Autor: Carlos Herráez
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Autor: Carlos Herráez
Geologische Gefahren werden durch Umwelt- und geologische Bedingungen verursacht, die die Integrität von Pipelines beeinträchtigen können. In diesem Artikel beschreibt unser Experte Carlos Herráez eine Vielzahl von Geohazards sowie die von der Industrie vorgeschlagenen bewährten Verfahren für das Management geologischer Risiken.
Das Management geologischer Risiken ist Teil des umfassenderen Managements der Integrität von Pipelines, das bereits in der Entwurfsphase beginnt. Sobald die geologischen Eigenschaften des Geländes bekannt sind, wird die optimale Trassenführung der Pipeline ermittelt, um geologische Gefahren so weit wie möglich zu vermeiden. Dies ist nicht immer möglich, da abgesehen von bereits identifizierten Risiken und aufgrund von Umweltbedingungen während der gesamten Lebensdauer der Assets zusätzliche Risiken auftreten können, die die Integrität der Pipeline ernsthaft gefährden könnten. Daher beginnt die Risikominderung mit der korrekten Identifizierung aller geologischen Gefahren, gefolgt von der sofortigen Umsetzung der entsprechenden Minderungsmaßnahmen.
Zu den geologischen Gefahren, die in der Regel die größten Schäden an Pipelines verursachen, gehören: Erdrutsche, Steinschläge, Lawinen, Erdfälle, seismische Bewegungen, Flussüberquerungen, Überschwemmungen, vulkanische Aktivitäten und Erosion der Bodenoberfläche sowie Verfüllungen.
Erdrutsche
Die häufigsten geologischen Gefahren sind Erdrutsche, die auch mit Hangrutschungen in Verbindung gebracht werden können, da dieses Phänomen durch das Abbröckeln oder Abfallen von Boden aufgrund der Schwerkraft in bestimmten Gebieten entsteht. Erdrutsche können an Hängen mit einer Neigung von weniger als 10 % auftreten. Der Unterschied bei höheren Hängen liegt in der Bewegungsgeschwindigkeit und der Menge des abgelösten Bodens. Die Hauptursachen für Erdrutsche sind die Variation der Hangneigung und die durch Regen verursachten Veränderungen, die zur Ablösung der Bodenschicht vom Grundgestein führen können. Kurz gesagt ist ein Erdrutsch das Abrutschen einer instabilen Bodenmasse über eine andere stabile Bodenmasse durch eine Oberfläche von geringer Dicke.
Flussüberquerungen
Auch Flussüberquerungen gelten als Risiko für Pipelines. Obwohl Pipelines unter dem Flussbett vergraben sind, können Phänomene wie Überschwemmungen und starke Regenfälle zu einer Auswaschung des Flussbetts führen, d. h. zu einer Erosion der Flussufer, wodurch die Pipeline freigelegt wird. In diesem Fall besteht das Hauptproblem in den Schwingungen, die durch die Wasserströmung über der Pipeline entstehen. Unbemerkt kann dies zu einem Bruch führen, und wenn das transportierte Produkt flüssig ist, kann der verursachte Schaden zu einer Wasserverschmutzung führen.
Geologische Verwerfungen
Eine weitere große Gefahr für Pipelines stellen geologische Verwerfungen dar. Diese können zu einer abrupten Landverschiebung oder Überbeanspruchung führen, was wiederum zu einem Bruch führen kann. Diese Gefahr hat gegenüber anderen den Vorteil, dass man sich in gewisser Weise im Voraus darauf vorbereiten kann, da die Richtung und Art der Bewegung mit der tektonischen Bewegung des Gebiets übereinstimmt, in dem sich die Pipeline befindet. Für den Fall, dass die Pipeline durch ein Gebiet mit geologischen Verwerfungen verläuft, können im Voraus spezifische Maßnahmen zur Schadensbegrenzung geplant werden.
Verflüssigung
Verflüssigung tritt hauptsächlich bei seismischen Bewegungen auf, bei denen ein Erdbeben vorübergehend eine Veränderung des Wasserdrucks in den Bodenporen verursacht, was zu einem vorübergehenden flüssigen Zustand führt, der dazu führen kann, dass Pipelines zu schwimmen beginnen, da sie ihren Halt im Boden verlieren; dies kann zu seitlichen Bewegungen führen. Sobald der feste Zustand des Bodens wiederhergestellt ist – und wenn sich die Pipeline nicht in der ursprünglichen Position befindet, in der sie vergraben wurde – können daher höhere externe Lasten erzeugt werden.
Erdfälle
Erdfälle treten hauptsächlich dort auf, wo sich unter der Pipeline und dem Boden Hohlräume befinden. Durch feuchte Bedingungen oder bestimmte Erdbewegungen lockert sich der Boden und der gesamte Hohlraum liegt frei. Diese Hohlräume können auf natürliche Weise oder künstlich (z. B. durch stillgelegte Minen) entstehen. Nach starken Regenfällen, Überschwemmungen oder seismischen Bewegungen entstehen Bedingungen, die dazu führen, dass sich diese Hohlräume lockern und dann Erdfälle verursachen.
Nachdem die wichtigsten geologischen Gefahren definiert wurden, können wir zur Phase ihrer Bewältigung übergehen, sowohl während der Entwurfsphase als auch während des Betriebs der Pipeline. Die neuen ISO-Normen beschreiben den Prozess klar und deutlich als bestehend aus den folgenden Phasen: Identifizierung, Bewertung und Minderung.
Entwurfsphase
In der ersten Entwurfsphase identifizieren Ingenieure für die Integrität von Pipelines alle potenziellen geologischen Gefahren. Sobald diese Phase abgeschlossen ist, fahren sie mit der Bewertungsphase fort, in der alle potenziellen Gefahren auf ihr Risiko hin bewertet werden. Je nach Schweregrad können unterschiedliche Risikobewertungsansätze verwendet werden, mit dem Ziel, die Risikostufen in der endgültigen Auslegung so weit wie möglich zu reduzieren. Alle Bemühungen zur Reduzierung der Risikostufen in dieser Phase tragen dazu bei, den Wert der Assets während ihres gesamten Lebenszyklus zu maximieren.
Betriebsphase
In der Betriebsphase der Pipeline folgt das geologische Gefahrenmanagement demselben Schema: Gefahrenidentifizierung, -bewertung und -kontrolle. Um neue geologische Risiken zu identifizieren, stützen sich die Ingenieure für Integrität auf Felddaten und Daten, die von einer inertialen Messeinheit (IMU) erfasst werden, die auf dem Tool für die Inline-Inspektion (ILI) installiert ist. Anhand dieser Daten in Kombination mit den strukturellen Schätzungen können wir feststellen, ob die Pipeline unter sicheren Bedingungen betrieben wird oder ob Maßnahmen zur Risikominderung erforderlich sind, um den Betrieb fortzusetzen. Inline-Inspektionen mit IMU-Daten liefern protokollierte Entfernungen entlang der Strecke, sodass wir durch den Vergleich zweier Inspektionen Pipeline-Bewegungen erkennen und auch die Belastung und den Spannungszustand in der Pipeline anhand der Bögen der Pipeline bestimmen können. Weitere verfügbare Überwachungstechnologien sind Satellitenerkennung und faseroptische Sensorik, zwei Technologien, die auch als vorbeugende Maßnahmen eingesetzt werden können, da sie den Beginn von Bewegungen erkennen können – insbesondere die faseroptische Sensorik –, auch wenn sie in Bezug auf die Installation und Dateninterpretation sehr komplex sind. Sobald Anomalien erkannt, die Daten analysiert und die Feldarbeit abgeschlossen sind, werden bei Bedarf Maßnahmen zur Schadensbegrenzung in Betracht gezogen.
Schließlich überwachen wir weiterhin Anomalien und entwickeln eine Strategie, die uns dabei hilft, die wahre Natur der Risiken zu verstehen, um zu begreifen oder vorherzusehen, wie die Belastung der Pipeline je nach den daraus resultierenden potenziellen Bewegungen variiert. Es gibt derzeit eine Reihe von Techniken und Technologien zur Überwachung von Bodenbewegungen, aber die Technologie, die es uns ermöglicht, die Pipelines häufig zu überwachen, ist die IMU, die auf den ILI-Tools installiert ist. Die Erfassung von IMU-Daten durch ILI-Läufe ist der schnellste Weg, um neue Ereignisse oder Bewegungen zu erkennen, die bei einer Sichtprüfung möglicherweise nicht offensichtlich sind. Wir können die IMU-Technologie auch nutzen, um die Bewegung von Pipelines nach starken Regenfällen oder Überschwemmungen zu überprüfen, vor allem in sensiblen Bereichen. Um den Betrieb kosteneffizienter zu gestalten, können Reinigungsmolche während der regelmäßig geplanten Wartungsreinigung oder in separaten Durchläufen mit IMU-Technologie ausgestattet werden. Sie können mit hoher Frequenz betrieben werden, sodass Anomalien kurz nach ihrem Auftreten erkannt werden können. Wenn sich also Spannungen in der Pipeline aufbauen, können diese vor oder in einem frühen Stadium erkannt und behoben werden, um einen sicheren Betrieb der Pipeline zu gewährleisten.
Die internationale Norm ISO 20074 schlägt ein strukturiertes geotechnisches Risikomanagement vor, das es den Betreibern in Verbindung mit modernsten Überwachungstechnologien ermöglicht, die Risiken des Betriebs von Pipelines in Gebieten zu reduzieren, die besonders anfällig für diese Naturphänomene sind.