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13. Praxistag Korrosionsschutz, Bochum, den 05.06.2019 KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen H.-J. Kocks

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13. Praxistag Korrosionsschutz, Bochum, den 05.06.2019

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

H.-J. Kocks

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Einleitung

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Gliederung

• Einleitung• Hintergründe und Motivation• Ein Rückblick• Das Projekt• Aktueller Arbeitsstand und Ausblick• Zusammenfassung

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Hintergründe und Motivation

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Bedeutung der Fremdeinwirkungenfür den Betrieb von Rohrleitungen.Korrosion ist dabei in der Regel auch die Folge einer Beschädigung

Beispiel: Schadenstatistik der EGIG

(10th Report of the European Gas Pipeline Incident Data Group)

Die Onlineüberwachung von Pipelines:

Die Onlineüberwachung von Pipelines – kein neues Thema!

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Durchflussüberwachung und Schnüffelleitungen zur Leckage-Überwachung sind bekannt. Es existieren weitere Anläufe zum Einsatz von Online-Überwachungsverfahren, die auch dann warnen, wenn noch keine Leckage vorliegt:

1. Seismisch/akustische Systeme (z.B. ThreatScan, GE)2. Glasfaseroptische Systeme (z.B. Gerg Projekt)

Nachteile:

• für vorhandene Leitungen kaum einsetzbar

• Problematik „Fehlalarme“

aus: Re, G. Colombo, A.;„TPI Detection on pipeline route by using fibre optic cables“International Gas Research Conference, Vancouver, Nov. 2004

Hintergründe und Motivation

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

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Hintergründe und Motivation

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Onlineüberwachung mit Hilfe von KKS-basierten Messverfahren:

1. … könnten für die vorhandene Leitungsinfrastruktur verwendet werden2. Fehlalarme sind unwahrscheinlich.

KKS-basierten Messverfahren sprechen nur bei Kontakt des Stahlgrundmaterials mit dem Erdboden an. Die Umhüllung muss dazu beschädigt sein.

Die Onlineüberwachung von Rohrleitungendurch die Messmethoden des KKS wäre eineErweiterung und Weiterentwicklung der inzwischen in den Regelwerken etabliertenZustandsbewertung.

Laut Gashochdruckleitungsverordnung hat der Betreiber einer Gashochdruckleitung sicherzustellen, dass diese in ordnungsgemäßem Zustand erhalten sowie überwacht und überprüft wird. Für den Betrieb der Gashochdruckleitungen wird hier auf das DVGW-Arbeitsblatt G 266-1 verwiesen.

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Hintergründe und Motivation

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Im DVGW-Arbeitsblatt G 266-1 sind im Sinne der Gashochdruckleitungsverordnung bei Überwachung und Prüfung zu unterscheiden:

Sicherungsmaßnahmen:

• Befahren • Begehen• Befliegen

Inspektionen für die Instandhaltung:

• Molchen (Restwanddickenbestimmung)• Funktionskontrolle KKS

Die mit der Funktionskontrolle des KKS verbundene Strategie:

…entweder ist die Umhüllung fehlstellenfrei oder …im Falle einer Beschädigung wird bei funktionierendem KKS die Korrosion auf ein technisch vertretbares Maß reduziert, d.h. es ist von einer ausreichenden Wanddicke auszugehen.

Hier sind somit auch Vorschädigungen durch Fremdeinwirkungen mit Riefen oder Kerben in der Umhüllung, die bis zum Stahl reichen erfasst.

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Hintergründe und Motivation

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

In Bezug auf Vorschädigungen ist der Stahlrohrhersteller gefragt, um mit den steigenden Materialfestigkeiten Stähle anzubieten, die über eine Zähigkeit verfügen, die Fremdeinwirkungen einen entsprechenden Widerstand entgegensetzen.

Werkstoff Normforderung typische Zähigkeiten im GrundwerkstoffL235 27 J (0°C) 130 – 200 J (-20°C)L360 27 J (0°C) 100 – 220 J (-20°C)L480 27 J (0°C) 130 – 280 J (-20°C)

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Hintergründe und Motivation

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Mit diesen Sicherungsverfahren und Inspektionen werden die Anforderungen auf dem Niveau einer Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) erfüllt.

Hier sind, über eine einfache Lecksuche hinaus, Inspektionsverfahren gefordert, die gewährleisten, dass eine Leitung zwischen zwei Inspektionen sicher betrieben werden kann. Diese Forderung ist ohne Berücksichtigung möglicher Vorschädigungen durch Fremdeinwirkungen nicht zu realisieren.

Siehe Abschnitt 4 - Druckanlagen der BetrSichV (Zitat)

1. Anwendungsbereich und ZielDieser Abschnitt gilt für die Prüfung der in den Nummern 2.1 und 2.2 aufgeführten Druckanlagen (Anlagen und Anlagenteile) vor der erstmaligen Inbetriebnahme und nach prüfpflichtigen Änderungen sowie für wiederkehrende Prüfungen. Die Prüfungen sind mit dem Ziel durchzuführen, den sicheren Betrieb der Druckanlage bis zur nächsten Prüfung zu gewährleisten. …

Die Aufnahme der Messmethodik des KKS zur Zustandsbewertung in das aktuelle G 266-1 leistet über die Maßnahmen der Vorgängerversion hinaus dazu einen weiteren Beitrag.

Insbesondere für den Aspekt der Überwachung von Rohrleitungen bieten sich hier jedoch weitere Möglichkeiten, die Gegenstand der Untersuchungen im aktuellen Projekt Onlineüberwachung sind.

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Ein Rückblick

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Die Nutzung der Messmethoden des KKS für die Bewertung der Integrität einer Leitung oder eines Leitungsnetzes mag für den KKS-Fachmann Normalität sein. Für den Netzbetrieb ist das Thema vergleichsweise neu. Dazu ein kleiner Rückblick:

Vor der Jahrtausendwende:Der kathodische Korrosionsschutz (KKS) wurde in der Vergangenheit als kostspieligeNotwendigkeit einer Stahlrohrleitung angesehen. Es wurden primär Probleme im Zusammenhang mit dem KKS publiziert und entsprechend wahrgenommen:

• Wechselstromkorrosion• Streustromproblematik• Fremdkontakte

etc.

Die Vorteile, die der KKS in Bezug auf eine Zustandsbewertung bietet, blieben weitgehend im Hintergrund.

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Ein Rückblick

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Ein Umdenken setzte mit der Veröffentlichung des DVGW-Merkblattes GW 16 zur Fernüberwachung des KKS ein (Feb. 2002).

(…heute Bestandteil des DVGW-Arbeitsblattes GW 10)

Es wurden Kategorien für die Fernüberwachung des KKS definiert:

1a Ausfall der Schutzanlage1b Schutzstromunterbrechungen und niederohmige Fehler

2a Kritische Zustände an Mantelrohren, unzulässige Beeinflussungen und Überwachung kritischer Schutzbereiche

2b Nachweis der Wirksamkeit für das gesamte Schutzobjekt

2c Nachweis neu auftretender Fehlstellen

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Ein Rückblick

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Es folgten die Arbeitsblätter zur Rehabilitationsplanung und Instandhaltung in denender KKS speziell für die Zustandsbewertung seinen Beitrag leistet:

DVGW-Arbeitsblatt G 402 Netz und Schadenstatistik – Erfassung und Auswertung von Daten zum Aufbau von Instandhaltungsstrategien für Gasverteilungsnetze (2011-07)

DVGW-Merkblatt G 403 Entscheidungshilfen für die Rehabilitation von Gasverteilungsnetzen (2013-03)

DVGW-Arbeitsblatt W 402 Netz und Schadenstatistik – Erfassung und Auswertungvon Daten zur Instandhaltung von Wasserrohrnetzen (2010-09)

DVGW-Merkblatt W 403 Entscheidungshilfen für die Rehabilitation von Wasserverteilungsanlagen (2010-04)

Hier ist der KKS als Werkzeug für die Zustandsbewertung berücksichtigt.

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Ein Rückblick

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

In weiteren Regelwerken ist die Vorgehensweise zur Zustandsbewertung metallischer Rohrleitungen beschrieben:

DVGW-Merkblatt GW 18 Zustandsbewertung von kathodisch geschützten Rohrleitungen der Gas- und Wasserversorgung (2013-01)

DVGW-Merkblatt GW 19-1 Erfassung von Zustandsdaten von nicht kathodisch geschützten metallischen Rohrleitungen der Gas- und Wasserversorgung; Teil 1: Einzelerfassung, -bewertung und Handlungsempfehlungen (2015-07)

DVGW-Merkblatt GW 19-2 Zustandsbewertung von nicht kathodisch geschützten metallenen Rohrleitungen der Gas- und Wasserversorgung; Teil 2: Systematische Bewertung (2017-02)

DVGW-Gas/Wasser-Information Nr. 22 Zustandsbewertung von nicht kathodisch geschützten metallischen Rohrleitungen der Gas- und Wasserversorgung; Technische und konstruktive Informationen (2017-03)

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Das Projekt

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Das vom DVGW-TK Gastransport angeregte Projekt zur Onlineüberwachung von Pipelines ist die logische Folge dieser Entwicklung.

Im Rahmen des Projektes Onlineüberwachung soll ein abgestimmtes Verfahren zur Bewertung von Einsatzmöglichkeiten und Einsatzgrenzen einer Onlineüberwachung angewendet werden.

Als Einflussparameter werden bei neun dafür ausgewählten Leitungsabschnitten verschiedener Transportleitungsbetreiber berücksichtigt:

• Leitungsart (Verteilung oder Transport)• Umhüllungsart, -qualität • Beeinflussungen (Fremdstrom, Streustrom etc.)• …

Es stehen derzeit zwei Verfahren zur Verfügung, die im Rahmen dieses Projektesuntersucht werden.

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Das Projekt

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Das Verfahren der OGEPipeMon+Messprinzip

Theilmeier-Aldehoff, H. W.; „Chancen und Möglichkeiten mit einer Potentialfernüberwachung“; Rohrleitungen - Für eine sich wandelnde Gesellschaft20. Oldenburger Rohrleitungsforum, 09./10.02.2006, S. 588 – 596

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Das Projekt

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Das Verfahren der OGEPipeMon+Messprinzip

• Messspannung Batterie 1500 mV

• Messspannung Herzströme 1 mV

• Messspannung Baggerdetektion 0,0005 mV

Theilmeier-Aldehoff, H. W.; „Chancen und Möglichkeiten mit einer Potentialfernüberwachung“; Rohrleitungen - Für eine sich wandelnde Gesellschaft20. Oldenburger Rohrleitungsforum, 09./10.02.2006, S. 588 – 596

Aufgabenstellung an das Messgerät:

Messbereich : +/- 5 mV

Messabstand : 0,5 s

Messwertauflösung : 0,1 µV

Relativer Messfehler : +/- 0,2 µV

Dämpfung 16 Hz : 60 db

Dämpfung 50 Hz : 100 db

Eingangswiderstand : 120 KΩ

Zeitliche Abweichung: +/- 15 ms

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Das Projekt

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Das Verfahren der Netze BW GmbHSmartKKSMessprinzip

Deiss, R.; Müller, M.; “Erhöhung der Sicherheit von Gashochdruckleitungen durch KKS-Online-Überwachungssysteme“; 3R international 57 (2018) H. 01-02, S. 74 – 78

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Das Projekt

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Wie werden die Fremdeinwirkungen berücksichtigt?

Es ist nicht geplant mit irgendwelchen Gerätschaften vorhandene Leitungsinfrastrukturzu schädigen!

Baggerangriffe sollen im Rahmen dieses Projektes simuliert werden:

Baufahrzeug Ausbreitungswiderstand

Bagger 20t mit Gummireifen 60 – 80 Ω

Minibagger mit Gummireifen ca. 200 Ω

Bagger 22t mit Stahlketten 30 – 60 Ω

Grabenfräse 30 – 40 Ω

Tiefenbohrgerät ca. 80 ΩTheilmeier-Aldehoff, H. W.; „Chancen und Möglichkeiten mit einer Potentialfernüberwachung“; Rohrleitungen - Für eine sich wandelnde Gesellschaft20. Oldenburger Rohrleitungsforum, 09./10.02.2006, S. 588 – 596

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KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Vorgehensweise Baggersimulation:„Baggersimulationsbox“ zur Simulation der GerätekontakteZuschalten von Widerständen mit Erdkontakt:

20…50…100…150…200 Ω

Kalibrierungsphase:Zuschalten der Widerstände zur Rohrleitung an verschiedenen Stellen im Schutzbereich.

3x je 1s, 3s und 30s

Testphase: Ohne Wissen des Überwachungssystembetreibers wird irgendwo im Schutzbereich die Simulationsbox zugeschaltet.

Das Projekt

Erde Rohrleitung

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Aktueller Arbeitsstand und Ausblick

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Zeitplanung:

Die Baggersimulationsbox ist fertiggestellt und steht für die Messungen zur Verfügung.

Die Abwicklung des Projektes ist in zwei Messblöcken mit je 4 bzw. 5 Leitungs-abschnitten vorgesehen, wobei sich OGE und EnBW bei den Messungen abwechseln

Durchführung der Messungen, Messblock 1: bis Juli 2019 Durchführung der Messungen, Messblock 2: bis Ende 2019 Ende 2019/Anfang 2020 erfolgt die Auswertung der Ergebnisse und die Berichterstellung

Fa. Steffel ist mit einem weiteren Verfahren an diesem Projekt beteiligen.

In der Folge wird dann ein Regelwerk mit den Anforderungen an eine entsprechende Online-Leitungsüberwachung erarbeitet.

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Aktueller Arbeitsstand und Ausblick

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Das Regelwerk:

Vorbild für ein Regelwerk zur Onlineüberwachung von Pipelines ist das inzwischen zurückgezogene DVGW-Arbeitsblatt GW 16 mit entsprechender Kategorisierung des Leistungsumfang eines Überwachungssystems

Als Kategorien bieten sich an z.B.:

1. Erkennen von Fremdeinwirkungen in einem festgelegten Rohrleitungsabschnitt2. Erkennen von Fremdeinwirkungen im einem Schutzbereich 3. Verortung der Fremdeinwirkung

Dieses Regelwerk würde dann im Laufe des Jahres 2020 erarbeitet.

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Zusammenfassung

KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen

Im Rahmen dieses Beitrages wurde das aktuell laufende Projekt zur KKS-Onlineüberwachung von Rohrleitungen vorgestellt.

Das Projekt wurde durch den DVGW TK Gastransport initiiert. Ziel ist es, durch Messmethoden des kathodischen Korrosionsschutzes vorhandene Rohrleitungen mit Blick auf Fremdeinwirkungen kontinuierlich zu überwachen. Die Forderungen in den Verordnungen hinsichtlich Prüfung und Überwachung sind dabei maßgebend für den Stellenwert eines solchen Vorhabens.

Die Messungen sollen im Laufe des Jahres 2019 abgeschlossen werden.

Nach Abschluss des Projektes ist ein Regelwerk zu erarbeiten, das die grundlegenden Anforderungen an ein KKS-Onlineüberwachungssystem beschreibt.

Die in den Regelwerken inzwischen anerkannte Bedeutung des kathodischen Korrosionsschutzes für die Zustandserfassung und –bewertung von Rohrleitungenwird damit um die Leitungsüberwachung gegenüber Fremdeinwirkungen erweitert.

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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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