Die zunehmende Bedeutung der Erkennung axialer Risse in Wasserstoff- und CO₂-Pipelines

Da die Pipelinenetze für Wasserstoff und Kohlendioxid voraussichtlich ausgebaut werden, um die Ziele der Energiewende zu unterstützen, entwickelt sich die Erkennung axialer Risse zu einem der wichtigsten Aspekte des Pipeline-Integritätsmanagements. Der Übergang vom Transport herkömmlicher Erdgas zu zukünftigen Brennstoffen bringt neue Materialverhalten, Betriebsbedingungen und Risikoprofile mit sich. Aktuelle Branchenstudien und Praxiserfahrungen zeigen ein klares Muster: Die genaue, frühzeitige und sensible Erkennung axialer Risse ist für den sicheren Transport von Wasserstoff und Kohlendioxid in großem Maßstab unerlässlich.

Aufgrund dieser sich ändernden Bedingungen müssen Inspektionstechnologien immer kleinere und subtilere rissartige Anomalien erkennen. Technologien wie Ultraschallprüfung (UT) und elektromagnetische akustische Wandler (EMAT) werden dabei eine zentrale Rolle spielen. Jede Technologie hat aufgrund ihrer physikalischen Prinzipien, Anwendungsumgebung und Empfindlichkeitseigenschaften unterschiedliche Vorteile.

Technologieüberblick: Warum Sensitivität wichtig ist

UT- und EMAT-Technologien sind anerkannte Methoden zur Inspektion von Gasleitungen, doch ihre Funktionsweise führt zu Unterschieden, die besonders relevant werden, wenn man die sich wandelnden Anforderungen an die Pipeline-Infrastruktur berücksichtigt. UT basiert auf der Übertragung von Ultraschallwellen durch ein flüssiges Kopplungsmedium, um präzise Wanddickenmessungen und eine detaillierte Risscharakterisierung zu ermöglichen, was es zu einer wichtigen und weithin anerkannten Methode zur Risserkennung macht. Die Abhängigkeit von einem Verbindungsstück führt jedoch zu Einschränkungen bei Wasserstoff- und CO₂-Pipelines, die nicht ohne Weiteres vollständig oder teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt werden können. Dies erhöht die Komplexität einer UT-Prüfung in einer Gasleitung erheblich.

EMAT hingegen induziert Ultraschallwellen direkt in der Rohrwand, ohne dass ein Verbindungsstück erforderlich ist. Dadurch kann es zuverlässig in Gasleitungen eingesetzt werden, unabhängig davon, ob es sich um Erdgas, Wasserstoff oder CO₂ handelt. EMAT kann auch Beschichtungsablösungen erkennen und bietet so einen umfassenderen Überblick über den Zustand der Pipeline. Jüngste Entwicklungen in der EMAT-Technologie haben die Empfindlichkeit verbessert, die Sensorabdeckung erhöht und die Erkennungswahrscheinlichkeit erhöht, wodurch EMAT besonders gut auf die neuen Anforderungen von Wasserstoff- und CO₂-Pipelines abgestimmt ist.

Wasserstoff-Pipelines: Erhöhte Anforderungen an die Empfindlichkeit

Wasserstoff verändert die strukturelle Zuverlässigkeit von Stahl-Pipelines grundlegend. Seine versprödende Wirkung verringert die Duktilität, senkt die Bruchzähigkeit und beschleunigt das Wachstum von Ermüdungsrissen. Das bedeutet, dass kleine, flache Risse, die bei Erdgas-Pipelines kein großes Problem darstellen würden, bei Wasserstoff-Pipelines kritisch werden können, insbesondere wenn Druckwechsel auftreten.

Die jüngste Entwicklung von EMAT-C Ultra umfasst eine höhere Sensorabdeckung, doppelte Schallwege im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn sowie Verbesserungen der Signalqualität im Vergleich zu bestehenden EMAT-Systemen. Diese Verbesserungen tragen insgesamt zu einer höheren Zuverlässigkeit bei der Erkennung von axialen Rissen bei, einschließlich der Fähigkeit, vergleichsweise kleine Merkmale im Rohrkörper zu erkennen.

Dieses Maß an Empfindlichkeit unterstützt direkt die wasserstoffspezifischen Bewertungen des technischen Engineerings (ECAs), bei denen die akzeptablen Fehlerabmessungen in der Regel kleiner sind als bei Erdgasbetrieben. Folglich erfordert die Umstellung auf Wasserstoff eine präzisere Charakterisierung von Anomalien und ein besseres Verständnis dafür, wie sich das Material unter Wasserstoffeinwirkung verhält.

In der gesamten Branche kommt man zu einem einheitlichen Schluss: Der Wasserstoffeinsatz erfordert die Erkennung kleinerer axialer Fehler als bei früheren Pipeline-Anwendungen, wodurch die fortschrittliche EMAT-basierte Inspektion immer wichtiger wird.

CO₂-Pipelines: Management der Risiken einer schnellen Rissausbreitung

Der Transport von CO₂ über Pipelines bringt eine Reihe von Herausforderungen im Bereich der Bruchmechanik mit sich, insbesondere beim Betrieb in der dichten Phase. Im Gegensatz zu Wasserstoff, bei dem Bedenken hinsichtlich der Versprödung bestehen, können die Dekompressionseigenschaften von CO₂ eine schnelle Rissausbreitung aus axialen Fehlern begünstigen, wenn sie nicht angemessen gemindert werden.

Der Transport von CO₂ unter hohem Druck erfordert proaktive, hochauflösende Inspektionsprogramme. Eine sichere Netzerweiterung hängt von gründlichen Inline-Inspektionsverfahren (ILI) ab, mit denen axiale Risse erkannt werden können, bevor sie zu kritischen Rissen heranwachsen, insbesondere angesichts der Empfindlichkeit von CO₂ gegenüber Behälterbrüchen und den damit verbundenen Überlegungen zur öffentlichen Sicherheit und Umwelt.

In diesem Zusammenhang ist die Erkennung axialer Risse nicht nur ein Problem des Engineerings, sondern ein grundlegendes Element für das Vertrauen der Öffentlichkeit und die Compliance mit gesetzlichen Vorschriften in zukünftigen CCUS-Netzen.

Inspektionsstrategie für umgenutzte Pipelines

Der Übergang zu zukünftigen Kraftstoffen wird voraussichtlich stark auf umgenutzten Erdgasinfrastrukturen basieren. Dadurch gewinnen die Eigenschaften älterer Materialien, die Bedingungen der Schweißnaht und die aufgezeichneten Anomalien erheblich an Bedeutung.

Bei der Umnutzung wird Folgendes betont:

• Planare (axiale) Anomalien werden zu entscheidenden Bewertungsfaktoren, wenn Pipelines von Erdgas auf Wasserstoff umgestellt werden.
• Die Überprüfung der Materialeigenschaften von Wasserstoff (MPV) und aktualisierte Zähigkeitsprüfungen sind erforderlich, um Risse angemessen zu bewerten und zu erkennen.

Diese Punkte untermauern die Vorstellung, dass die Erkennung axialer Risse mehr als nur die Identifizierung von Merkmalen umfasst; sie ermöglicht auch genauere, datengestützte Integritätsentscheidungen während der gesamten Umnutzungsprojekte.

Auf dem Weg zu einem Paradigma für die Erkennung von Rissen in Mehrstoffleitungen

In den Bereichen Wasserstoff- und CO₂-Pipelines tauchen in aktuellen technischen Arbeiten drei Themen immer wieder auf:

1. Axiale Risse stellen ein häufiges Risiko für die Integrität zukünftiger Kraftstoffleitungen dar.
   Wasserstoff erhöht die Empfindlichkeit von Materialien gegenüber kleinen Rissen, während CO₂ die Folgen der Rissausbreitung verstärkt. Beide erfordern maßgeschneiderte Strategien zur Rissinspektion.
2. Fortschrittliche EMAT-Technologien spielen eine immer wichtigere Rolle bei der Behandlung planarer Anomalien.
   Die Entwicklungen von EMAT-C Ultra zeigen eine verbesserte Empfindlichkeit, Zuverlässigkeit und Kompatibilität mit der Trockengasinspektion – entscheidende Eigenschaften für den Betrieb von Wasserstoff- und CO₂-Pipelines.
3. Datenqualität und Verifizierungsrahmen werden immer wichtiger.
   Feldgeprüfte Datenbanken für Anomalien, aktualisierte Methoden zur Überprüfung der Materialeigenschaften und wasserstoffspezifische Prüfprotokolle gewährleisten genaue Bewertungen auf der Grundlage der Ergebnisse der Erkennung von Rissen.

Diese Fortschritte deuten darauf hin, dass die Erkennung axialer Risse eine der entscheidenden Fähigkeiten sein wird, die den sicheren Ausbau von Wasserstoff- und CO₂-Pipeline-Netzen ermöglichen.