitung erlaubt, bis der Höchstwert der Dehnung erreicht wird, bei welchem die Bandage die volle Stützwirkung erreichen soll. Das Ausmaß der Druckabsenkung wird nun dadurch berücksichtigt, dass eine umso größere Anzahl von Wickellagen der Bandage vorgesehen wird, je geringer die Druckabsenkung in der Rohrleitung ist. Hiermit kann die Dehnsteifigkeit der Bandage, welche von 3

der Lagenzahl abhängt, gezielt an das jeweilige Druckniveau bei der Reparatur der Fehlstelle angepasst werden. Wenn für einen Reparaturvorgang lediglich eine geringe Druckabsenkung, insbesondere zwischen 20% und 50% bezogen auf den Maximaldruck, d.h. den maximal zulässigen Betriebsdruck an der Fehlerstelle, vorge-noramen werden kann, wird eine Bandage mit einer entsprechend höheren Dehnfestigkeit gewählt. Hiermit kann sichergestellt werden, dass die Bandage beim Höchstwert der Dehnung der Rohrleitung einen Spannungszustand aufweist, welcher eine volle Stützwirkung im Bereich der Fehlstelle garantiert. Aufgrund der gezielten Berücksichtigung der Druckabsenkung beim Anbringen der Bandage kann zudem vorteilhafterweise der Materialaufwand gering gehalten werden, da eine Überdimensionierung der Bandage vermieden werden kann.

Um eine Fortpflanzung der Fehlstelle im Betrieb zuverlässig zu verhindern, ist es günstig, wenn die Anzahl von Wickellagen derart gewählt wird, dass eine Spannung der Bandage im montierten Zustand bei einem Maximaldruck des Mediums zumindest einer festgelegten Sicherheits-Obergrenze einer Spannung der Rohrleitung im Bereich der Fehlstelle entspricht. In diesem Fall kann die Bandage zumindest jene Spannung aufnehmen, welche im Bereich der Fehlstelle der Rohrleitung aufgebaut wird, wenn der Mediumdruck in der Rohrleitung auf den Maximaldruck steigt. Hiermit wird gewährleistet, dass die Bandage im Bereich der Fehlstelle eine ausreichende Stützwirkung entfaltet, um eine Überdehnung der Fehlstelle selbst bei einer Druckerhöhung auf den Maximaldruck zuverlässig zu verhindern. Der Maximaldruck entspricht hierbei dem höchsten zulässigen Druckniveau, für welchen die Rohrleitung ausgelegt ist. Der Maximaldruck des Mediums bewirkt hierbei insbesondere jenen Höchstwert der Dehnung der Rohrleitung, welcher das Ende des elastischen Bereichs für die Dehnung der Rohrleitung markiert; eine weitere Druckerhöhung würde daher zu einer plastischen Verformung der Rohrleitung führen. Demnach wird die Lagenzahl der Bandage so bemessen, dass die zulässige Spannung der reparierten Rohrleitung im Bereich der Fehlerstelle bei Beaufschlagung mit dem Maximaldruck, d.h. mit dem Höchstwert des Betriebsdrucks der Rohrleitung, nicht überschritten wird.

Zur Bestimmung der Lagenzahl ist es von Vorteil, wenn eine Dehnung der Rohrleitung aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem 4 • ♦ · · · ·· · « « · · ······ · « · « * ·♦ · ♦ # * · ··· ··#»*+# · · abgesenkten Druck und dem Maximaldruck des Mediums ermittelt wird, welche zur Bestimmung einer solchen Anzahl von Wickellagen der Bandage herangezogen wird, mit welcher bei gleicher Dehnung die zumindest der festgelegten Sicherheits-Obergrenze der Spannung der Rohrleitung entsprechende Spannung der Bandage erzielt wird. Das Material der Rohrleitung, beispielsweise eine Stahllegierung, weist, wie erwähnt, eine Eigenelastizität auf, welche je nach Mediumdruck eine entsprechende Dehnung der Rohrleitung in radialer Richtung hervorruft. Eine Druckerhöhung zwischen dem unbelasteten Zustand der Rohrleitung, in welchem die Rohrleitung keinem Mediumdruck ausgesetzt ist, und dem Maximaldruck, bewirkt einen Höchstwert der Dehnung der Rohrleitung. Zur Reparatur der Rohrleitung wird der Mediumdruck auf ein im Vergleich zum Betriebsdruck niedrigeres Druckniveau abgesenkt. Je nach Druckabsenkung weist die Rohrleitung bei der Anbringung der Bandage eine Vorspannung auf, welche vom Dehnungsverhalten der Rohrleitung abhängt. Die Vorspannung der Rohrleitung ist umso größer, je geringer die Druckabsenkung ist. Damit die Lagenzahl der Bandage den Anforderungen an die Stützwirkung genügt, wird zunächst jene Dehnung der Rohrleitung bestimmt, welche der Druckdifferenz zwischen dem abgesenkten Druck und dem Maximaldruck des Mediums, d.h. dem maximal zulässigen Betriebsdruck an der Fehlerstelle entspricht. Anschließend wird die Lagenzahl der Bandage derart bestimmt, dass die Bandage bei gleicher Dehnung zumindest die Sicherheits-Obergrenze der Spannung der Rohrleitung aufnimmt. Wenn der Mediumdruck in der Rohrleitung im Betrieb auf den Maximaldruck ansteigt, bewirkt die Druckdifferenz eine Dehnung der Rohrleitung vom vorgespannten Zustand bis zum Höchstwert der Dehnung. Hierbei wird in der Bandage eine Spannung aufgebaut, welche bei Erreichen des Maximaldrucks zumindest der Sicherheits-Obergrenze für die Spannung in der Rohrleitung entspricht. Je geringer die Druckabsenkung in der Rohrleitung ist, desto höher sind die Anforderungen an die Steifigkeit der Bandage, da die Sicherheits-Obergrenze der Spannung mit einem entsprechend niedrigeren Wert der Dehnung erreicht werden muss, welcher durch die Druckdifferenz zwischen dem abgesenkten Druck und dem Maximaldruck hervorgerufen wird. Die Steifigkeit der Bandage wird hierbei, wie schon beschrieben, über die Lagenzahl beeinflusst. Hierbei wird eine umso größere Lagenzahl vorgesehen, je höher die Dehnsteifigkeit der Bandage sein muss, um die Stützwirkung bis zum Maximaldruck in der Rohrleitung zu gewährleisten. Somit • * ♦ · · I · φ Φ Φ Φ Φ φ φ φ 9 φ φ * · φ * • · « · « ν · φ ··· • · t 9 t I · v · 5 ................ kann die Stützwirkung durch die Bandage auch dann sichergestellt werden, wenn die Reparatur der Rohrleitung bei Druckbeaufschlagung mit dem Mediumdruck vorgenommen wird.

Um das Dehnungsverhalten der Rohrleitung zur Bestimmung der Lagenzahl zu berücksichtigen, ist es von Vorteil, wenn die Dehnung der Rohrleitung mittels einer Kennlinie für das Spannungs-Deh-nungs-Verhalten der Rohrleitung ermittelt wird. Aus der Kennlinie kann daher abgelesen werden, welcher Spannungszustand durch eine bestimmte Dehnung der Rohrleitung hervorgerufen wird. In der Kennlinie wird eine Sicherheits-Obergrenze der Spannung festgelegt, welche nicht überschritten werden soll. Die Sicherheits-Obergrenze der Spannung entspricht dem Höchstwert der Dehnung zwischen dem unbelasteten Zustand der Rohrleitung und dem Maximaldruck in der Rohrleitung. Auf Basis von Berechnungen bzw. experimentellen Untersuchungen wird zudem das Dehnungsverhalten der Rohrleitung in Abhängigkeit vom Mediumdruck bestimmt. Somit kann aus der Kennlinie die Dehnung bestimmt werden, welche durch die Druckdifferenz zwischen abgesenktem Druck und Maximaldruck hervorgerufen wird.

Zur Ermittlung der passenden Lagenzahl in Abhängigkeit von der Druckabsenkung während der Reparatur der Rohrleitung ist es günstig, wenn Kennlinien für das Spannungs-Dehnungs-Verhalten von Manschetten mit unterschiedlicher Anzahl von Wickellagen herangezogen werden, um die Anzahl von Wickellagen der Bandage zu bestimmen. Die Dehnsteifigkeit der Bandage hängt von der Lagenzahl ab. Somit ist die Kennlinie für das Spannungs-Dehnungs-Verhalten einer Bandage umso steiler, je größer die Lagenzahl der Bandage ist. Wie schon beschrieben, kann aus der Kennlinie für das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Rohrleitung jene Dehnung der Rohrleitung bestimmt werden, welche durch die Druckdifferenz zwischen abgesenktem Druck und Maximaldruck bewirkt wird. Anhand der Spannungs-Dehnungs-Kennlinien für Manschetten mit unterschiedlicher Anzahl von Wickellagen wird anschließend jene Bandage bestimmt, mit welcher für die zuvor bestimmten Dehnung ein der Sicherheits-Obergrenze der Spannung in der Rohrleitung entsprechender Spannungszustand erreicht wird. Die Kennlinien für das Spannungs-Dehnungs-Verhalten können in einem Rechner implementiert sein und gegebenenfalls graphisch dargestellt werden. Somit wird die Lagenzahl bevorzugt rechnerisch ermittelt. 6 • « · · « «· * · · · · ·«·*·· · · « · * * · · · * · · «· · f » * · « · · *

Zur Reparatur größerer Fehlstellen an der äußeren Mantelfläche der Rohrleitung ist es von Vorteil, wenn eine an der Außenseite der Rohrleitung vorhandene Fehlstelle mit einem Füllmaterial, insbesondere einem Epoxidharz, aufgefüllt wird, bevor die Rohrleitung im Bereich der Fehlstelle mit der Bandage umwickelt wird. Vorzugsweise wird ein hochfestes Füllmaterial verwendet, wofür sich insbesondere bestimmte Epoxidharze eignen.

Zur Erzielung der Verbundwirkung ist es günstig, wenn jede Wickellage der Bandage als trockene Fasermatte an der Rohrleitung angeordnet wird, welche anschließend mit einem Matrixmaterial, insbesondere einem Epoxidharz, getränkt wird. Vorzugsweise wird das Matrixmaterial vollflächig auf eine Wickellage aufgetragen, bevor die nächste Wickellage um die Rohrleitung gewickelt wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird zudem durch eine Vorrichtung der eingangs angeführten Art gelöst, bei welcher die Bandage je nach Druckabsenkung des Mediums im Bereich der Fehlstelle der Rohrleitung eine entsprechende Anzahl von Wickellagen derart aufweist, dass eine Spannung der Bandage im montierten Zustand bei einem Maximaldruck des Mediums zumindest einer festgelegten Sicherheits-Obergrenze einer Spannung der Rohrleitung im Bereich der Fehlstelle entspricht.

Die hiermit erzielbaren Effekte bzw. Vorteile wurden bereits zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, so dass auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.

Zur Erzielung einer radialen Stützwirkung im Bereich der Fehlstelle ist es günstig, wenn zumindest eine Wickellage der Bandage im montierten Zustand im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Rohrleitung verlaufende, unidirektionale Fasern, insbesondere Kohlenstofffasern, aufweist. Somit können die vom Mediumdruck in der Rohrleitung hervorgerufenen, in radialer Richtung wirkenden Kräfte bis zur Sicherheits-Obergrenze von der Bandage optimal aufgenommen werden, wodurch eine zweckmäßige Stützwirkung selbst bei hohen Betriebsdrücken erzielbar ist. Hierbei hat sich insbesondere die Verwendung einer Kohlenstofffaser-Bandage mit hoher Zugfestigkeit als günstig erwiesen, welche insbesondere ein hö- • · · · « ·· * · # · ♦ • · · · « · * φ · + ······ * m ##···#· · · 7 ................ heres Elastizitätsmodul als die Stahllegierung der Rohrleitung aufweist.

Zur Kompensation von axialen Kräften in der Rohrleitung, welche bei größeren Fehlstellen auftreten können, ist es von Vorteil, wenn zumindest eine Wickellage der Bandage im Wesentlichen in Längsrichtung der Rohrleitung verlaufende, unidirektionale Fasern, insbesondere Kohlenstofffasern, aufweist. Vorzugsweise wird zumindest eine in Längsrichtung der Rohrleitung orientierte Wickellage verwendet, wenn die Wandstärke der Rohrleitung im Bereich der Fehlstelle um mehr als 50%, beispielsweise im Wesentlichen 80%, im Vergleich zu einem intakten Abschnitt der Rohrleitung verringert ist.

Bei dieser Ausführung ist es zudem günstig, wenn die Bandage abwechselnd eine Wickellage mit im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Rohrleitung verlaufenden, unidirektionalen Fasern und eine Wickellage mit im Wesentlichen in Längsrichtung der Rohrleitung verlaufenden, unidirektionalen Fasern aufweist. Hiermit kann eine optimale Lastabtragung sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung der Rohrleitung erzielt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Im Einzelnen zeigt in den Zeichnungen:

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer ein flüssiges oder gasförmiges Medium führenden Rohrleitung, welche im Bereich einer Fehlstelle mit einer erfindungsgemäßen Bandage umwickelt wurde, die je nach Druckabsenkung in der Rohrleitung eine entsprechende Anzahl von Wickellagen aus einem Faserverbundwerkstoff aufweist;

Fig. 2 einen Querschnitt eines Teils der Rohrleitung mit Bandage gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht der Rohrleitung mit Bandage gemäß Figuren 1, 2;

Fig. 4 einen Längsschnitt der Rohrleitung mit einer Bandage, welche im Bereich einer an der inneren Mantelfläche der Rohrlei- • φ · φ « φ φ φ φ φ * φ • φ φ φ φ φ φ φ φ φ • φ φ φ φ φ φ · φφφ Φ φ φ φ φ φ φ m * 8 tung vorhandenen Fehlstelle angeordnet wird;

Fig. 5 einen Längsschnitt der Rohrleitung mit einer erfindungsgemäßen Bandage, welche im Bereich einer an der äußeren Mantelfläche der Rohrleitung vorhandenen Fehlstelle angeordnet wird;

Fig. 6 einen Längsschnitt der Rohrleitung mit einer erfindungsgemäßen Bandage, mit welcher eine Fehlstelle in Form einer Eindellung an der äußeren Mantelfläche der Rohrleitung ummantelt wird;

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 6;

Fig. 8 einen Längsschnitt der Rohrleitung mit einer alternativen Ausführung der Bandage, welche abwechselnd in Umfangsrichtung bzw. in Längsrichtung der Rohrleitung orientierte Wickellagen aufweist;

Fig. 9 einen vergrößerten Ausschnitt der Rohrleitung gemäß Fig. 8; und

Fig. 10 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm, welches eine Kennlinie für das Dehnungsverhalten der Rohrleitung sowie Kennlinien für das Dehnungsverhalten von Manschetten mit unterschiedlicher Lagenzahl enthält.

In Fig. 1 ist eine Rohrleitung 1 zum Transport eines flüssigen oder gasförmigen Mediums gezeigt, welches mit einem Betriebsdruck in Längsrichtung 1' der Rohrleitung 1 strömt. Die Rohrleitung 1 ist bevorzugt als Pipeline ausgebildet, mit welcher ein flüssiges oder gasförmiges Medium, beispielsweise Erdöl oder Erdgas, transportiert wird. An der Rohrleitung 1 können im Betrieb Fehlstellen 2 auftreten, welche die Rohrleitung 1 schwächen. Gemäß Figuren 1 bis 5 (vgl. auch Figuren 8, 9) weist die Rohrleitung 1 im Bereich der Fehlstelle 2 eine verringerte Wandstärke auf, welche durch einen Materialverlust hervorgerufen wird. Je nach Schadensfall kann die Fehlstelle 2 an einer äußeren Mantelfläche 3 der Rohrleitung 1 (vgl. Figuren 2, 3 und Figuren 5 bis 9) oder an einer inneren Mantelfläche 4 der Rohrleitung 1 (vgl. Fig. 4) auftreten. t ·» » · ·· » · · · » ·**·· · ·· · »··*·· · · »·# ·*·*«*· · · 9 ................

Um die Rohrleitung 1 ohne Austausch des schadhaften Rohrabschnitts weiter verwenden zu können, ist eine Reparatur der Rohrleitung 1 erforderlich. Hierfür wird die Rohrleitung 1 im Bereich der Fehlstelle 2 mit einer Bandage 5 ummantelt, um den schadhaften Abschnitt der Rohrleitung 1 zu stützen.

Wie aus Figuren 2, 3 ersichtlich, weist die Bandage 5 mehrere Wickellagen 6 auf, welche jeweils aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen. Um dem Mediumdruck in der Rohrleitung 1 standhalten zu können, weist die Bandage 5 zumindest eine Wickellage 6' mit unidirektionalen, im montierten Zustand in Umfangsrichtung der Rohrleitung 1 orientierten Fasern 7 auf. Hiermit können hohe radiale Zugkräfte aufgenommen werden. In der gezeigten Ausführung sind Kohlenstofffasern vorgesehen.

Wie aus Figuren 2, 3 (vgl. auch Figuren 5 bis 9) weiters ersichtlich, ist die Fehlstelle 2 mit einem Füllmaterial 8, insbesondere einem hochfesten Epoxidharz, gefüllt, um eine zweckmäßige Kraftübertragung zwischen der Rohrleitung 1 und der Bandage 5 zu gewährleisten. In der Zeichnung ist weiters schematisch ein Matrixmaterial 9 ersichtlich, mit welchem die Fasern 7 getränkt werden, welche vorzugsweise im trockenen Zustand an der Rohrleitung 1 angeordnet werden. Als Matrixmaterial 9 wird ein Epoxidharz verwendet.

Gemäß Fig. 4 verläuft die Fehlstelle 2 an der inneren Mantelfläche 4 der Rohrleitung 1. In diesem Fall ist kein Füllmaterial 8 erforderlich.

In Fig. 5 ist eine Rohrleitung 1 mit einer vergleichsweise langgestreckten Fehlstelle 2 ersichtlich. Die axiale Erstreckung der Bandage 5 ist zumindest so bemessen, dass die Rohrleitung 1 im montierten Zustand der Bandage 5 zumindest entlang der Fehlstelle 2 ummantelt wird.

In Figuren 6, 7 ist eine Rohrleitung 1 gezeigt, bei welcher eine Fehlstelle 2 in Form einer Eindellung 2' der Rohrleitung 1 vorhanden ist. Hierbei tritt kein Materialverlust auf. Solche Fehlstellen 2 können infolge von mechanischen Beanspruchungen auf-treten. Die Eindellung 2' wird mit Füllmaterial 8, insbesondere hochfestem Epoxidharz, gefüllt, bevor die Bandage 5 angebracht 10 ··· wird. Die Bandage 5 weist mehrere (in der gezeigten Ausführung drei) Wickellagen 6' mit in Umfangsrichtung orientierten Fasern 7 auf.

In Figuren 8, 9 ist eine Fehlstelle 2 mit massivem Materialverlust gezeigt, bei welcher die Wandstärke um mehr als 50% (in der gezeigten Ausführung im Wesentlichen 80%) reduziert ist. Um eine Stützwirkung in axialer Richtung zu erzielen, weist die Bandage 5 in diesem Fall zumindest eine Wickellage 6' mit im Wesentlichen in Längsrichtung 1' der Rohrleitung 1 verlaufenden, unidi-rektionalen Fasern 7' auf. In der gezeigten Ausführung ist abwechselnd eine in Umfangsrichtung der Rohrleitung 1' orientierte Wickellagen 6' und eine in Längsrichtung 1' der Rohrleitung 1 orientierte Wickellagen 6'' vorgesehen. Gemäß Figuren 8, 9 weist die Bandage 5 jeweils drei Wickellagen 6' sowie drei Wickellagen 6'' auf.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Reparatur der Fehlstelle 2 mittels der Bandage 5 weist zumindest die folgenden Schritte auf.

Zunächst wird die Rohrleitung 1 im Bereich der Fehlstelle 2 einer Oberflächenbehandlung, vorzugsweise mittels Sandstrahlen, unterzogen. Wenn die Fehlstelle 2 an der äußeren Mantelfläche 3 verläuft, wie in Figuren 2, 3, 5 bis 9 dargestellt, wird die Fehlstelle 2 anschließend mit Füllmaterial 8 ausgefüllt. Als nächster Schritt wird die erforderliche Lagenzahl der Bandage 5 ermittelt, wie nachstehend anhand von Fig. 10 näher erläutert wird. Aus der Lagenzahl und dem Außendurchmesser der Rohrleitung 1 wird die erforderliche Gesamtlänge der Bandage 5 bestimmt, welche in Form einer trockenen Fasermatte auf eine Montagerolle aufgerollt wird. Als nächster Schritt wird Matrixmaterial 9 im Bereich der Fehlstelle 2 aufgetragen, bevor eine erste Wickellage 6 um die Rohrleitung gewickelt wird. Die erste Wickellage 6 wird, beispielsweise mittels einer GummiSpachtel, geglättet, um Blasenbildung zu verhindern. Anschließend wird die erste Wickellage 6 mit Matrixmaterial 9 getränkt, wodurch die Verbundwirkung hergestellt wird. Je nach Lagenzahl werden diese Vorgänge entsprechend oft wiederholt. Hierbei wird ein Wickelversatz vermieden. Nach Fertigstellung der letzten Wickellage 6 wird die Bandage 5 mit einem Leinenband umwickelt, welches zum Auspressen allfälliger Lufteinschlüsse sowie zur Verfestigung der Wickella- 11 ·· 11 ·· • * φ φ φ φ φ · • · Φ φ Φ | Φ ΜΙ ΦΦΦΦΦΦ · · ΦΦ ΦΦ ΦΦΦΦ ΦΦΦΦ ΦΦ gen 6 um die Bandage 5 gespannt wird. Danach wird auf der Bandage 5 eine Trennfolie angeordnet. Schließlich wird die Bandage 5 mittels einer Heizmatte ausgehärtet. Die Aushärtezeit bemisst sich hierbei nach der Temperatur der Rohrleitung und der Lagenzahl· der Bandage 5.

Zur Reparatur der Rohrleitung 1 wird der Druck p des in der Rohrleitung 1 strömenden Mediums vom Betriebsdruck auf einen niedrigeren Druck pl abgesenkt, bevor die Bandage 5 an der Fehlstelle 2 angeordnet wird. Erfindungsgemäß wird die Anzahl von Wickellagen 6 der Bandage 5 in Abhängigkeit von der Druckabsenkung in der Rohrleitung 1 bestimmt. Hierbei wird eine umso größere Anzahl von Wickellagen vorgesehen, je geringer die Druckabsenkung in der Rohrleitung ist, wie nachstehend anhand von Fig. 10 erläutert wird.

In Fig. 10 ist ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm gezeigt, wobei auf der vertikalen Achse die Spannung o in Megapascal (MPa) und auf der horizontalen Achse die relative Dehnung e in Prozent (%) aufgetragen ist. Das Diagramm zeigt eine Kennlinie 10 für das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Rohrleitung 1, welche aus einer Stahllegierung gefertigt ist. Aufgrund der Eigenelastizität der Rohrleitung 1 bewirkt der Mediumdruck eine entsprechende Dehnung der Rohrleitung 1 in radialer Richtung. Die Kennlinie 10 der Rohrleitung 1 weist hierbei einen Abschnitt 10' auf, in welchem die Rohrleitung 1 elastisch verformbar ist, so dass ein linearer Zusammenhang zwischen Spannung σ und Dehnung e vorliegt. Oberhalb eines Werts omax der Spannung der Rohrleitung 1 treten plastische Verformungen auf, welche durch einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen Spannung o und Dehnung e gekennzeichnet sind. Demzufolge wird die Spannung omax als Sicherheits-Obergrenze der Spannung festgelegt, welche im Betrieb der Rohrleitung 1 nicht überschritten werden darf. Die Sicherheits-Obergrenze omax der Spannung (im gezeigten Beispiel 225 N/mm2) wird bei einem maximal zulässigen Betriebsdruck (nachfolgend Maximaldruck pm3^) des Mediums erreicht, welcher wesentlich größer als der Betriebsdruck des Mediums sein kann, der wiederum größer als der abgesenkte Druck px ist. In Fig. 10 ist zudem mit horizontalen Linien 13 bzw. 14 der Spannungszustand der Rohrleitung 1 beim Maximaldruck Pmax bzw. beim abgesenkten Druck pj angedeutet, wie aus den Schnittpunkten der Linien 13, 14 mit der Kennlinie 11 abgelesen werden kann. Wie aus Fig. 10 weiters ersichtlich, bewirkt eine Druckerhöhung zwischen dem unbelasteten Zustand der Rohrleitung 1 (kein Mediumdruck) und dem Maximaldruck pmax einen Höchstwert e0 der Dehnung der Rohrleitung 1.

Aus Fig. 10 ist weiters eine Kennlinie 11 für das Spannungs-Deh-nungs-Verhalten einer Bandage 5 mit einer ersten, geringeren Lagenzahl sowie eine Kennlinie 12 für das Spannungs-Dehnungs-Ver-halten einer Bandage 5 mit einer zweiten, höheren Lagenzahl ersichtlich. Die Dehnsteifigkeit der Bandage 5 ist umso größer, je höher die Anzahl von Wickellagen 6 ist. Demnach weist die Kennlinie 12 eine größere Steigung als die Kennlinie 11 auf.

Wie aus Fig. 10 weiters ersichtlich, weist die Rohrleitung 1 beim abgesenkten Druck px eine Dehnung auf, welche umso größer ist, je geringer die Druckabsenkung ist, welche in der gezeigten Ausführung 30% bezogen auf den Betriebsdruck beträgt. Aus der Kennlinie 10 wird die Dehnung ex der Rohrleitung 1 bestimmt, welche der Druckdifferenz zwischen dem abgesenkten Druck ρχ und dem Maximaldruck proax des Mediums entspricht. Die Dehnung ei ist geringer als der Höchstwert e0 der Dehnung e. Bei einer vollständigen Unterbrechung des Mediumstroms würde die Dehnung βχ gerade dem Höchstwert e0 der Dehnung e entsprechen. Die Lagenzahl der Bandage 5 wird hierbei so gewählt, dass die Bandage 5 bei gleicher Dehnung ei zumindest eine der Sicherheits-Obergrenze σ,^* der Spannung der Rohrleitung 1 entsprechende Spannung σ erreicht.

Die Bandage 5 gemäß Kennlinie 11 ist hierfür nicht geeignet, da für die Dehnung ei eine Spannung σι erzielt wird, welche wesentlich niedriger ist als die Sicherheits-Obergrenze omax der Spannung σ der Rohrleitung 1. Um im montierten Zustand der Bandage 5 eine ausreichende Stützwirkung bis zum Maximaldruck zu gewährleisten, wird daher eine Bandage 5 mit einer höheren Dehnsteifigkeit ausgewählt, welche bei vorgegebener Dehnung ex den gewünschten Spannungszustand erreicht. Die Kennlinie 12 beschreibt eine solche Bandage 5, bei welcher eine Dehnung ex exakt jene Spannung hervorruft, welche der Sicherheits-Obergrenze o„ax der Spannung σ der Rohrleitung 1 entspricht. Sämtliche Manschetten 5 mit einer höheren Dehnsteifigkeit als die Kennlinie 12 erfüllen diese Bedingung. Eine Überdimensionierung der Bandage 5 würde jedoch nachteiligerweise eine erhöhte Belastung der Rohrleitung an den Randbereichen der Bandage 5 verursachen. Demnach wird die 13

Bandage 5 abhängig von der Druckabsenkung aus dem Kennlinienfeld bestimmt, welches in einem Rechner implementiert sein kann. Zur Auswahl der Bandage 5 kann darüberhinaus Art und Ausmaß der Fehlstelle 2 herangezogen werden. Somit kann das spezifische Anforderungsprofil jedes Reparaturvorgangs mit hoher Genauigkeit für die Auswahl der passenden Bandage 5 berücksichtigt werden. Die anhand der zuvor beschriebenen Kriterien bestimmte Lagenzahl kann selbstverständlich von den in Figuren 1 bis 9 gezeigten Beispielen beträchtlich abweichen.

Claims (11)

14 Patentansprüche: 1. Verfahren zur Reparatur einer Fehlstelle (2) einer Rohrleitung (1), insbesondere Pipeline, für den Transport eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, insbesondere Erdöl, wobei die Rohrleitung (1) im Bereich der Fehlstelle (2) mit einer Bandage (5) umwickelt wird, welche mehrere jeweils aus einem Faserverbundwerkstoff gebildete Wickellagen (6; 6', 6'1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Fehlstelle (2) der Rohrleitung (1) eine Druckabsenkung des Mediums von einem Betriebsdruck auf einen abgesenkten Druck (pi) vorgenommen wird, bevor die Bandage (5) an der Fehlstelle (2) angeordnet wird, wobei eine umso größere Anzahl von Wickellagen (6; 6', 6'') der Bandage (5) vorgesehen wird, je geringer die Druckabsenkung in der Rohrleitung (1) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Wickellagen derart gewählt wird, dass eine Spannung der Bandage (5) im montierten Zustand bei einem Maximaldruck (pmax) des Mediums zumindest einer festgelegten Sicherheits-Obergrenze (omax) einer Spannung (o) der Rohrleitung (1) im Bereich der Fehlstelle (2) entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dehnung der Rohrleitung (1) aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem abgesenkten Druck (pi) und dem Maximaldruck (pmav) des Mediums ermittelt wird, welche zur Bestimmung einer solchen Anzahl von Wickellagen (6) der Bandage (5) herangezogen wird, mit welcher bei gleicher Dehnung (e^ die zumindest der festgelegten Sicherheits-Obergrenze (□„,„) der Spannung der Rohrleitung (1) entsprechende Spannung (o) der Bandage (5) erzielt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnung der Rohrleitung (1) mittels einer Kennlinie (10) für das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Rohrleitung (1) ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Kennlinien (13, 14) für das Spannungs-Dehnungs-Verhalten von Manschetten (5) mit unterschiedlicher Anzahl von Wickellagen (6) herangezogen werden, um die Anzahl von Wickellagen (6) der Bandage (5) zu bestimmen. 15 ** 15 ** » · 9 9 » · 99 ····»*'

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Außenseite der Rohrleitung (1) vorhandene Fehlstelle (2) mit einem Füllmaterial (8), insbesondere einem Epoxidharz, aufgefüllt wird, bevor die Rohrleitung (1) im Bereich der Fehlstelle (2) mit der Bandage (5) umwickelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wickellage der Bandage (5) als trockene Fasermatte an der Rohrleitung (1) angeordnet wird, welche anschließend mit einem Matrixmaterial (9), insbesondere einem Epoxidharz, getränkt wird.

8. Vorrichtung zur Reparatur einer Fehlstelle (2) einer Rohrleitung (1), insbesondere Pipeline, für den Transport eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, insbesondere Erdöl, mit einer Bandage (5) zum Umwickeln der Rohrleitung (1) im Bereich der Fehlstelle (2), wobei die Bandage (5) mehrere jeweils aus einem Faserverbundwerkstoff gebildete Wickellagen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandage (5) je nach Druckabsenkung des Mediums im Bereich der Fehlstelle (2) der Rohrleitung (1) eine entsprechende Anzahl von Wickellagen derart aufweist, dass eine Spannung (σ) der Bandage (5) im montierten Zustand bei einem Maximaldruck (pmax) des Mediums zumindest einer festgelegten Sicherheits-Obergrenze (omax) einer Spannung (o) der Rohrleitung (1) im Bereich der Fehlstelle (2) entspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wickellage (6) der Bandage (5) im montierten Zustand im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Rohrleitung (1) verlaufende, unidirektionale Fasern (7), insbesondere Kohlenstofffasern, aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wickellage (6) der Bandage (5) im Wesentlichen in Längsrichtung (11) der Rohrleitung (1) verlaufende, unidirektionale Fasern (7), insbesondere Kohlenstofffasern, aufweist .

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandage (5) abwechselnd eine Wickellage (6') mit im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Rohrleitung (1) verlaufenden, uni- direktionalen Fasern und eine Wickellage (611) mit im Wesentlichen in Längsrichtung (1 *) der Rohrleitung (1) verlaufenden, un-idirektionalen Fasern (7) aufweist.