WO2001012879A1 - Verfahren und vorrichtung zum grabenlosen verlegen von fremdstromanoden für den kathodischen korrosionsschutz - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum grabenlosen verlegen von fremdstromanoden für den kathodischen korrosionsschutz Download PDF

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WO2001012879A1
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external current
anode
drilling
laying
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Günther HARMS
Hans-Joachim Bayer
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Flowtex R Technologie Gmbh & Co. Kg
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    • H02G1/06—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for laying cables, e.g. laying apparatus on vehicle
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    • C23F13/06—Constructional parts, or assemblies of cathodic-protection apparatus
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    • C23F2213/30—Anodic or cathodic protection specially adapted for a specific object
    • C23F2213/32—Pipes

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for laying external current anodes for cathodic corrosion protection and the use of a carbon carrier as drilling fluid.
  • cathodic corrosion protection is additionally carried out.
  • the aim is to make the pipeline or the pipe system to be protected by a forced current to the cathode, since the corrosion takes place anodically. This is done by applying a DC voltage and by dissolving a sacrificial anode (external current anode) that is electrically connected to the line to be protected.
  • the direct currents generated by a rectifier system form a protective potential area around the pipeline, while the anode is dimensioned and designed in its interior and in its embedding in such a way that it is available for corrosive consumption for as long as possible.
  • External current anodes should have the lowest possible ground resistance in the area of the anode field, the greatest possible distance from other third-party systems, so that there is only as little interference as possible, and also be sufficiently close to a power supply.
  • Bedding materials or laid in vertical boreholes with a high installation effort Bedding materials or laid in vertical boreholes with a high installation effort.
  • the invention is based on the object of proposing a method and a device which enable trenchless installation of external current anodes for cathodic corrosion protection.
  • the invention is based on the idea that a carbon carrier, in particular a dispersion of powdered graphite in an aqueous medium, is pumped into the borehole of a completely flow-controlled borehole during the drilling process and an external current anode can be drawn into the borehole. In this way, an external current anode can be embedded in the carbon material of the carbon carrier.
  • External current anodes require, for various reasons, in particular in order to enlarge the "sacrificial space of the anode", the most intensive possible environment or embedding with a carbon carrier.
  • the method can only be carried out by using no normal, ie bentonite-based, drilling fluid for the anode laying.
  • there is no carbon carrier which as Anode embedding material can act in the ground and at the same time can function as a drilling fluid, the trenchless installation of external current anodes could be realized.
  • embedding with a carbon carrier is usually done with coke. Petroleum coke has proven to be particularly suitable.
  • Another difficulty was that conventional anodes and power supply lines cannot be subjected to tensile force from the drilling point of view. This difficulty was overcome by pulling the at least one external current anode into the bore in a suitable protective covering.
  • the device according to the invention is based on the basic concept that a horizontal mud drilling device with outlet openings for drilling fluid is coupled with a device for mixing pumpable carbon carrier and a device for conveying the carbon carrier to the outlet openings for drilling fluid.
  • a carbon carrier is pumped into the hole.
  • a pumpable carbon carrier is understood to mean finely ground carbon, in particular graphite, petroleum coke, hard coal coke, coal dust, soot or other forms of very fine-grained carbon carrier dispersed in a carrier fluid.
  • Graphite is preferably used because graphite has good sliding properties.
  • a pilot hole is drilled using water or an aqueous drilling fluid containing only carbon.
  • the use of water as the drilling fluid in the pilot drilling has the advantage that a certain soil moisture is generated in dry soil areas and thus a holding water situation in the structure can be generated with regard to optimal conditions for the installation of external current anodes.
  • a pilot drilling can determine whether there are insurmountable obstacles in the course of the planned route.
  • obstacles e.g., in which obstacles, e.g.
  • the bore is preferably widened with an expansion head which has outlet openings, in particular outlet nozzles, for the carbon carrier. This makes it possible to convey the carbon carrier into the bore during the process step of widening the bore to a desired nominal diameter.
  • the protective covering which is provided with devices for coupling a pulling device, is pulled out of the bore.
  • the protective covering does not consist of a material which is permeable to reactive processes in the ground, such as geotextile, knitted fabrics or nonwoven or fibrous materials. These materials can be used as a protective covering in the Hole remain, but are less resilient than rigid protective coverings in terms of the absorption of tensile forces. If, therefore, the focus is on relieving the tensile force, a highly stable protective covering is preferably used, which is removed from the bore again after the external current anode is embedded in the carbon material of the carbon carrier.
  • a centering device provided at least at the head end of the protective casing supports the central embedding of the external stomanode.
  • This centering device can be designed in the form of spacers.
  • the subsequent laying of a power supply line is also trenchless.
  • an empty linkage for the additional feeding of carbon material is also installed in front of or next to the external current anode in the protective covering.
  • holding devices and centering devices for the empty linkage are used.
  • the drill pipe can be left in the borehole and represent the metallic core of the external current anode. This is an easy way to put older drill pipes that would be "discarded” to good use.
  • the external current anode can be drawn into the protective sheath by inserting a carbon-filled drain pipe and pulling it in with the anode installed in the center.
  • the anode can be used before or after the horizontal drilling of the plastic-filled drain pipe.
  • only the metallic core of the external current anode can be drawn into a bore filled with carbon support.
  • the horizontal rinsing drilling device preferably has a fuzzy-based, automatic control.
  • a control can process control commands and carry out automatic directional corrections as correction control in very short advance steps. This allows the linearity of the horizontal bore to be increased, a requirement which is particularly important in the case of the generally rigid anodes to be laid in the ground.
  • the figure schematically shows the connection of an external current anode for cathodic corrosion protection to a main line.
  • Difficulties particularly in densely populated inner-city spaces, but also in areas 12 to be protected in terms of landscape, lie in being able to lay external current anodes 14 in a technically elegant, advantageous manner and without indifference to other systems with limited expenditure.
  • the spaces under parking garages and sports facilities are often used for this, since experience has shown that the greatest distance to other facilities can be achieved at these locations.
  • the method according to the invention uses horizontal drilling rigs, which can be controlled very sensitively, and anode strands 16, which can be subjected to tensile force as possible, for the trenchless introduction of the external current anode in the soil Want to use the installation of external current anodes. Too much speaks against a feasibility: First, no bentonite-based, normal drilling fluid may be used for anode laying. In addition, at the current stage of development, horizontal bores are never completely free of curves and curves. In addition, there are no anode current feed lines 16 that can be subjected to tensile force in drilling. No carbon support has been reported recently, which simultaneously acts as an anode embedding material in the soil 10 and can function as a drilling fluid. Finally, the difficulty must first be overcome that the anode or the anodes come to lie centrally in the borehole and are surrounded by carbon carriers in essentially the same embedding thickness.
  • the device for this consists of a mixing tank with an integrated agitator, a power supply, a suction hose for conveying the pulverulent base material and a Venturi nozzle for mixing the distributed material. Furthermore, the device has a supply line for water, a very powerful pump with, expediently, a high delivery rate and a subsequent discharge line for the mixed material.
  • the agitator and the Venturi nozzle are assigned to one another in such a way that agglomeration that is as free of lumps as possible and agitation free of deposits is made possible.
  • the mixed material to be conveyed is fed from the mixing system under pressure by means of a bypass feed shortly before the flushing inlet into the drill pipe and through the inner barrel of the bolted individual segments of the boring bars to the jacking and storage location for the sacrificial anode.
  • the actual drilling fluid mixing system of conventional horizontal flushing drilling devices is usefully not used for graphite mixing, since the fine filters, high-pressure pumps and conveying sections contained therein could very quickly malfunction due to the risk of deposits.
  • the conventional drilling fluid mixing system serves as a standby tank for high pressure water to provide feed water or cleaning water.
  • the anodes to be laid in the ground are usually rigid elements which often have a metal core and which can also carry a relatively rigid outer protective layer in the form of a protective fabric or braid. Recently there have also been less rigid anodes, which can at least follow weak radii of curvature when laying. Such anodes are advantageously used for trenchless installation. Since anodes in their inner jacket often have a powdery (C-containing) filling and the metallic and plastic-based protective meshes can absorb almost no tensile forces, since there is otherwise the risk of tearing, an encapsulation is required to absorb the tensile forces while pulling them into the ground serves.
  • C-containing powdery
  • the casing is preferably a relatively form-fitting protective tube, which completely protects the anode from its own tensile loads.
  • This cladding tube is provided with an internal pulling device as a pulling head or alternatively with a pulling stocking and, during the pulling into the ground, is fastened behind a graphite-flushing and regularly distributing expansion device and drawn into an already graphite-coated borehole.
  • the protective tube including the anode inside, can be laid centrally in the borehole.
  • a consistency of the "graphite mud" as a dispersion with high viscosity creates a load-bearing effect and supports the self-finding centering process in the borehole.
  • the overlap i.e. the space to be filled between the protective tube and the borehole wall should ideally be at least 3 to 5 cm as a reactive layer, possibly even more, and should be filled with a tough, almost stiff mud consistency.
  • the graphite embedding compound After decoupling the anode and pulling out the protective tube, the graphite embedding compound is relaxed to a certain extent by gently contacting the protective mesh of the anode, so that the external influence is stress-free, but with the necessary, uniform and exclusive bedding in graphite or another fine-grained carbon carrier he follows. If large quantities of graphite are required, as can be the case, for example, with large cross sections or very high rock porosity, an additional drill pipe is drawn in parallel with the protective tube, which is used exclusively for the further feeding of graphite flushing. By means of special devices such as spacers or spreading probes, a certain centric feed can also be achieved through the additional drill pipe.
  • Such graphite deposits can represent accumulation foci for layered silicates (e.g. bentonites) and polymers when the devices are subsequently used conventionally.

Abstract

Ein Verfahren zum grabenlosen Verlegen von Fremdstromanoden (14) für den kathodischen Korrosionsschutz umfasst die Schritte des Vorantreibens einer vollkommen verlaufsgesteuerten Bohrung, des Einpumpens eines Kohlenstoffträgers, insbesondere einer Dispersion mit pulverförmigem Graphit, während des Bohrprozesses, das Einziehen mindestens einer Fremdstromanode (14) in einer Schutzumhüllung in die Bohrung sowie das zentrische Einbetten der Fremdstromanode im Kohlenstoffmaterial des Kohlenstoffträgers.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum grabenlosen Verlegen von Fremdstromanoden für den kathodischen Korrosionsschutz
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verlegen von Fremdstromanoden für den kathodischen Korrosionsschutz sowie die Verwendung eines Kohlenstoffträgers als Bohrspülung.
Stand der Technik
Mit Fremdstrom betriebene, sogenannte "Opferanoden" werden seit Jahrzehnten zum Schutz großer metallischer Leitungen oder metallischer Leitungsnetze genutzt, um die metallischen Versorgungsleitungen selbst vor den Effekten einer natürlichen Korrosion zu schützen. Alle Metalle unterliegen beim Kontakt mit Feuchtigkeit oder gar Wasser natürlichen Korrosionseffekten, da die in metallischer Festphase vorliegenden Metallkörper positiv geladene Ionen in die Flüssigkeit entlassen. Hierbei entsteht eine positive Ionenwolke, während das Metall elektrisch negativ wird. Diese Ionenverluste sorgen letztendlich für Vertiefungen und Löcher an den Metalloberflächen als sichtbare Erscheinungen dieses Korrosionsvorganges . Bei zunehmender Korrosion werden metallische Leitungen undicht und damit für den gewünschten Stofftransport unbrauchbar. Leitungen, die in Europa im Erdreich verlegt werden, sind nahezu immer von Feuchtigkeit umgeben, sei es durch durchdringende Feuchte aus Niederschlägen, sei es durch kapillares Haftwasser im Boden oder gar Grundwasser.
Um Versorgungsleitungen vor Korrosion zu schützen, bietet man der Bodenfeuchte in der Regel isolierende Oberflächen, wie Anstriche, Beschichtungen, Folien oder KunststoffÜberzüge als passiven Korrosionsschutz an. Da man weiß, daß besonders bei offenen Leitungsverlegearbeiten, aber auch bei späteren Leitungsnetzergänzungen nahezu immer Isolationsverluste und damit Korrosionsgefährdungen auftreten, wird zusätzlich ein kathodischer Korrosionsschutz betrieben. Ziel ist es, die zu schützende Rohrleitung bzw. das Leitungssystem durch einen aufgezwungenen Strom zur Kathode zu machen, da die Korrosion anodisch erfolgt. Dies geschieht durch Anlegen einer Gleichspannung und durch Auflösung einer Opferanode (Fremdstromanode) , die mit der zu schützenden Leitung elektrisch verbunden ist. Die durch eine Gleichrichteranlage erzeugten Gleichströme bilden einen Schutzpotentialbereich um die Rohrleitung, während die Anode so dimensioniert und in ihrem Innenleben und in ihrer Einbettung so konzipiert wird, daß sie möglichst lange einem korrosiven Verzehr zur Verfügung steht .
Fremdstromanoden sollten im Bereich des Anodenfeldes einen möglichst niedrigen Bodenwiderstand aufweisen, einen möglichst großen Abstand von anderen fremden Anlagen haben, damit nur eine möglichst geringe Beeinflussung erfolgt, und zudem eine ausreichende Nähe zu einer Stromversorgung aufweisen.
Fremdstromanoden werden derzeit überwiegend in offenen Gräben unter Einsatz spezieller kohlenstoffreicher
Bettungsmaterialien oder in Vertikalbohrlöchern unter einem hohen Installationsaufwand verlegt.
Die genannten Verlegemethoden stoßen jedoch in innerstädtischen Bereichen an erhebliche Grenzen und sind oftmals aus Platz- und Abstandsgründen nicht realisierbar, da im innerstädtischen Bereich der notwendige Abstand zu anderen beeinflussenden Anlagen nur sehr schwer eingehalten werden kann und zudem eine Belastung wertvoller Oberflächen nur mit Schwierigkeiten vermieden werden kann.
Daher besteht seit einiger Zeit die Suche nach anderen Verlege- und Realisierungsmethoden.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die eine grabenlose Verlegung von Fremdstromanoden für den kathodischen Korrosionsschutz ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Die zur Verwendung gelangende Vorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 14 beschrieben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß während des Bohrprozesses ein Kohlenstoffträger, insbesondere eine Dispersion aus pulverförmigem Graphit in einem wässrigen Medium, in das Bohrloch einer vollkommen verlaufsgesteuert erstellten Bohrung eingepumpt und eine Fremdstromanode in die Bohrung eingezogen werden kann. Hierdurch läßt sich eine Fremdstromanode im Kohlenstoffmaterial des Kohlenstoffträgers einbetten.
Fremdstromanoden benötigen aus verschiedenen Gründen, insbesondere jedoch zur Vergrößerung des "Opferraumes der Anode" eine möglichst intensive Umgebung bzw. Einbettung mit einem Kohlenstoffträger . Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, daß sich das Verfahren nur ausführen läßt, indem für die Anodenverlegung keine normale, d.h. bentonitbasierte, Bohrspülung verwendet wird. Erst indem das Vorurteil in der Fachwelt, daß es keinen Kohlenstoffträger gibt, der als Anodeneinbettungsmaterial im Erdreich wirken und gleichzeitig als Bohrspülung funktionieren kann, überwunden wurde, konnte die grabenlose Verlegung von Fremdstromanoden realisiert werden. Im Stand der Technik erfolgt die Einbettung mit einem Kohlenstoffträger üblicherweise mit Koks. Als besonders geeignet hat sich Petrolkoks erwiesen. Petrolkoks ist jedoch aufgrund seiner Haftungseigenschaften für mögliche Einfüllungen in Horizontalbohrlöcher ungeeignet . Graphit in feinster Aufmahlungsstufe hat sich hingegen als besonders geeigneter Kohlensto fträger erwiesen, da er pumpfähig, spülungsfähig und in Bohrlöchern transportfähig ist.
Eine weitere Schwierigkeit lag darin, daß herkömmliche Anoden und Stromzuleitungen bohrtechnisch nicht zugkraftbelastbar sind. Diese Schwierigkeit wurde überwunden, indem die mindestens eine Fremdstromanode in einer geeigneten Schutzumhüllung in die Bohrung eingezogen wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung basiert auf dem Grundkonzept, daß eine Horizontalspülbohrvorrichtung mit Austrittsöffnungen für Bohrfluid mit einer Einrichtung zum Anmischen von pumpbarem Kohlenstoffträger und einer Einrichtung zum Fördern des Kohlenstoffträgers zu den Austrittsöffnungen für Bohrfluid gekoppelt wird. Es wird somit anstelle normaler Bohrfluide wie Bentonite oder Polymersilikate ein Kohlenstoffträger in die Bohrung gepumpt. Unter einem pumpbaren Kohlenstoffträger wird fein gemahlener Kohlenstoff, insbesondere Graphit, Petrolkoks, Steinkohlenkoks, Kohlenstaub, Ruß oder andere Formen von feinstkörnigem Kohlenstoffträger in einem Trägerfluid dispergiert verstanden. Vorzugsweise wird Graphit eingesetzt, da Graphit gute Gleiteigenschaften besitzt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet . Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Pilotbohrung unter Verwendung von Wasser oder einer nur Kohlenstoff enthaltenen, wäßrigen Bohrspülung erstellt. Die Verwendung von Wasser als Bohrfluid bei der Pilotbohrung besitzt den Vorteil, daß eine gewisse Bodenfeuchte in trockenen Bodenbereichen erzeugt wird und sich somit eine Haftwassersituation im Gefüge im Hinblick auf optimale Bedingungen zur Verlegung von Fremdstromanoden erzeugen läßt. Darüber hinaus kann im Rahmen einer Pilotbohrung bestimmt werden, ob unüberwindbare Hindernisse im Verlauf der geplanten Trassenführung liegen. Anders als bei einer üblichen Horizontalspülbohrtechnik, bei der Hindernisse, z.B. größere Gesteinsbrocken, umfahren werden können, erfordert das Einziehen von Fremdstromanoden das Erstellen möglichst gerader Bohrungen, da kommerziell erhältliche Fremdstromanoden nur geringe Krümungsradien der Bohrung erlauben. Somit dient die Pilotbohrung nicht nur der Verbesserung des Bodens, sondern auch der Vorerkundung eines möglichst geeigneten Bohrverlaufs .
Vorzugsweise wird die Bohrung mit einem Aufweitkopf aufgeweitet, der Austrittsöffnungen, insbesondere Austrittsdüsen, für den Kohlenstoffträger aufweist. Dies erlaubt es, während des Verfahrensschritts des Aufweitens der Bohrung auf einen gewünschten Nenndurchmesser den Kohlenstoffträger in die Bohrung zu fördern.
Nach dem zentrischen Einbetten der Fremdstromanode im Kohlenstoffmaterial des Kohlenstoffträgers wird vorzugsweise die Schutzumhüllung, die mit Einrichtungen zum Ankoppeln einer Zieheinrichtung versehen ist, aus der Bohrung herausgezogen. Dies stellt eine mögliche Alternative mehrerer möglicher Verlegeverfahren dar und ist immer dann anzuwenden, wenn die Schutzumhüllung nicht aus einem für reaktive Vorgänge im Erdreich durchlässigen Material, wie Geotextil, Gewirke oder Vlies- oder Faserstoffen besteht. Diese genannten Materialien können als Schutzumhüllung in der Bohrung verbleiben, sind jedoch in bezug auf die Übernahme von Zugkräften weniger belastbar als starre SchutzUmhüllungen. Wenn daher die Zugkraftentlastung im Vordergrund steht, wird bevorzugt eine hochstabile Schutzumhüllung verwendet werden, die nach dem Einbetten der Fremdstromanode im Kohlenstoffmaterial des Kohlenstoffträgers wieder aus der Bohrung entfernt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform unterstützt eine mindestens am Kopfende der Schutzumhüllung vorgesehene Zentriervorrichtung das zentrische Einbetten der Fremdstomanode . Diese Zentriervorrichtung kann in Form von Abstandshaltern ausgebildet sein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt auch das anschließende Verlegen einer Stromzuführungsleitung grabenlos .
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin ein Leergestänge zum zusätzlichen Einspeisen von Kohlenstoffmaterial vor oder neben der Fremdstromanode in der Schutzumhüllung verlegt. Hierbei kommen Haltevorrichtungen und Zentriervorrichtungen für das Leergestänge zum Einsatz.
Nach einer weiteren Verfahrensvariante kann das Bohrgestänge im Bohrloch belassen werden und den metallischen Kern der Fremdstromanode darstellen. Dies stellt eine einfache Möglichkeit dar, um ältere Bohrgestänge, die ohnehin "ausrangiert" würden, einer sinnvollen Verwendung zuzuführen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Einziehen der Fremdstromanode in der Schutzumhüllung ausgeführt werden, indem ein kohlenstoffgefülltes Drainagerohr eingesetzt und mit mittig eingebauter Anode eingezogen wird. Die Anode kann vor oder nach dem horizontalbohrtechnischen Verlegen des kunststoffgefüllten Drainagerohrs eingesetzt werden. Nach einer weiteren Ausführungsalternative der Erfindung kann nur der metallische Kern der Fremdstromanode in eine mit Kohlenstoffträger gefüllte Bohrung eingezogen werden.
Vorzugsweise besitzt die Horizontal-Spülbohrvorrichtung eine fuzzybasierte, automatische Steuerung. Eine derartige Steuerung kann als Korrektursteuerung in sehr kurzen Vortriebsschritten Steuerbefehle verarbeiten und automatische Richtungskorrekturen vornehmen. Hierdurch läßt sich die Linearität der Horizontalbohrung erhöhen, ein Erfordernis, das insbesondere bei den in der Regel starren, im Erdreich zu verlegenden Anoden einen hohen Stellenwert besitzt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Figur wird schematisch die Anbindung einer Fremdstromanode für den kathodischen Korrosionsschutz an einer Hauptleitung dargestellt.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Insbesondere in dichtbelegten innerstädtischen Räumen, aber auch in landschaftlich zu schützenden Bereichen 12 bestehen Schwierigkeiten darin, Fremdstromanoden 14 mit begrenztem Aufwand technisch elegant, vorteilhaft und ohne Indifferenz zu anderen Anlagen verlegen zu können. Häufig werden hierfür die Räume unter Parkhäusern und Sportanlagen verwendet, da an diesen Orten erfahrungsgemäß noch der größte Abstand zu anderen Anlagen verwirklicht werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt zur grabenlosen Einbringung der Fremdstromanode im Erdreich 10 sehr sensibel steuerbare Horizontalbohranlagen und möglichst zugkraftbelastbare Anodenstränge 16. Bei Kenntnis der Grundprinzipien der verlaufsgesteuerten Horizontalbohrtechnik war es lange Zeit fast widersinnig, diese Technologie zum Verlegen von Fremdstomanoden verwenden zu wollen. Zu vieles spricht zunächst gegen eine Ausführbarkeit: zunächst darf für die Anodenverlegung keine bentonitbasierte, normale Bohrspülung verwendet werden. Darüber hinaus sind beim gegenwärtigen Stand der Entwicklung Horizontalbohrungen nie gänzlich frei von Krümmungen und Kurven. Darüber hinaus gibt es bislang keine bohrtechnisch zugkraftbelastbaren Anodenstromzuleitungen 16. Zuletzt wurde bislang nicht über einen Kohlenstoffträger berichtet, der gleichzeitig als Anodeneinbettungsmaterial im Erdreich 10 wirken und als Bohrspülung funktionieren kann. Schließlich muß zuerst die Schwierigkeit überwunden werden, daß die Anode oder die Anoden zentrisch im Bohrloch zu liegen kommen und im wesentlichen in gleicher Einbettungsstärke von Kohlenstoffträger umgeben sind.
In bezug auf die Bohrpräzision sind nur wenige Horizontalbohrvorrichtungen mit entsprechenden Navigationssystemen geeignet. Daher ist es zwingend erforderlich, ein verfügbares Horizontalbohrsystem mit möglichst hoher Genauigkeit zu verwenden. Hierbei sind insbesondere die fuzzybasierten automatischen Steuerungen an Horizontalbohrgeräten vorteilhaft, da diese in sehr kurzen Vortriebsschritten Steuerbefehle verarbeiten und automatische Richtungskorrekturen vornehmen können.
Da Fremdstromanoden zur Vergrößerung des Opferraumes der Anode eine möglichst intensive Umgebung und Einbettung mit einem Kohlenstoffträger benötigen, muß ein Weg gefunden werden, um den Kohlenstoffträger in die Bohrung einbringen zu können .
Bei der offenen Verlegung von Fremdstromanoden wurde bislang üblicherweise Koks als Kohlenstoffträger eingesetzt. Als besonders geeignet hat sich Petrolkoks erwiesen. Dieser ist jedoch aufgrund seiner Haftungseigenschaften in der bislang eingesetzten Form für mögliche Einfüllungen in Horizontalbohrlöcher nicht geeignet. Daher wurden verschiedene alternative Kohlenstoffträger ausgetestet. Es hat sich gezeigt, daß Graphit in feinster Aufmahlungsstufe und in einer dickflüssigen Dispersion in Wasser pumpfähig, spülungsfähig und in Bohrlöchern transportfähig ist.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Anmischung der Dispersion in externen Mischbehältern erwiesen. Die Vorrichtung hierfür besteht aus einem Mischtank mit integriertem Rührwerk, einer Stromversorgung, einem Ansaugschlauch zum Hineinfördern des pulverförmigen Grundstoffes und einer Venturidüse zum durchmischenden Verteilen des angesaugten Stoffes. Weiterhin besitzt die Vorrichtung eine Zuleitung für Wasser, eine sehr leistungsfähige Pumpe mit, sinnvollerweise, hoher Förderleistung und einer sich daran anschließenden Abförderleitung des Mischgutes. Das Rührwerk und die Venturidüse sind derart aneinander zugeordnet, daß eine möglichst verklumpungsfreie Durchmischung und ein ablagerungsfreies Verrühren ermöglicht wird.
Da Graphitschüppchen beim Anmischen aufwirbeln und Partikelwolken bilden, die aufgrund der Partikelfeinheit die Kleidung durchdringen und sich in feinen Poren ablagern können, wird für das Bedienen der Mischanlage eine Eintagesschutzkleidung (Folienoverall) inklusive Mundschutz benötigt. Weiterhin muß darauf geachtet werden, daß Grahitteilchen selbst als Gleitmittel wirken, so daß an allen Tritt- und Festhaltestellen am Mischsystem eine besondere Oberflächengriffigkeit vorgesehen sein sollte. Die Umgebung der Anmischanlage ist ebenfalls gegen Rutschgefahr zu sichern.
Das angemischte Fördergut wird von der Anmischanlage unter Druckbeaufschlagung mittels einer BypassZuführung kurz vor Spülungseinlaß in das Bohrgestänge und durch den Innenlauf der verschraubten einzelnen Segmente der Bohrstangen zum Vortriebs- und Einlagerungsort für die Opferanode verbracht.
Das eigentliche Bohrspülungs-Anmischsystem herkömmlicher Horizontal-Spülbohrvorrichtungen wird sinnvollerweise nicht zur Graphitanmischung benutzt, da die hierin enthaltenen Feinfilter, Hochdruckpumpen und Förderstrecken aufgrund der Ablagerungsgefahren sehr schnell Betriebsstörungen aufweisen könnten. Das übliche Bohrspülungs-Anmischsystem dient jedoch als Bereitschaftstank für Hochdruckwasser, um Zuspeisewasser oder Reinigungswasser bereitzustellen.
Weiterhin muß Sorge getragen werden, daß alle elektrischen Kontakte und Schalter am Bohrsystem, an der Versorgungseinheit und am externen Mischsystem gut abgeschirmt werden, da ein Graphitanflug in erheblicher Weise elektrische Kurzschlüsse bereiten könnte. Dies kann beispielsweise in Form eines angeklebten Folienbehangs verwirklicht werden.
Die im Erdreich zu verlegenden Anoden sind in der Regel starre Elemente, die häufig einen Metallkern aufweisen und die auch eine relativ starre äußere Schutzschicht in Form eines Schutzgewebes oder Schutzgeflechts tragen können. In jüngster Zeit gibt es auch weniger kernstarre Anoden, die zumindest beim Verlegen schwachen Krümmungsradien folgen können. Vorteilhafterweise werden solche Anoden für die grabenlose Verlegung verwendet . Da Anoden in ihrem inneren Mantel häufig eine pulverförmige (C-haltige) Befüllung aufweisen und die metallischen und kunststoffbasierten Schutzgeflechte fast keine Zugkräfte aufnehmen können, da ansonsten die Gefahr eines Abrisses besteht, ist eine Umhüllung geboten, die der Zugkraf aufnahme während des Einziehens im Erdreich dient. Darüber hinaus sollten die Schutzgeflechte vor, beim und nach dem Einzug ins Erdreich nicht mit belastenden oder reaktionsbehindernden Stoffen kontaktieren, so daß die Umhüllung gleichzeitig auch vor fremden Stoffen schützt. Die Umhüllung ist vorzugsweise ein relativ formschlüssiges Schutzrohr, welches die Anode komplett vor eigenen Zugbelastungen schützt. Dieses Hüllrohr wird mit einer Innenziehvorrichtung als Zugkopf oder alternativ mit einem Ziehstrumpf versehen und während Einzug ins Erdreich hinter einer graphiteinspülenden und regelmäßig verteilenden Aufweitvorrichtung befestigt und in ein bereits graphitbemanteltes Bohrloch eingezogen.
Indem der Kohlenstoffträger in einer verteilenden Weise aus dem Aufweitkopf ausgedüst wird und zudem Graphit ein sehr hohes Gleitvermögen besitzt, läßt sich eine zentrische Verlegeführung des Schutzrohres samt innenliegender Anode im Bohrloch erreichen. Eine Konsistenz der "Graphitspülung" als Dispersion mit hoher Viskosität erzeugt eine tragende Wirkung und unterstützt den selbstfindenden Zentrierungsprozeß im Bohrloch. Der Überschnitt, d.h. der zu füllende Zwischenraum zwischen Schutzrohr und Bohrlochwandung sollte als reaktive Schicht idealerweise mindestens 3 bis 5 cm betragen, ggf. noch mehr, und sollte mit zäher, fast steifer Spülungskonsistenz gefüllt werden.
Nach dem Entkoppeln der Anode und dem Herausziehen des Schutzrohres findet unter einer gewissen Entspannung der graphitischen Einbettungsmasse zugleich eine sanfte Kontaktierung des Schutzgeflechtes der Anode statt, so daß die Außeneinwirkung spannungsfrei, jedoch mit der notwendigen, gleichmäßigen und ausschließlichen Bettung in Graphit oder einem anderen feinstkörnigen Kohlenstoffträger erfolgt. Bei Bedarf an großen Graphitmengen, wie dies beispielsweise bei großen Querschnitten oder sehr hohen Gesteinsporositäten der Fall sein kann, wird parallel mit dem Schutzrohr ein zusätzliches Bohrgestänge eingezogen, welches ausschließlich der weiteren Einspeisung von GraphitSpülung dient . Durch besondere Vorrichtungen wie Abstandshalter oder Spreizsonden kann auch hier eine gewisse zentrische Einspeisung durch das zusätzliche Bohrgestänge erreicht werden.
Nach dem Verlegevorgang der Anode oder gleichzeitig mehrerer in einem Schutzrohr eingezogener Anoden folgt abschließend die möglichst grabenlos auszuführende Verlegung einer Stromzuführungsleitung und die Installation eines Schaltschrankes 18 und einer Potentialmessvorrichtung, sowie deren Anbindung an ein öffentliches Stromnetz 20.
Beim Betrieb der Horizontalspülbohrvorrichtung sowie der Mischeinrichtungen und Zufuhrleitungen ist zu beachten, daß diese nach Beendigung der Arbeiten gründlich zu reinigen sind, damit keine Graphitablagerungen in den Geräten verbleiben. Derartige Graphitablagerungen können Akkumulationsherde für Schichtsilikate (z.B. Bentonite) und Polymere bei einer anschließenden, herkömmlichen Verwendung der Vorrichtungen darstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur grabenlosen Verlegung von Fremdstromanoden für den kathodischen Korrosionsschutz, umfassend die Schritte:
(a) Vorantreiben einer vollkommen verlaufsgesteuerten Bohrung;
(b) Einpumpen eines Kohlenstoffträgers, insbesondere einer Dispersion mit pulverförmigem Graphit während des Bohrprozesses;
(c) Einziehen mindestens einer Fremdstromanode in einer Ξchutzumhüllung in die Bohrung; und
(d) zentrisches Einbetten der Fremdstromanode im Kohlenstoffmaterial des Kohlenstoffträgers .
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt:
Erstellen einer Pilotbohrung unter Verwendung von Wasser oder einer nur Kohlenstoff enthaltenden, wäßrigen Bohrspülung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, weiter umfassend:
Aufweitung der Bohrung mit einem Aufweitkopf , der Austrittsöffnungen, insbesondere Austrittsdüsen, für den Kohlenstoffträger aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend nach dem Schritt (d) den Schritt:
(e) Herausziehen der Schutzumhüllung, die mit einer Einrichtung zum Ankoppeln einer Zieheinrichtung versehen ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß eine mindestens am Kopfende der Schutzumhüllung vorgesehene Zentriervorrichtung das zentrische Einbetten der Fremdstromanode unterstützt .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend den Schritt:
Verlegen einer Stromzuführungsleitung und Anbindung der Fremdstromanode an ein Stromnetz, wobei das Verlegen der Stromzuführungsleitung vorzugsweise grabenlos erfolgt .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Kohlenstoffmaterial aus pulverförmigem Graphit und mindestens einer fluiden Komponente gemischt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend den Schritt:
Verlegen eines Leergestänges zum zusätzlichen Einspeisen von Kohlenstoffmaterial vor oder neben der Fremdstromanode in der Schutzumhüllung.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schutzumhüllung aus einem für reaktive Vorgänge im Erdreich durchlässigen Material, wie Geotextil, Gewirke oder Vlies- oder Faserstoffen, besteht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Bohrgestänge im Bohrloch belassen wird und den metallischen Kern der Fremdstromanode darstellt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß im Schritt (c) ein kohlenstoffgefülltes Drainagerohr eingesetzt und mit mittig eingebauter Anode eingezogen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß nur der metallische Kern der Fremdstromanode in die mit Kohlenstoffträger gefüllte Bohrung eingezogen wird.
13. Verwendung eines Kohlenstoffträgers, wie Graphit, Petrolkoks, Steinkohlenkoks, Kohlenstaub, Ruß oder andere Formen von feinstkörnigem Kohlenstoffträger, insbesondere feinstkörnigem Graphit, als Bohrspülung.
14. Vorrichtung zum Verlegen von Fremdstromanoden für den kathodischen Korrosionsschutz mit: einer Horizontal-Spülbohrvorrichtung mit Austrittsöffnungen für Bohrfluid; einer Einrichtung zum Anmischen von pumpbaren Kohlenstoffträgem, sowie einer Einrichtung zum Fördern des Kohlenstoffträgers zu den Austrittsöffnungen für Bohrfluid; wobei die Einrichtung zum Anmischen umfaßt : einen Mischtank mit Rührwerk; und eine Venturidüse zum Durchmischen des Kohlenstoffträgers .
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, weiter umfassend einen Aufweitkopf zum Ankoppeln an das Bohrgestänge durch Horizontal-Spülbohrvorrichtung, wobei der Aufweitkopf Austrittsöffnungen, insbesondere Austrittsdüsen, zum Austritt von Bohrfluid aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Horizontal-Spülbohrvorrichtung eine fuzzybasierte, automatische Steuerung besitzt.
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