VOLLSTÄNDIGER ROHRABSCHNITT (SAUGSEGMENT) MIT RINGVERSTÄRKTEM KOMPENSATOR FÜR 96,5 BARG DRUCK (GEPRÜFT BEI 144,75 BARG)

Belman entwickelte und fertigte einen separaten, ringverstärkten Doppelbalg-Kompensator mit Zuganker und ein vollständiges Rohrsegment (Saugsegment) mit integriertem Kompensator mit Zuganker. Diese dienten zum Einbau auf einer ehemaligen Hubbohrplattform vor der Küste Gabuns, die zu einer Offshore-Produktionsanlage mit zwölf Bohrlochplätzen umfunktioniert wurde. All diese Bauteile werden an den Saug- und Druckanschlüssen der Rohrleitungspumpen installiert.

PROBLEMATIK DES KUNDEN
Der Kunde betreibt eine ehemalige Hubbohrplattform, die zu einer Offshore-Produktionsanlage umgebaut wurde. Das geförderte Öl wird über eine lange Rohrleitung zu einer schwimmenden Produktions-, Lager- und Verladeeinheit (FPSO) transportiert, wo es vor der Verladung auf Öltanker verarbeitet und gelagert wird. Für diese umgebaute Anlage benötigte der Kunde mehrere Hochdruck-Kompensatoren, welche die von den Rohrleitungspumpen verursachten Bewegungen aufnehmen. Die Kompensatoren mussten insbesondere Verschiebungen mit minimalem Widerstand an den Saug- und Druckanschlüssen der Pipeline-Pumpen aufnehmen können. Der Kunde suchte langlebige und flexible Lösungen, die den anspruchsvollen Betriebsbedingungen am Installationsort standhalten, darunter dem Druck von 96,5 barg, dem Temperaturbereich von -15/+120°C sowie der rauen Meeresumgebung mit salzhaltiger Luft. Zur Erfüllung dieser Anforderungen wandte sich der Kunde an Belman.

Grüne Initiativen des Öl- und Gassektors

Die Öl- und Gasindustrie legt zunehmend Wert auf umweltfreundliche Maßnahmen, wie etwa die Umnutzung bestehender Produktionsanlagen zur Verlängerung ihrer wirtschaftlichen Lebensdauer. Dieser Ansatz verkürzt die Zeit bis zur ersten Ölförderung, reduziert die Investitionen für die Feldentwicklung und verbessert die CO₂-Bilanz deutlich. Umrüstungsprojekte dieser Art erzielen oft hervorragende Ergebnisse im Bereich Gesundheit, Sicherheit und Umweltschutz (HSE). Manche umgerüstete Hubbohrplattformen dienen nicht nur dem Bohrbetrieb, sondern können Kohlenwasserstoffe aus Bohrlöchern verarbeiten und zum Teil auch speichern.

DIE LÖSUNG VON BELMAN

Vollständiges Rohrabschnitt (Saugsegment) mit ringverstärkten Kompensatoren und ein separater Kompensator mit Zugankern – beide für 96,5 barg Druck

In enger Absprache mit dem Kunden ermittelte Belman die optimale Lösung für die Anwendung. Verschiedene Konstruktionsoptionen wurden hinsichtlich ihrer Wirkung bei der Bewegungsaufnahme unter den anspruchsvollen Betriebsbedingungen bewertet. Nach detaillierten Analysen und in kontinuierlicher Zusammenarbeit mit dem Kunden schlug Belman letztlich eine optimierte und verbesserte Lösung vor. Mehrere Entwürfe wurden diskutiert und bewertet, darunter auch eine Auslegung mit druckentlastetem Kompensator. Als geeignetste Lösung entschied sich der Kunde jedoch für einen separaten Doppelbalg-Kompensator mit Zuganker sowie einen Einzelbalg-Kompensator mit Zugankern, der in ein vollständiges Rohrsegment eingeschweißt wurde. Nach der Auswahl überprüfte und bestätigte der Kunde alle Abmessungen der Rohrleitungen und Pumpen sowie die vorgelegte Auslegung, wonach Belman die Detailentwicklung abschließen konnte, insbesondere für das vollständige Rohrabschnitt mit ringverstärktem Kompensator. Belman unterstützte den Kunden zudem durch eine sorgfältige Materialauswahl bei der Kosten- und Leistungsoptimierung. Während einige ausgewählte Materialien kostengünstige Lösungen mit begrenzter Korrosionsbeständigkeit boten, zielte ein spezielles Beschichtungssystem auf die korrosive Meeresumgebung am Installationsort ab.

Die zwei gelieferten flexiblen Lösungen waren:

Der separate, ringverstärkte Doppelbalg-Kompensator mit Zugankern
Der Kompensator mit Zugankern wurde mit Doppelbalg ausgelegt, um gleichzeitig axiale, laterale und angulare Bewegungen aufzunehmen. Zuganker wurden gezielt zur Steuerung der Bewegungsaufnahme und zur Begrenzung der axialen Druckkraft angebracht. Aufgrund des hohen Betriebsdrucks von 96,5 barg wurden die Bälge ringverstärkt, was die Druckintegrität bei unverminderter Flexibilität gewährleistet. Die Bälge bestehen aus Inconel 625. Dieses Material ist wegen seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit im Öl- und Gassektor weit verbreitet. Flansche und Mittelrohr wurden aus A350 Gr. LF2 CL1 sowie A106 Gr. B gefertigt. Diese Werkstoffe eignen sich gut für Hochdruckanwendungen und wurden mit einem speziellen Beschichtungssystem geschützt. Da der separate Kompensator unter dem gleichen Druck wie die gesamte Rohrleitung arbeiten musste, wurde er ebenfalls einer Druckprüfung bei 144,75 barg unterzogen.

Ein vollständiges Rohrsegment mit einem ringverstärkten Kompensator
Gemäß Kundenspezifikationen und in enger Abstimmung wurden die Flansche und das Weldolet-Anschlussstück aus A350 LF2 gefertigt, während das Reduzierstück, das T-Stück, die Rohrkappe und der Bogen aus A420 Gr. WPL6 hergestellt wurden. Der Rohrleitungswerkstoff ist A333 Gr. 6; alle Werkstoffe wurden wegen ihrer Eignung für hohe Drücke und korrosive Umgebungen ausgewählt. Die Bälge sind aus Inconel 625 gefertigt, die Ringverstärkung aus 1.4571 (AISI 316Ti); diese Werkstoffe sind in Öl- und Gasanwendungen üblich. Wegen der hohen Druckanforderungen wurden alle Bauteile des Rohrsegments dickwandig ausgeführt. Zwecks ausreichender Flexibilität für eine wirkungsvolle Bewegungsaufnahme bestehen die Bälge aus mehreren dünnen Lagen Inconel 625 Balgwerkstoff, unterstützt durch Ringverstärkungen. So werden Druckintegrität, Flexibilität und ein zuverlässiger Langzeitbetrieb sichergestellt.

Zur Qualitätskontrolle prüfte ein Inspektor die Beschichtung, führte eine Druckprüfung durch und nahm die Laserausrichtung vor.

Wie werden Kompensatoren für hohe Drücke ausgelegt?

Kompensatoren für Hochdruckanwendungen müssen sorgfältig konstruiert werden, um dem Innendruck sicher standzuhalten und gleichzeitig die erforderlichen Bewegungen aufzunehmen. Hoher Druck erzeugt eine erhebliche axiale Druckkraft, die Rohrleitungssysteme und angeschlossene Geräte stark belasten kann. Um diese Kräfte zu steuern, werden Kompensatoren mit speziellen Geometrien und konstruktiven Merkmalen gefertigt, welche die axiale Druckkraft ausgleichen oder begrenzen. Eine optimierte Balgkonstruktion reduziert Spannungen und sorgt bei zyklischem Betrieb für eine ausreichende Lebensdauer. Die Wahl der Materialstärke spielt bei den Konstruktionsmerkmalen eine entscheidende Rolle. Für dickwandige Kompensatorbauteile, wie Flansche, Mittelrohre und Zuganker, werden oft starke Werkstoffe gewählt. Der Balg ist anspruchsvoller, da er flexibel bleiben muss – je dicker die Schichten, desto steifer der Balg. Zur gleichzeitigen Optimierung von Druckintegrität und Flexibilität dient häufig eine Lösung mit Ringverstärkung am Balg, die den Druck besser aufnehmen kann. Bei fachgerechter Konstruktion tragen Kompensatoren zu sicheren und langlebigen Hochdruckrohrleitungssystemen bei.

Schlüsselmerkmale für die Auslegung von Hochdruck-Kompensatoren:

• Drucksteuerung durch druckentlastete Ausführungen mit Gelenken, Ausführungen mit Kardangelenken oder Ausführungen mit Zugankern
• Optimierte Balggeometrie und die Kombination aus dünnen Balgschichten mit Ringverstärkung
• Verstärkungen und Steuervorrichtungen zur Begrenzung der Belastungen auf Verankerungen und Ausrüstung
• Hochfeste, dickwandige Werkstoffe, die für hohen Druck und oft auch für kalte oder hohe Temperaturen sowie korrosive Medien geeignet sind

Zur Einsparung von Schweißarbeiten und Prüfzeiten einschließlich etwaiger Prüfungen durch Dritte verwendete Belman eine spezielle Methode zur Befestigung des Endverstärkungsrings: einen Lochring rund um die obere Balgtangente. Statt der üblichen Verstärkungsbleche wird ein perforierter Ring verwendet. Diese Lösung gewährleistet eine gleichmäßigere Spannungsverteilung auf die Rohrleitung, während Verstärkungsbleche durch die Lastübertragung über relativ kleine Kontaktflächen in der Rohrleitungswand punktuelle Spannungskonzentrationen hervorrufen. Die Perforationen ermöglichen Zugang für die Schweißnahtprüfung und erleichtern die Qualitätskontrolle während der Druckprüfung.

Belman Design war beteiligt

Belman Design ist ein Unternehmen der Belman Group für die Rohrleitungsauslegung. Es unterstützte den Kunden bei der Erstellung von 3D-Modellen eines geplanten vollständigen Rohrsegments, das dieser auslegen und installieren wollte. Anhand von Kundenvorgaben und eines isometrischen Ausschnitts erstellte Belman Design in Autodesk Inventor ein vollständiges 3D-Modell und fertigte die endgültigen Produktionszeichnungen an, die direkt zur Herstellung des separaten Kompensators und des vollständigen Rohrsegments dienten. Näheres zur Arbeit von Belman Design erfahren Sie hier: Belman Design

Belman – langjährige Erfahrung mit flexiblen Hochdrucklösungen für die Öl- und Gasindustrie

Mit über dreißigjähriger Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung kundenspezifischer Kompensatoren hat Belman im Öl- und Gassektor einen hervorragenden Ruf erworben. Mit den Jahren lieferten wir zahlreiche außergewöhnliche Konstruktionen, darunter einen 30-Tonnen-Kompensator mit speziellem Mannloch für eine FCCU-Anwendung, einen ringverstärkten Kompensator für 82 barg Druck in einem Ölfeld, Universalkompensatoren für Tiefsttemperaturen auf einem Flüssiggasschiff und vieles mehr.