DE602004010374T2

DE602004010374T2 - Sanierungsschale für hochdruckleitungen

Info

Publication number: DE602004010374T2
Application number: DE602004010374T
Authority: DE
Inventors: Stanislas Boulet D'auria; Hacen Slimani
Original assignee: Submin Ltd; 3X Engineering SA
Current assignee: Submin Ltd; 3X Engineering SA
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2024-02-25
Also published as: EP1597509B1; CN100445628C; CA2515023A1; BRPI0407629B1; FR2851635B1; RU2005129732A; FR2851635A1; CN1754061A; DE602004010374D1; WO2004076910A1; ES2299822T3; MXPA05008875A; EP1597509A1; DK1597509T3; US20060162797A1; CA2515023C; US7370676B2; RU2300045C2; BRPI0407629A

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme, die zur Reparatur von Rohrleitungen verwendet werden, die für den Transport von Hochdruckfluiden bestimmt sind, wie Pipelines für den Transport von Erdöl, und betrifft insbesondere eine Muffe mit einem Einsatz für die Reparatur einer Rohrleitung zum Transport eines Hochdruckfluids.
Stand der Technik
Man verwendet allgemein eine als Spritzgussform dienende Muffe zum Verstopfen eines Lecks in einer Rohrleitung zur Beförderung eines Fluids. Der zu reparierende Abschnitt wird mit der Muffe umgeben, die einen dichten Hohlraum bildet, in den man ein flüssiges polymerisierbares Material einspritzt, das, indem es polymerisiert, eine Verkleidung zum Verstopfen eines Lecks, zur thermischen oder chemischen Isolierung oder zur Stoßsicherung bildet.
Muffen, die bei dieser Technik verwendbar sind, sind beispielsweise in den Patenten FR 2.158.895 , EP 278 050 , US 4.610.740 oder GB 2.119.884 beschrieben. Sie werden von zwei zylindrischen Schalenhälften gebildet, die zur Bildung einer einzigen Schale verbunden sind, die den zu schützenden oder zu reparierenden Abschnitt bedeckt. Man gießt dann das flüssige polymerisierbare Material (das im allgemeinen aus den Komponenten eines Epoxidharzes oder eines Polyurethanharzes besteht) durch ein in der Wand der Schale vorgesehenes Einspritzloch in den auf diese Weise gebildeten Hohlraum.
Diese von zwei Schalenhälften gebildeten Muffen sind also für eine Rohrleitung mit einem bestimmten Durchmesser ausgelegt. Man muss deshalb über Muffen mit verschiedenen Durchmessern verfügen, die sich an die verschiedenen Durchmesser von Rohrleitungen anpassen können. Dies bringt die Notwendigkeit mit sich, verschiedene Gussformen vorzusehen, um Schalenhälften herstellen zu können, die an alle Rohrleitungen angepasste Durchmesser besitzen, und führt zu übermäßig hohen Kosten.
Man hat deshalb daran gedacht, eine modulare Muffe zu verwenden, wie sie in dem Patent EP 0 856 117 beschrieben wird, die aus identischen Modulen besteht und deshalb nur eine einzige Form zur Herstellung der Module erfordert. Bei dieser Technik kann man die Muffe, indem man die Anzahl der die Muffe bildenden Module variiert, an Rohrleitungen mit verschiedenen Durchmessern anpassen. Außerdem umfasst jedes Modul einen Steckteil und einen Aufnahmeteil, so dass der Steckteil eines Moduls ganz oder teilweise in den Aufnahmeteil des benachbarten Moduls eingesteckt werden kann. Dies gestattet einer Muffe, die aus einer bestimmten Anzahl von Modulen besteht, sich an Rohrleitungen anpassen zu können, deren Durchmesser zwischen einem Minimumwert und einem Maximumwert liegen. Leider hält dieser Muffentyp aufgrund seines modularen Aufbaus keine sehr hohen Drücke von etwa einigen zehn Bar aus, denen manche Rohrleitungen ausgesetzt sind, die zur Beförderung von Fluiden auf langen Strecken bestimmt sind, wie es bei Pipelines zur Beförderung von Erdöl der Fall ist.
Für die Durchführung von Reparaturen an Rohrleitungen, die hohe Drücke aushalten, beschreibt das Patent US 5.632.307 eine Vorrichtung, die aus einem elastischen Band in Form einer Spule besteht, die eine Mehrzahl von Wicklungen vom Typ Spiralfeder (clock spring) aufweist, die an der Stelle der schadhaften Zone um die Rohrleitung herum gelegt wird. Abgesehen davon, dass die korrodierte Zone gekittet werden muss, dass das starre Band infolge der Federwirkung schwer anzubringen ist und dass seine Verlegung schließlich umfangreiche Erdarbeiten unter der Rohrleitung erfordert, um die einzelnen Schichten der Spule aufwickeln zu können, kann eine solche Vorrichtung nicht verwendet werden, wenn die Rohrleitung oval ist, wenn sie eine Kröpfung mit starker Krümmung an der Stelle der schadhaften Zone aufweist oder wenn es zusätzlich erforderlich ist, Schweißraupen, falls diese an dieser Stelle vorhanden sind, abzuschleifen, damit die Vorrichtung gut wirken kann.
Die Schrift US 647.996 beschreibt ein Verfahren zum Reparieren eines Lecks in einer Rohrleitung, das also zur Lösung einer anderen Aufgabe dient. Es besteht darin, dass an die Rohrleitung an der Stelle, an der sich der Riss befindet, der die Ursache des Lecks ist, eine Platte angelegt wird und die Platte mit Hilfe eines die Rohrleitung schraubenförmig umgebenden Seils in ihrer Stellung gehalten wird. Dann wird um das Kabel eine Muffe herumgelegt und in die Muffe wird geschmolzenes Metall eingespritzt.
Zusammenfassung der Erfindung
Ziel der Erfindung ist deshalb die Schaffung einer Muffe, die für die Reparatur einer hohen Drücken ausgesetzten Rohrleitung zum Transport eines Fluids bestimmt ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Muffe zu schaffen, die für die Reparatur einer eine schadhafte Zone aufweisenden Rohrleitung bestimmt ist, gleichgültig, welche Geometrie die Rohrleitung oder welchen Krümmungsradius sie an der Stelle der schadhaften Zone besitzt.
Gegenstand der Erfindung ist zu diesem Zweck eine Muffe nach Anspruch 1.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Ziele, Gegenstände und Merkmale der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung, in der auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Rohrleitungsabschnitts mit einer schadhaften Zone, auf die ein Einsatz gemäß den Prinzipien der Erfindung aufgerollt ist, und
2 eine Schnittansicht der Muffe, die an der Stelle der schadhaften Zone um die Rohrleitung herumgelegt ist, wobei die einzelnen Stränge des Einsatzes über der schadhaften Zone gezeigt sind.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Auf herkömmliche Weise wird eine Muffe, die aus einer steifen oder biegsamen geschlossenen Schale besteht, in die ein polymerisierbares Material wie Polyurethan oder Epoxidharz eingespritzt oder eingegossen wird (eingespritzt durch Ansaugung unter Vakuum), um die Rohrleitung vollständig herumgelegt, so dass eine schadhafte Zone bedeckt wird. Eine derartige schadhafte Zone, die in 1 als Zone 10 mit einer unterbrochenen Linie dargestellt ist, kann auf die Korrosion der Rohrleitung 12 zurückzuführen sein, die an der Stelle ein Schwachstelle bildet, an der eine Verringerung der Dicke der Wand der Rohrleitung auftritt, wodurch die Gefahr besteht, dass diese unter der Wirkung des Drucks des von der Rohrleitung zu befördernden Fluids perforiert wird.
Wenn man eine erfindungsgemäße Muffe verlegt, wird zuerst auf die schadhafte Zone ein Haft- und Korrosionsschutzmaterial aufgetragen. Dann wird erfindungsgemäß ein Einsatz 14 aufgewickelt und um die Rohrleitung so zentriert, dass die schadhafte Zone 10 sowie die beiden an die schadhafte Zone angrenzenden, nicht beschädigten Teile der Rohrleitung ganz bedeckt werden.
Der Einsatz wird auf die Rohrleitung schraubenförmig mit einer Schraubensteigung aufgewickelt, die einen ausreichenden Zwischenraum 16 zwischen zwei benachbarten Windungen des Einsatzes belässt. So kann man bei Verwendung eines Einsatzes von einer Breite von 10 mm einen Zwischenraum von 1 mm lassen. Dieser Zwischenraum ist erforderlich, damit das in die steife oder biegsame Schale der Muffe eingespritzte oder eingegossene Harz die Windungen des Einsatzes umhüllen und an der Oberfläche der Wand der Rohrleitung haften kann.
Wenn das die Windungen des Einsatzes bildende strangförmige Element auf die Rohrleitung aufgewickelt wurde, wird jedes der Enden des Elements an der Windung durch eine Klemmschelle 18 oder 20 befestigt.
Die steife oder biegsame Schale 22 der Muffe wird dann um die Rohrleitung herumgelegt, wie in 2 gezeigt ist. Diese steife oder biegsame Schale 22 muss alle Windungen des zuvor um die Rohrleitung herumgelegten Einsatzes umhüllen und muss eine so große Höhe besitzen, dass ein ausreichender Zwischenraum zum Eingießen oder Einspritzen des polymerisierbaren Materials besteht. So besitzt die Schale bei einem Einsatz mit einer Dicke von 10 mm eine Höhe von 20 mm.
Im Fall des Eingießens gestattet das zuvor mit Hilfe einer Vakuumpumpe hergestellte Vakuum der biegsamen Schale, sich an die bereits angeordnete Verstärkung anzulegen und anzuschmiegen. Das Eingießen des Harzes kann nun stattfinden, es gewährleistet eine vollständige Füllung der zu reparierenden Zone mit dem polymerisierbaren Material.
Wenn die steife oder biegsame Schale 22 auf der Rohrleitung hermetisch geschlossen befestigt wurde, wird das polymerisierbare Material in flüssigem Zustand mit Hilfe einer Vakuumpumpe in das Innere der steifen oder biegsamen Schale über eine Öffnung 24 eingespritzt oder eingegossen. Die einzuspritzende oder einzugießende Menge entspricht der Füllung der Schale, wobei das polymerisierbare Material alle Windungen des Einsatzes ganz umhüllt und die Zwischenräume zwischen Windungen ausfüllt.
Es ist zu bemerken, dass die schadhafte Zone 10, die im Allgemeinen durch Korrosion verursacht wird, eine Dicke besitzt, die deutlich kleiner als die normale Dicke der Wand der Rohrleitung ist, wie 2 zeigt. Die Rohrleitung weist also an der Stelle der Zone eine Vertiefung auf und infolgedessen ist der Einsatz nicht immer mit der Wand der Rohrleitung an dieser Stelle in Kontakt. Dies hat keine Bedeutung, da das durch die Polymerisation des eingespritzten oder eingegossenen polymerisierbaren Materials gebildete Harz die Windungen des Einsatzes vollständig umhüllt und als Kraftübertrager zwischen der Wand der Rohrleitung und dem Einsatz wirkt.
Der in der erfindungsgemäßen Muffe verwendete Einsatz ist ein strangförmiges Element, das flexibel (Seil), halbstarr (Metalllitze) oder vorgeformt (vom Typ Verbundfeder) ist und auf die Rohrleitung aufgewickelt werden kann. Er kann einen Querschnitt von beliebiger Form haben, der längs des Einsatzes veränderlich ist, vorzugsweise hat der Einsatz jedoch einen kreisförmigen und konstanten Querschnitt. Er kann aus jedem Werkstoff bestehen, der eine gute Zugfestigkeit besitzt, wie Aramid (beispielsweise Kevlar^®), und kann insbesondere aus natürlichen Fasern (beispielsweise Glas oder Kohlenstoff), synthetischen Fasern oder vorimprägnierten Fasern bestehen. Die Dicke des Einsatzes oder sein Durchmesser, wenn es sich um ein Element mit kreisförmigem Querschnitt handelt, ist von seinen mechanischen Merkmalen abhängig. Sie bzw. er kann von einigen mm (beispielsweise 2 mm) bis einigen zehn mm (beispielsweise 50 mm) variieren.
Der Einsatz hat die Aufgabe, die radialen Kräfte zu neutralisieren, die auf der Wand der Rohrleitung an der Stelle einer schadhaften Zone auftreten, indem er diese radialen Kräfte in Zugkräfte überführt, die auf jede der Windungen des Einsatzes, der sich auf der schadhaften Zone befindet, verteilt werden. Die auf die Wand der Rohrleitung ausgeübten radialen Kräfte werden auf den Einsatz durch das Harz übertragen, das die steife oder biegsame Schale füllt und das ein Material ist, das nach Polymerisation des in die Schale eingespritzten oder eingegossenen polymerisierbaren Materials fest ist, wobei die Schale hierbei die Rolle einer Verschalung spielt. Die Kombination von Einsatz und Harz ist äquivalent zu einem Verbundmaterial, bei dem die Wirksamkeit des Verbundes für die Aufnahme der auf die Wand der Rohrleitung ausgeübten radialen Kräfte dem Synergismus zwischen den beiden Komponenten geschuldet ist.
Die erfindungsgemäße Muffe kann bei Rohrleitungen jeden Durchmessers, der von 100 mm bis zu mehreren Metern gehen kann, verwendet werden. Ihre Breite kann je nach Rohrleitung angepasst werden, beispielsweise 300 bis mehrere Meter (mit der Technologie der Thermoplaste oder mit der Eingießung verbundene Grenze), und ihre Höhe beträgt vorzugsweise zwischen 10 mm und 80 mm.
Sie kann für die Reparatur von Rohrleitungen verwendet werden, die eine Korrosion aufweisen, die bis zu 80% der Dicke der Wand erreicht, und zwar bei jeder beliebigen Breite der schadhaften Zone. So konnte man die Reparatur einer Zone mit einer axialen Länge von 200 mm und einer Umfangsbreite von 300 mm mit einer Tiefe von 5,70 mm, d. h. 80% der Wanddicke (7,1 mm) einer Rohrleitung mit einem Durchmesser von 324 mm, vornehmen.
Ein grundsätzliches Merkmal der erfindungsgemäßen Muffe auf Grund ihrer Struktur selbst ist ihre Anpassbarkeit an alle Formen von Rohrleitungen. Sie kann sogar verlegt werden, wenn die Rohrleitung nicht kreisförmig, sondern oval ist, und zwar unabhängig vom Krümmungsradius der Rohrleitung (beispielsweise an einer Kröpfung), und selbst wenn die Rohrleitung eine axiale oder sich über den Umfang erstreckende Schweißung aufweist, da es nicht erforderlich ist, dass der Einsatz mit der Wand der Rohrleitung in Kontakt ist.
Die erfindungsgemäße Muffe kann für die Reparatur von jeder rohrförmigen Struktur verwendet werden, die durch einen Dickenverlust infolge Korrosion oder Rissbildung beschädigt ist, so dass ihr ihre ursprünglichen mechanischen Merkmale wieder verliehen werden. Sie kann von Wartungsunternehmen, von Unternehmen für die Wartung von Beförderungsanlagen für Fluide (hauptsächlich Kohlenwasserstoffe) verwendet werden, obwohl ihre Verwendung auf diesen Bereich nicht beschränkt ist. So kann sie dank ihrer mechanischen Merkmale im Bereich Bau und öffentliche Bauarbeiten verwendet werden, insbesondere zur Verstärkung von Säulen und anderen Stützpfeilern.

Claims

Muffe zur Reparatur einer Rohrleitung zum Transport von Fluid (12), umfassend eine fehlerhafte Zone (10), deren Wand eine Dicke aufweist, die deutlich unter der normalen Dicke der Wand der Rohrleitung liegt und daher einen schwachen Widerstand gegenüber dem Druck aufweist, bestehend aus – einer steifen oder biegsamen Schale (22), die als Form dient, um mindestens die fehlerhafte Zone zu umgeben, wobei die Schale mit einem Polymermaterial gefüllt ist; und – einem Einsatz, der aus mehreren Windungen eines strangförmigen Elements (14) zusammengesetzt ist, das schraubenförmig um die Rohrleitung an der fehlerhaften Zone gewickelt ist, wobei der Einsatz in dem Polymermaterial eingehüllt ist, um die Radialkräfte, die an der Wand der Rohrleitung an der fehlerhaften Zone vorhanden sind, in Zugkräfte, welche auf jede Windung des Einsatzes verteilt sind, umzuwandeln.
Muffe nach Anspruch 1, wobei die Windungen des strangförmigen Elements (14) derart durch einen vorbestimmten Zwischenraum (16) getrennt sind, dass jede der Windungen des Einsatzes von dem Polymermaterial eingehüllt ist.
Muffe nach Anspruch 2, wobei das strangförmige Element (14) ein flexibles Element mit konstantem kreisförmigem Querschnitt ist, das aus natürlichen, synthetischen oder vorimprägnierten Fasern gebildet ist.
Muffe nach Anspruch 3, wobei das strangförmige Element (14) aus Aramid und insbesondere aus Kevlar^® zusammengesetzt ist.
Muffe nach Anspruch 4, wobei der Einsatz eine Klemmschelle (18, 20) umfasst, die jedes der Enden des strangförmigen Elements (14) an der angrenzenden Windung befestigt.
Verfahren zur Reparatur einer Rohrleitung zum Transport von Fluid (12), umfassend eine fehlerhafte Zone (10), deren Wand eine Dicke aufweist, die deutlich unter der normalen Dicke der Wand der Rohrleitung liegt und daher einen schwachen Widerstand gegenüber dem Druck aufweist, bestehend aus dem schraubenförmigen Wickeln eines strangförmigen Elements (14) um die Rohrleitung an der fehlerhaften Zone, Umgeben des Abschnitts der Rohrleitung, an dem sich die fehlerhafte Zone befindet, mit einer steifen oder biegsamen Schale (22), die hermetisch abgeschlossen ist, wobei die Schale angepasst ist, um die Windungen des strangförmigen Elements vollständig abzudecken, und Einspritzen oder Eingießen eines flüssigen polymerisierbaren Materials, das nach der Polymerisierung ein Harz bilden soll, ins Innere der Schale.