DE69303745T2 - Verfahren zur Reparatur lokaler Schäden an Rohrleitungen mittels einer Hülse mit einer im Zwischenraum liegenden Schutzschicht - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf die Reparatur von Fluid transportierenden Pipelines wie Wasser-, Gas-, Öl- oder anderen Pipelines zum zivilen und industriellen Gebrauch.
• Diese Pipelines werden allgemein gebildet, indem Längen von Metallrohr zusammengeschweißt werden, wobei die kontinuierliche Pipeline, die auf diese Weise gebildet wird, in ihren abschließenden Sitz gelegt wird, der allgemein aus einem hinreichend tiefen Graben besteht, und dann bedeckt wird, um die vorher existierende Umgebung wieder herzustellen und somit die menschliche Aktivität auf seiner Oberfläche nicht zu beeinträchtigen.
• Die zusammengefügte, kontinuierliche Pipeline wird mit einem Schutz gegen feuchte Korrosion vorgesehen, da die Umgebung, in welcher die Untergrund-Pipeline liegt, gegen eisenhaltige Materialien sehr aggressiv ist, wgbei dieser Schutz allgemein in der Form von schützenden Abdeckungen und kathodischem Schutz mit einem angelegten Strom ausgeführt wird und mit einem Überwachungsschaltkreis vorgesehen und häufig inspiziert wird. Die Integrität und Bewahrung der Pipeline während ihres gesamten Betriebslebens sind sehr wichtig, und zwar nicht nur wegen ihrer hohen Konstruktionskosten, sondern auch, um Gefahr, Verschmutzung oder ernsthafte Störungen für Anwender zu verhindern.
• Dieser Schutz ist oft unzureichend, um eine Untergrund-Pipeline für die erforderliche Zeit zu schützen, und zwar aus den folgenden Gründen. Die Abdeckmaterialien sind von einer bestimmten Porösität und einer bestimmten Verschlechterung mit der Zeit nicht frei, und während der Anbringung der Abdeckung und dem Legen und Vergraben der Pipeline kann geringfügige Beschädigung und/oder Trennung der Abdeckung auftreten, was nachfolgend Korrosionsphänomene selbst nach einer beträchtlichen Zeit auslösen kann. Natürliche Phänomene wie Erdbeben, Kollabieren und Erdrutsche oder Unfallereignisse, die von menschlicher Aktivität auf der Oberfläche herrühren, können lokalen Schaden an der Pipeline verursachen.
• Verschiedene Verfahren zum Reparieren der beschädigten Teile sind in der Technik vorgeschlagen und ausgeführt worden.
• Das radikalste Reparaturverfahren besteht daraus, den beschädigten Teil zu ersetzen, indem das beschädigte Metallrohrstück entfernt wird und ein neues Rohrstück an seiner Stelle eingesetzt wird, so däß das Pipeline-Konstruktionsverfahren grundlegend wiederholt wird. Dieses Verfahren weist beträchtliche Nachteile auf, weil es sehr schwierig und sehr kostenintensiv ist, und weil es die gesamte Pipeline für eine längere Zeit außer Betrieb setzt. In einem weniger radikalen, aber ziemlich fragwürdigen Verfahren ist es vorgeschlagen worden, die Reparatur durchzuführen, indem eine Verstärkung an die Außenseite durch Schweißen eines Stückes Metallplatte der gleichen Gestalt wie der des beschädigten Teils aufgebracht wird, oder indem direkt neues Material in den beschädigten Bereich eingeschoben wird, um die Dicke der Pipeline wieder herzustellen.
• Ein anderes handliches Reparaturverfahren von weiter verbreitetem Gebrauch ist, zwei zylindrische Stahl-Halbschalen an die Außenseite des beschädigten Teils der Pipeline anzulegen und sie langs ihrer Generatoren zusammenzuschweißen, um so eine Metallschale um den beschädigten Teil zu schaffen. Der Zwischenraum zwischen der Pipeline und den zwei Halbschalen, wobei diese als Umhüllung bekannt sind, wird an seinen zwei Enden mit einer Zementmischung abgedichtet. Nachdem darauf gewartet wurde, daß die Zementmischung aushärtet, wird ein Harz mit zwei oder mehr Komponenten in den Zwischenraum des kreisförmigen Ringquerschnittes injiziert, der zwischen der Rohrleitung und der geschweißten Umhüllung geschaffen ist, und ihm wird erlaubt, innerhalb des Zwischenraums zu erhärten, um eine Hülse zu erzeugen, welche zwischen dem inneren beschädigten Rohrstück und der äußeren Schale Kontinuität schafft, so daß die Kraft aufgrund des Druckes innerhalb der Pipeline auf die Schale entladen wird.
• Dieses Verfahren weist beträchtliche Nachteile aufgrund sowohl der Wartezeit für die Aushärtung des Zementes als auch der Tatsache auf, daß, nachdem eine Zementmischung zum Abdichten verwendet worden ist, die Harzkomponenten nicht mit hohem Druck injiziert werden können. Wenn das Harz mit hohem Druck injiziert würde, wäre die Zementdichtung nicht in der Lage, in der Position zu verbleiben und würde auswärts gedrückt werden, was dem Harz erlauben würde, zu entweichen. Injizieren des Harzes mit unzureichendem Druck kann in unvollständiger Füllung des Zwischenraums resultieren und zusätzlich kann auf dieses Verfahren nicht vertraut werden, um Durchgängigkeit zwischen dem beschädigten Rohrstück und der äußeren Hülse zu erzeugen, und zwar aufgrund der Tatsache, daß Harze allgemein während der Polymerisierung und Härtung schrumpfen, und zwar selbst dann, wenn Inert-Füllstoffe zugefügt worden sind, mit dem Ergebnis, daß die Kraft, die aus dem Druck innerhalb der Rohrleitung herrührt, nicht vollständig auf die Schale entladen wird. Diese Diskontinuität zwischen der Schale und der Harzhülse liegt aufgrund dieses Schrumpfphänomens vor.
• Ein anderes Verfahren, in welchem ein Harz in den Zwischenraum zwischen zwei Halbschalen und die Pipeline injiziert wird, ist aus GB-A-2 080 475 bekannt.
• Das Pipeline-Reparaturverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung basiert noch auf dem Prinzip der Verwendung einer äußeren Umhüllung, die nicht an die Pipeline geschweißt wird, vermeidet aber die Probleme, die aus Diskontinuitäten zwischen der Pipeline und der Umhüllung entstehen können, welche in der Technik auftreten können.
• Diese Probleme werden durch ein Verfahren wie in Anspruch 1 definiert gelöst.
• Die Vorteile des Pipeline-Reparaturverfahrens der vorliegenden Erfindung werden aus der Beschreibung eines typischen Ausführungsbeispiels davon ersichtlicher werden, die im Nachfolgenden vermöge nichtbegrenzenden Beispiels mit Bezug auf die Figuren 1 bis 4 gegeben wird.
• Die Pipeline 1 mit der lokalen Beschädigung 2, wie einem Korrosionskrater aufgrund von Infiltrierung unter die Schutzabdeckung, wird freigelegt, indem die Erde darum entfernt wird, und ihre Schutzabdeckung wird zu dem Ausmaß entfernt, das für die Reparatur hinreichend ist. Die Pipeline-Oberfläche wird gereinigt, entfettet und sandgestrahlt; um blankes Metall zu erreichen, um gute Harzadhäsion sicherzustellen. Die zwei zylindrischen Stahl-Halbschalen werden dann vorzugsweise um die Beschädigung 2 zentriert positioniert.
• Der innere Durchmesser der zwei Halbschalen ist geringfügig größer als der äußere Durchmesser der Pipeline, andeutungsweise um 20 - 50 mm, um zu ermöglichen, daß eine Harzhülse von 10 - 25 mm Dicke geschaffen wird. Die inneren Oberflächen der zwei Halbschalen oder Ummantelung werden in der gleichen Weise wie die äußere Oberfläche der Pipeline behandelt, um die gleiche Adhäsion zwischen dem Harz und dem Metall zu erhalten. Die zwei Halbschalen werden dann längs ihrer Ränder zusammengefügt, um eine zylindrische Manschette um das Rohr zu schaffen. Die Verbindung kann vom entfernbar mechanischen Typus sein, z.B. Bolzen und Muttern, aber in ihrer gebräuchlicheren Implementierung, welche hierin durch nichtbegrenzendes Beispiel beschrieben wird, wird eine permanent geschweißte Verbindung verwendet. Die untere Halbschale 3 wird durch Träger, in den Figuren nicht gezeigt, getragen, und die obere Halbschale 4 wird mit den horizontalen Rändem, die zusammenzuschweißen sind, im wechselseitigen Kontakt positioniert. Diese Ränder sind geformt, um eine Schweißnaht unter Verwendung von Schweißmetall zu empfangen. Die zwei Halbschalen werden dann zusammengeschweißt, um die zylindrische Metallmanschette um das Rohr zu bilden. Der Zwischenraum wird dann mit komprimierter Druckluft gereinigt. Diese Vorbereitung ist dem erklärten Verfahren der bekannten Technik gemein.
• Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden mit Gewinde versehene Löcher 5 über die Oberfläche der zwei Halbschalen verteilt, um den Einschub von Bolzen 6 zum Zentrieren der Manschette um das Rohr zu ermöglichen, um so einen Zwischenraum zwischen der Manschette und der Pipeline zu erhalten, welche von gleichförmiger Dicke ist. Zwei kreisförmige Halbringe 7 werden an das Innere der Halbschalen 3 und 4 in Entsprechung mit den Enden der zwei Halbschalen geschweißt, wie in der detaillierten Ansicht von Figur 2 gezeigt. Ihre äußere Seite 8 ist wie ein Kegel geneigt, mit seinem Scheitel in Richtung auf das Innere der Manschette geneigt, die durch die zwei Halbschalen 3 und 4 gebildet ist.
• Bei beiden Enden der Manschette wird, gegen den Ring, der durch die zwei Halbringe 7 gebildet ist, eine Dichtung 9 vorgesehen, in welcher zumindest jene Oberfläche, die auf den Ring weist, konisch geneigt ist, um der Oberfläche 8 zu entsprechen. Sie wird allgemein aus einem Balken mit linearem Querschnitt aus Gummi oder einem anderen elastischen Material hergestellt, welche auf Maß geschnitten und um die Pipeline 1 gewickelt ist, dann an ihren Enden mit Adhäsionsmittel zusammengefügt und in Kontakt mit 8 gedrückt wird. Um die Dichtungsversiegelung zu verbessern, kann eine dünne Schicht aus Harz über der Oberfläche der Rohrleitung 1 verteilt werden, wo die Dichtung positioniert ist.
• Zwei Flansche 10, die im Detail in den Figuren 2 und 3 gezeigt sind und einen geringfügig größeren Durchmesser als die Rohrleitung bzw. Pipeline 1 aufweisen, werden gegen die Enden der Manschette plaziert. Die zwei Flansche bestehen jeder aus zwei Halbflanschen 11, welche in der Weise von Klauen um die Pipeline geschlossen werden und durch Bolzen zusammen verbunden werden, die durch die Endlöcher 12 treten, und mit einer Mutter und einer Sperrmutter blockiert werden.
• Die zwei äußeren Flansche 10 sind mit einer Vielzahl von Löchern 14 in ihrem vorstehenden Rand 15 für den Einschub von mit Gewinde versehenen Zugverbindungsriegeln 16 vorgesehen. Sie sind vorzugsweise mit einer Ausnehmung 17 von kreisförmiger Ringgestalt in ihrer inneren Seite in einer Position in Entsprechung mit dem Rand der Manschette versehen, und mit einem zentrierenden Ring 18 auf der entgegengesetzten Seite.
• Nachdem die zwei Flansche 10 angebracht worden sind, werden sie dazu gezwungen, die zwei Dichtungen 9 zu klammern, indem die Muttern 19 angezogen werden, die auf die Riegel 16 geschraubt sind, vorzugsweise unter Verwendung dynamometrischer Spanner, um die Zugkräfte auszugleichen, sodaß der Flansch immer senkrecht zur Achse der Rohrleitung liegt. Die Anziehbetätigung komprimiert die Dichtungen 9 sowohl gegen die Oberfläche 8 als auch gegen die Pipeline 1 durch den Effekt des geneigten Hereinführens. Die Dichtung wird durch das besagte mögliche Zwischensetzen einer dünnen Schicht aus Harz zwischen die Pipeline und die Dichtung verbessert und welche nach dem Anziehen gegen die Pipeline und die innere Seite der Dichtung härtet. Figur 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Anziehvorrichtung für die Dichtungen 9, welches zum Reparieren von Pipelineteilen, die längere Manschetten erfordern, oder gekrümmten Pipelineteilen bevorzugt sein kann. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Halbschalen 3 und 4 nahe ihren Enden mit halbkreisförmigen Unterstützungsflanschen 20 vorgesehen, die Durchgangslöcher entsprechend jenen der äußeren Flansche 10 umfassen. Zwischen dem Flansch und dem Unterstützungsflansch sind kürzere, mit Gewinde versehene Stangen vorgesehen, auf welche die Anziehmuttern geschraubt werden.
• Nachdem Anziehen werden die Zentrierbolzen 6 entfernt, die Löcher 5 werden mit mit Gewinde versehenen Stopfen geschlossen und die Manschette ist fertig für die Injizierung der Harzhülse. Vor der Injizierung sollte es z.B. mit komprimierter Luft von 0,5 - 1,5 MPA Druck überprüft werden, daß der Zwischenraum abgedichtet ist, und wenn Lecke auftreten, sollten die mit Gewinde versehenen Stangen 16 weiter angezogen werden, um die Dichtung weiter zu komprimieren. In dem untersten Teil der unteren Halbschale 3 ist ein mit Ventil versehener Verbinder 21 vorgesehen, der z.B. in ein mit Gewinde versehenes Loch analog den Löchern 5 geschraubt ist, um die Harzmischungs-Injektionspumpe, in den Figuren nicht gezeigt, anzuschließen, welche z.B. mit einer Anzahl von Gefässen versehen ist, die die Harzkomponenten enthalten, welche im Augenblick der Injektion zusammenzumischen sind. Im höchsten Teil der oberen Halbschale 4 gibt es einen mit Ventil versehenen Anschluß 22 zum Ablassen der Luft, die durch den injizierten Harz ausgetrieben wird. Die mit Ventil versehenen Verbinder 21 und 22 können auch für die vorläufigen Zwischenraumdichtungstests verwendet werden. Die Harzinjektion, welche einen der charakterisierenden Teile des Verfahrens gemäß der Erfindung bildet, umfaßt die folgenden Stufen.
• Verschiedene Arten kommerziell verfügbarer Harze können für den Zweck verwendet werden. Beispielsweise können die folgen- den kommerziell erhältlichen Harzarten verwendet werden: Flüssigepoxydharze, die in Kombination mit einem Härter vorzugsweise des Amin-Typus verwendet werden, oder Acryl-, Vinyl- oder Allyl-Flüssigmonomere, die in Kombination mit einem Polymerisierungskatalysator verwendet werden, der in der Lage ist, freie Radikale zu erzeugen und normalerweise aus organischen Perkarbonaten, Peroxiden und Hydroperoxiden ausgewählt wird, wobei die Polymerisierung innerhalb des Zwischenraums wirkt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können, um das Schrumpfen zu begrenzen oder die mechanischen Eigenschaften der gebildeten Polymerhülse zu verbessern, fein verteilte, inerte anorganische Materialien wie pulverisierter Marmor zu den Komponentenmischungen hinzugefügt werden.
• Zum Beginn der Einspritzbetätigung werden die Injektionspumpengefäße mit den Produkten zur Herstellung der Harzmischung gefüllt, und wird die Pumpe mit dem unteren Verbinder 21 ver- bunden. Im Feldgebrauch wird die Injektionspumpe normalerwei- se durch komprimierte Luft betrieben, die durch einen motorgetriebenen Kompressor erzeugt wird, der in der mobilen Reparaturwerkstatt verfügbar ist. Das obere Entlüftungsventil 22 wird geöffnet und die Pumpe gestartet, um Injektion der Harz mischung zu beginnen. Wenn der Harz beginnt, aus dem oberen Ventil 22 zu entweichen, wird dieses Ventil geschlossen. Die Harzinjektion wird fortgesetzt, bis der Druck der Druckanzei- ge auf der Pumpe oder der abgedichteten Manschette einen wesentlichen Manometerdruck erreicht, der für die Größenordnung von 20 bis 60 bar und vorzugsweise zwischen 30 und 45 bar indikativ ist. Dieser Druck ist für die korrekte Bildung der Harzhülse sehr wichtig. Durch dieses Mittel wird zusätzlich dazu, vollständige Befüllung des Zwischenraums zu erreichen, die Manschettenwand unter erhebliche Spannung und die Pipelinewand unter Kompression gesetzt. Während des Harzaushärtens und der Konsolidierung wird sein Schrumpfen durch das Lösen der Manschettenspannungsbeanspruchungen und Pipelinekompressionsbeanspruchungen adäquat kompensiert, um so diesen Teilen zu erlauben, zu ihrer ursprünglichen Anordnung zurückzukehren und die koaxialen Metalloberflächen der Manschetten der Pipeline immer in Kontakt mit der Harzhülse zu halten, die konsolidiert wird, so daß es, wenn das Härten abgeschlossen ist, eine perfekte Kontinuität zwischen der äußeren Manschette und der Rohrleitung gibt.
• Nachdem der erforderliche Manometerdruck erreicht ist, wird die Injektionspumpe angehalten und das untere Ventil 21 geschlossen. Die Pumpe wird abgetrennt und gereingt, und das Harz zum Härten für die vorgeschriebene Zeit belassen. Nachdem das Harz ausgehärtet ist, können die Verbinder entfernt werden, wobei die Löcher mit mit Gewinde versehenen Stopfen verschlossen werden und die Flansche 10 und Zugstangen 16 ebenfalls auseinandergenommen und entfernt werden, was auf der reparierten Pipeline 1 die Manschette beläßt, die aus den geschweißten Halbschalen 3 und 4 und der Dichtung 9 gebildet ist, welche vom Harz zurückgehalten wird. Eine neue Schutzabdeckung wird auf die Pipeline aufgebracht, welche dann wieder eingegraben werden kann.
• Die angelegte Manschette muß mit dem kathodischen Pipelineschutzsystem verbunden werden. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Verbindungsbolzen zwischen der Manschette und der Pipeline verwendet, wobei diese durch die Zentrierlöcher 5 eingeschoben und in einigen davon belassen werden, bevor der Harz injiziert wird. Jenes Ende des Bolzens in Kontakt mit der Pipeline wird mit einem Anschluß ausgerüstet, der gute elektrische Verbindung vorsieht, wie einer Aluminiumplatte.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Pipeline in einer kurzen Zeit, ohne daß ihr normaler Betrieb unterbrochen werden muß, und ohne die tatsächliche Pipeline zu schweißen, repariert werden kann.

Claims (6)

1. Ein Verfahren zum Reparieren eines lokalen Schadens an Pipelines, indem eine Verkleidung oder Schalen mit einer dazwischen gesetzten Schutzumhüllung angelegt werden, wobei die Schalen aus zwei zylindrischen Halbschalen 3 und 4 gebildet werden, die an die Außenseite der Pipeline angelegt werden und dann längs ihrer Ränder zusammengefügt werden, um eine zylindrische Schale um die Röhre zu bilden, und eine kreisförmige Dichtung 9 bei jedem der zwei Enden der Schale in Übereinstimmung mit einem kreisförmigen Vorsprung 7, der auf der Innenseite der Schalenenden vorgesehen ist, positioniert wird, wobei die Dichtung vorzugsweise mit einer geneigten Lageroberfläche gebildet ist, die der Oberfläche des Vorsprunges 7 entspricht, wobei die zwei Dichtungen dann gegen die Vorsprünge 7 und gegen die äußere Wand der Pipeline 1 durch Verbindungsbolzen 16 komprimiert werden, die an Flansche 10 angelegt werden, die bei den zwei Enden der Schale positioniert sind, um einen druckdichten Zwischenraum um den beschädigten Teil der Pipeline zu bilden, dann eine Harzmischung in den Zwischenraum injiziert wird, um ihn vollständig zu füllen, wobei die evakuierte Luft durch ein Ablaßventil ausgestoßen wird, dann das Zwischenraumablaßventil geschlossen wird und Injektion der Harzmischung fortgesetzt wird, bis ein wesentlicher Meßdruck innerhalb des Zwischenraums erhalten wird, um die Schale in einem Zustand erheblicher Spannung und die Pipeline in einem Zustand der Kompression zu halten, das Injektionsventil schließlich geschlossen und das injizierte Harz belassen wird, um auszuhärten, wobei das Lösen der Beanspruchungen, die in der Schale und den Pipelinewänden induziert sind, ermöglicht, daß das Harzschrumpfen während des Härtens kompensiert wird, um Kontinuität zwischen der Schale, der gehärteten Harzumhüllung und der Pipeline zu erhalten.

2. Ein Verfahren zum Reparieren eines lokalen Schadens an Pipelines nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektionsmeßdruck zwischen 20 und 60 bar beträgt und vorzugsweise zwischen 30 und 45 bar.

3. Ein Verfahren zum Reparieren eines lokalen Schadens an Pipelines nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen 9 durch Anziehen mit mit Gewinde versehenen Bolzen 16 komprimiert sind, welche zwei Anschlußflansche 10 bei den zwei Enden der Schale zusammen verbinden.

4. Ein Verfahren zum Reparieren eines lokalen Schadens an Pipelines nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen 9 komprimiert werden, indem mit mit Gewinde versehene Bolzen 16 angezogen werden, welche jeden der zwei Anschlußflansche 10 bei den zwei Enden der Schalen an Verstärkungsflansche 20 anschließen, die auf den entsprechenden Enden der Schalen vorgesehen sind.

5. Ein Verfahren zum Reparieren eines lokalen Schadens an Pipelines nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Injektion verwendete Harz ein Epoxidharz ist, das mit einem Härter, vorzugsweise vom Amin-Typus, verwendet wird.

6. Ein Verfahren zum Reparieren eines lokalen Schadens an Pipelines nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Injektion verwendete Harz innerhalb des Zwischenraums polymerisiert wird und aus Acryl-, Vinyl- oder Allyl-Flüssigmonomeren besteht, die mit einem Katalysator verwendet werden, der in der Lage ist, freie Radikale zu erzeugen und aus organischen Percarbonaten, Peroxiden oder Hydroperoxiden besteht.