DE19522014A1

DE19522014A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Sicherung von Pipelines

Info

Publication number: DE19522014A1
Application number: DE1995122014
Authority: DE
Inventors: Elena Vitalevna Dr Scherbina; Ramil Nazipovich Dipl Hassanov; Wilfried Dipl Ing Wunderatzke; Dimiter Dipl Ing Alexiew
Original assignee: Huesker Synthetic GmbH and Co
Current assignee: Huesker Synthetic GmbH and Co
Priority date: 1995-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1997-01-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sicherung von Rohrleitungen (Pipelines) gegen lokale, insbesondere ver tikale Bewegungen.

Als "Pipeline" werden hier sowohl einzelne Rohrleitungen als auch Anord nungen mehrerer, zueinander parallel verlaufender Rohrleitungen bezeich net, die zum Transport flüssiger und gasförmiger Medien vorgesehen sind. Am weitesten verbreitet sind Pipelines zur Beförderung von Erdöl oder Erdgas.

Eine der Hauptanforderungen an Pipelines ist ihre Sicherheit gegen Beschä digung der Rohrleitung aufgrund von Vertikalbewegungen durch Setzungen, Sackungen oder Erdfälle des die Pipeline tragenden Erdreichs. Wie die Schadensfälle an Pipelines in den Nachfolgestaaten der ehemaligen Sowjet union und die daraus entstehenden Umweltkatastrophen zeigen, besteht ein erheblicher Bedarf, die Bruchsicherheit der Pipelines zu erhöhen.

Auch Rohrleitungen, die auf einem Gewässerboden verlegt sind, müssen gegen vertikale Bewegungen geschützt werden. Hier werden diese Bewegun gen durch einen Auftrieb erzeugt, der darauf zurückzuführen ist, daß inner halb der Pipeline ein leichteres Medium (Erdöl, ggf. mit Lufteinschlüssen oder Erdgas) als Wasser transportiert wird. Bisher wurden zur Sicherung derartiger Unterwasser-Pipelines Betonblöcke als Reiter auf die Pipelines aufgesetzt. Das Gewicht der Betonblöcke wirkt einer eventuellen Auftriebs kraft entgegen. Die auf der Pipeline befestigten Betonblöcke sind den Kräften durch die Gewässerströmung ausgesetzt und es besteht die Gefahr, daß sie sich sich nach einer gewissen Zeit von der Pipeline lösen und herunterfallen. In diesem Fall können zu große Auftriebskräfte die Pipeline zerstören.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sicherung von Pipelines gegen lokale, vertikale Bewegungen zu schaffen, welche einfach und kostengünstig sind, an die unterschiedlichen Eigen schaften des die Pipeline tragenden Erdreichs angepaßt werden können und auch zur Sicherung bereits installierter Pipelines geeignet sind.

Ein diese Aufgabe lösendes Verfahren ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:

- in axialen Abständen werden quer zur Rohrleitung sich erstreckende, hochbelastbare Bänder derart verlegt, daß sie die Rohrleitung zu mindest teilweise umgreifen, vorzugsweise einmal umschlingen, und
- die seitlichen, im wesentlichen rechtwinklig zur Rohrachse sich erstreckenden Bandabschnitte werden im Erdreich verankert.

Als Bandmaterial eignet sich jeder flexible, reißfeste Werkstoff. Bevorzugt werden Geotextilien verwendet, die bereits aus dem Erd- und Grundbau zur Sicherung und Erhöhung der Tragfähigkeit des Baugrunds bekannt sind. Geotextilien sind gewebte oder gewirkte textile Flächengebilde, beispiels weise Gittergewebe aus Glasfaserfäden, Kohlefaserfäden oder Polyester fäden. Aufgrund der Umgreifung der Rohrleitung durch dieses hochfeste Band, welches große Zugkräfte aufnehmen kann ohne sich dabei übermäßig zu dehnen, werden in vertikaler Richtung auf die Rohrleitung wirkende Kräfte in die Ebene des Bandes umgelenkt und über die Verankerung des Bandes auf die seitlich der Rohrleitung befindlichen Bereiche des Erdreichs übertragen. Ein Absinken oder - im Fall einer Unterwasserpipeline - Auf schwimmen der Rohrleitung kann hierdurch erheblich reduziert oder gar vollständig vermieden werden. Die Gefahr eines Pipeline-Bruchs läßt sich durch diese Maßnahme vollständig beseitigen.

Die Breite des Bandes, die Länge der seitlichen, im Erdreich zu verankern den Bandabschnitte sowie der axiale Abstand der Umwicklungen/Umgreifun gen der Rohrleitung ist in Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten, wie der Bodenbeschaffenheit sowie den zu erwartenden, auf die Pipeline wirkenden vertikalen Kräfte zu wählen.

Umfaßt die Pipeline mehrere parallel zueinander verlaufende Rohrleitungen, so können benachbarte Bereiche dieser Rohrleitungen mit einem einzigen Band gesichert werden, welches nacheinander um jede der Rohrleitungen gewickelt wird und anschließend seitlich der Pipeline und in der Regel auch zwischen den Rohrleitungen im Erdreich verankert wird. Die Absinkbewe gung einer Rohrleitung wird in eine Zugkraft umgewandelt, die sowohl vom angrenzenden Erdreich als auch von der oder den benachbarten Rohrleitun gen getragen wird.

Bei der nachträglichen Sicherung einer unterirdisch verlegten Pipeline ist es zunächst notwendig, die zu umwickelnden Bereiche der Rohrleitungen freizugraben und Gräben für die Aufnahme des Bandes auszuheben, welche anschließend nach dem Bandeinbau wieder zugeschüttet werden.

Bei der Sicherung einer unter Wasser verlegten Pipeline können zusätzlich zur Verankerung der Bandabschnitte im Erdreich Sinkgewichte seitlich der Pipeline auf die Bandabschnitte aufgesetzt werden, welche ein Aufschwim men verhindern.

Im einfachsten Fall können zur Verankerung die seitlichen Bandabschnitte in einem Graben verlegt werden und durch Auftragen und Verdichten einer Bodenschicht mit dem Erdreich verbunden werden. Insbesondere wenn als Band ein Geogitter mit großer Maschenweite (beispielsweise 20 × 20 mm) verwendet wird und die verdichtete Bodenschicht bepflanzt wird, so daß die Pflanzenwurzeln durch die Maschen des Geogitters hindurchragen, kann eine derartige Verankerung des Bandes große Kräfte aufnehmen.

Es können aber auch zusätzliche Halteelemente an den seitlichen Band abschnitten befestigt werden, die die Belastbarkeit der Verankerung des Bandes im Erdreich erhöhen. Das Band kann zum Beispiel auf das Erdreich aufgelegt und dort mit Pflöcken fixiert werden. Bei einem unterirdischen Band können Balken aus gegen Verrottung geschütztem Holz an den seitli chen Bandabschnitten festgebunden werden, welche den Halt der Band abschnitte in der daraufgeschütteten und verdichteten Bodenschicht erhöhen. Auch die Verwendung beliebiger anderer, in das Erdreich eingreifender Verankerungselemente ist möglich.

Vorzugsweise wird das Band bei der Verankerung im Erdreich unter Vor spannung gesetzt. Wird das Band ohne eine Vorspannung eingebaut, so besteht die Gefahr, daß Wellen entstehen, die im Fall einer Vertikalbewe gung der Rohrleitung zunächst geglättet werden, ohne daß das Band eine große Haltekraft auf die Rohrleitung ausübt. Selbst bei einem glatten Ver legen des Bandes würde eine vertikale Bewegung der Rohrleitung zunächst eine Dehnung des Bandes bewirken, da auch hochfeste Werkstoffe eine gewisse Elastizität aufweisen. Erst bei größeren Auslenkungen der Rohrlei tung würde die durch das Band erzeugte Haltekraft ausreichen, um ein weiteres Absinken oder Aufschwimmen der Rohrleitung zu verhindern. Durch das Aufbringen einer Vorspannkraft entstehen schon bei geringsten Rohrleitungs-Auslenkungen hohe Haltekräfte.

Die Vorspannung kann auch nach der Verankerung des seitlichen Band abschnitts im Erdreich durch Aufbringen einer Zugkraft erzeugt werden. Bei einer Pipeline mit mehreren, parallel zueinander verlaufenden Rohrlei tungen kann beispielsweise eine Hebevorrichtung auf einen zwischen zwei Rohrleitungen liegenden Bandabschnitt wirken. Da Pipelines in der Regel über sehr weite Strecken durch unbesiedeltes Gelände verlegt werden, ist eine besonders einfache Ausgestaltung der Hebevorrichtung vorzusehen. Beispielsweise ließe sich eine simple Hebel-Anordnung verwenden. Auch könnte mit einer transportierbaren Seilwinde der Bandabschnitt zwischen zwei Rohrleitungen um einen gewissen Betrag angehoben und ein Einschub element (z. B. Holzbrett) unter den Bandabschnitt geschoben werden, so daß die gewünschte Spannung in dem Bandabschnitt erzeugt wird. Derartige Arbeiten könnten bei routinemäßigen Kontrollen der Pipeline durchgeführt werden. Durch die Verwendung der Hebevorrichtung ist es auch möglich, ein zwischenzeitlich eingetretenes Absinken einer Rohrleitung rückgängig zu machen.

Wie oben erwähnt, werden die Bandabschnitte bevorzugt von Geotextilien oder Geogittern gebildet. Die Fäden der Geotextilien können mit einer polymeren Schutzschicht, vorzugsweise aus PVC, ummantelt sein, welche die mechanische Widerstandskraft der Fäden erheblich erhöht. Ein geeigne tes Geogitter wird zum Beispiel von der Anmelderin unter der Bezeichnung "FORTRAC" vertrieben. Die Breite jedes Bandabschnittes liegt vorzugs weise in der Größenordnung von 1 m. Der Abstand der Umwicklungsstellen an der Pipeline läßt sich nicht näher definieren. Auf festem Erdreich ist überhaupt keine Sicherung notwendig. Auf sehr labilem Erdreich oder beim Verlegen einer Pipeline in einem Gewässer mit starken Strömungen können direkt aneinandergrenzende Umwicklungen notwendig sein.

Aus den Patentansprüchen 13 bis 19 geht eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gesicherte Pipeline hervor.

Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Zeichnungsbeschreibung. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße, drei Rohrleitungen umfassende Pipeline, wobei das die Pipeline umgebende Erd reich nicht dargestellt ist,

Fig. 2 eine geschnittene Darstellung der Pipeline aus Fig. 1, die unterirdisch verlegt ist,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer weiteren Aus führungsform einer erfindungsgemäßen Pipeline und

Fig. 4 die schaubildliche Darstellung einer erfindungsgemäßen, unter Wasser verlegten Pipeline mit drei Rohrleitungen.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Pipeline umfaßt drei zueinander par allel verlaufende Rohrleitungen 1. In axialen Abständen sind alle drei Rohrleitungen 1 mit einem flexiblen Band 2 umwickelt. Das Band 2 besteht aus einem Gittergewebe aus hochmodulen Polyestergarnen, die mit einer PVC-Schutzschicht ummantelt sind. Die über dem Band 2 liegende Boden schicht 3 ist verdichtet, so daß sie fest durch die Maschen des Gittergewe bes des Bandes 2 hindurchgreift und das Band 2 so verankert. Zusätzlich sind an den seitlichen Abschnitten des gitterförmigen Bandes 2 Haltee lemente 4 befestigt, die die Verankerung des Bandes 2 im Erdreich ver stärken. Im vorliegenden Fall wurden als Halteelement 4 rechteckige Balken gewählt. Diese können entweder an dem gitterförmigen Band 2 festgebun den oder mit beliebigen anderen Befestigungsmitteln (Nägel, Schrauben etc.) befestigt werden. Bei der Materialwahl der Halteelemente 4 ist darauf zu achten, daß diese nicht mit der Zeit im Erdreich verrotten. Andernfalls besteht die Gefahr, daß die Haltekraft der Verankerung des Bandes 2 im Erdreich mit der Zeit abnimmt und nicht mehr zur Sicherung der Rohrlei tungen 1 ausreicht.

Wenn aufgrund einer lokalen Sackung oder Setzung des Erdreichs die Tragfähigkeit des Erdreichs abnimmt und nicht mehr ausreicht, die Ge wichtskraft einer der Rohrleitungen 1 zu tragen, so wird die nach unten gerichtete Gewichtskraft der Rohrleitung 1 von dem Band 2 aufgenommen und in eine Zugkraft in der Bandebene umgelenkt. Diese Zugkraft wird auf die seitlichen Bandabschnitte und gegebenenfalls auf die benachbarten Rohrleitungen 1 übertragen. Auf diese Weise wird einem Absinken der Rohrleitungen 1 bei nachlassender Tragfähigkeit des Erdreichs entgegen gewirkt.

In den Fig. 1 und 2 ist eine einfache Umschlingung der drei benachbarten Rohrleitungen 1 durch jedes der Bänder 2 gewählt. Sollte ein größerer Halt der Bänder 2 an der Rohrleitung 1 benötigt werden, so ist auch eine mehr fache Umschlingung der Rohrleitungen 1 möglich. Grundsätzlich ist es ausreichend, daß die Bänder 2 die Rohrleitungen 1 im unteren Bereich umgreifen, um die nach unten gerichteten Gewichtskräfte der Rohrleitungen 1 aufzunehmen. Eine derartige Ausführungsform ist in der Fig. 3 darge stellt. Darüberhinaus verlaufen die seitlichen Abschnitte der Bänder 2 gemäß Fig. 3 nicht in einer Ebene, sondern von den Rohrleitungen 1 aus nach oben, dann in einer geringen Tiefe unterhalb der Erdoberfläche 5 und anschließend wieder nach unten zur benachbarten Rohrleitung 1. Diese Anordnung des Bandes 2 hat mehrere Vorteile. Erstens verläuft die nach unten gerichtete Gewichtskraft der Rohrleitungen 1 im wesentlichen in nerhalb der Ebene der seitlich an die Rohrleitungen 1 angrenzenden Ab schnitte des Bandes 2. Die Gewichtskräfte werden also direkt in Zugkräfte umgewandelt. Zweitens müssen die Gräben, in die das Band 2 eingelegt wird, nicht so tief ausgehoben werden, wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2. Hierdurch ergibt sich ein geringerer Arbeitsaufwand beim Einbau des Bandes 2 ins Erdreich.

Um das Band 2 unter einer konstanten Zugspannung zu halten oder um bereits erfolgte Absenkungen einer der Rohrleitungen 1 rückgängig zu machen, kann eine Zugkraft auf das Band 2 ausgeübt werden. Vorteilhafter weise kann eine beliebige Hebevorrichtung auf den zwischen zwei Rohrlei tungen 1 liegenden Zwischenbereich 6 des Bandes 2 wirken. Beispielsweise kann ein gewisser Abschnitt des Bandes 2 im Zwischenbereich 6 freigegra ben und mit einem Deckel zugedeckt sein, so daß Kontrolltrupps die Span nung des Bandes 2 jederzeit überprüfen können. Sollte sich bei dieser Überprüfung eine zu niedrige Spannung ergeben, kann durch eine trans portierbare Hebevorrichtung das Band 2 im Zwischenbereich 6 angehoben werden und ein Distanzstück, beispielsweise ein Holzbrett oder -balken, unter das Band 2 gelegt werden, um eine hohe Spannung aufrechtzuerhalten. Eine derartige Hebevorrichtung ist zeichnerisch nicht dargestellt.

In der Fig. 4 ist eine unter Wasser verlaufende Pipeline mit drei Rohrlei tungen 1 dargestellt, die gemäß der Erfindung gegen vertikale Bewegungen abgesichert ist. Bei Unterwasser-Pipelines besteht die Gefahr, daß sie aufgrund des Auftriebs durch Gaseinschlüsse in dem transportierten Medium aufschwimmen und zerstört werden. Auch können Strömungen quer zur Längsrichtung der Rohrleitungen 1 zu einer Zerstörung führen.

Zur Sicherung dieser Pipeline gegen Aufschwimmen oder gegen Strömungen werden alle drei Rohrleitungen 1 von einem Sicherungsband 2 (ebenfalls aus einem synthetischen Gittergewebe) umschlungen. Die Verankerung des Bandes 2 im Erdreich kann durch geeignete Befestigungselemente aber auch durch auf dem Band 2 liegende Sinkgewichte 8, im vorliegenden Fall große Betonblöcke, bewirkt werden. Die Betonblöcke 8 drücken das Gittergewebe des Bandes 2 fest in die Oberfläche des Gewässergrundes ein, so daß zum Herausziehen der seitlichen Bandabschnitte eine hohe Zugkraft notwendig ist. Der Abstand des Bandes 2 zum in axialer Richtung der Rohrleitung 1 nächstliegenden Band 2 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 mit unter Wasser verlaufender Rohrleitung 1 in Abhängigkeit von den zu erwartenden Auftriebskräften und Strömungskräften zu wählen.

Selbstverständlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Pipelines abgesichert werden, die nur eine einzige Rohrleitung umfassen.

Bezugszeichenliste

1 Rohrleitung
2 Band
3 Bodenschicht
4 Haltelement
5 Erdoberfläche
6 Zwischenbereich
7 Wasseroberfläche
8 Sinkgewicht

Claims

1. Verfahren zur Sicherung von Rohrleitungen (Pipelines) (1) gegen lokale, insbesondere vertikale Bewegungen, dadurch gekennzeichnet, daß

- in axialen Abständen quer zur Rohrleitung (1) sich erstreckende, hochbelastbare Bänder (2) derart verlegt werden, daß sie die Rohrlei tung (1) zumindest teilweise umgreifen, vorzugsweise einmal um schlingen, und
- die seitlichen, im wesentlichen rechtwinklig zur Rohrachse sich erstreckenden Bandabschnitte im Erdreich verankert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in axialen Abständen benachbarte Bereiche mehrerer nebeneinander verlaufender Rohrleitungen (1) jeweils mit einem gemeinsamen, jede Rohrleitung (1) zumindest teilweise umgreifenden Band (2) versehen werden, wobei die seitlichen Endabschnitte des Bandes (2) und/oder die zwischen den Rohrlei tungen (1) liegenden Bandabschnitte im Erdreich verankert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Band (2) ein Streifen eines textilen Flächengebildes mit zumindest in Längs richtung des Bandes verlaufenden hochfesten Fäden, insbesondere Glasfa serfäden, Kohlefaserfäden oder Polymerfäden verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Band (2) ein Gittergewebe mit einer Maschenweite von mehr als 10 mm verwendet wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche zur nachträglichen Sicherung einer unterirdisch verlegten Rohrleitung (Pipeline) (1), dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verlegen jedes Bandes (2) ein sich quer zur Rohrleitung (1) erstreckender Graben zur Aufnahme des Bandes (2) freigegraben wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche zur Sicherung einer unter Wasser verlegten Rohrleitung (Pipeline) (1), dadurch gekennzeichnet, daß auf die seitlichen Bandabschnitte Sinkgewichte (8) aufgesetzt und an dem Band (2) befestigt werden.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die seitlichen Bandabschnitte durch Auftragen und Verdichten einer Bodenschicht (3) im Erdreich verankert wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß Halteelemente (4) an den seitlichen Bandab schnitten befestigt werden, die bevor diese im Erdreich verankert werden.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Band (2) bei der Verankerung im Erdreich unter Vorspannung gesetzt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß nach der Verankerung im Erdreich eine Zug kraft auf mindestens einen seitlichen Bandabschnitt ausgeübt wird, die dem Absinken der Rohrleitung (1) entgegenwirkt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zug kraft mit einer Hebevorrichtung auf einen zwischen zwei Rohrleitungen (1) liegenden Bandabschnitt aufgebracht wird.

12. Rohrleitung (Pipeline) (1) zum Transport flüssiger oder gasförmiger Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß sie in axialen Abständen hochbelast bare Bänder (2) aufweist, welche sich quer zur Rohrleitung (1) erstrecken und diese zumindest teilweise umgreifen, vorzugsweise einmal umschlingen, wobei die seitlichen, im wesentlichen rechtwinklig zur Rohrachse sich erstreckenden Abschnitte der Bänder (2) im Erdreich verankert sind.

13. Rohrleitung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie gemeinsam mit mindestens einer anderen parallel verlaufenden Rohrleitung (1) in axialen Abständen jeweils von einem gemeinsamen Band (2) um griffen oder umschlungen ist, wobei die seitlichen Endabschnitte jedes Bandes (2) und/oder die zwischen den Rohrleitungen (1) liegenden Bandab schnitte im Erdreich verankert sind.

14. Rohrleitung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (2) ein Streifen eines textilen Flächengebildes mit zumindest in Längsrichtung des Bandes (2) verlaufenden aus hochfesten Fäden, insbeson dere Glasfaserfäden, Kohlefaserfäden oder Polymerfäden ist.

15. Rohrleitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (2) aus einem Gittergewebe mit einer Maschenweite von mehr als 10 mm besteht.

16. Rohrleitung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, welche unter Wasser verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß auf die seitlichen Bandabschnitte Sinkgewichte (8) aufgesetzt und an dem Band (2) befestigt sind.

17. Rohrleitung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Bandabschnitte in das Erdreich einge baut sind und die darüberliegende Bodenschicht (3) verdichtet ist.

18. Rohrleitung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an den seitlichen Bandabschnitten Halteelemente (4) befestigt sind.

19. Rohrleitung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf den seitlichen Bandabschnitt eine Zug- oder Hebevorrichtung wirkt.