Tiefgründig: Edelstahl Rostfrei in der Exploration

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Die Exploration fossiler Energieträger und mineralischer Rohstoffe zählt  zu den zentralen Herausforderungen unserer Zeit. Suche, Gewinnung und Verarbeitung in immer abgelegeneren Gebieten der Welt lassen den Aufwand zur Erschließung unterirdischer oder am Meeresboden befindlicher Vorkommen rasant steigen. Die extremen Belastungen von Anlagen und Komponenten in der Offshore- oder Onshore-Industrie gehen deshalb mit enormem Kosten- und Zeitdruck für die Betreiber einher. Um den aggressiven Einsatzbedingungen dauerhaft standzuhalten, sind Werkstoffe gefordert, die Funktionssicherheit und Haltbarkeit der Systeme nachhaltig gewährleisten. Weltweit leisten Rohre und Anlagenbestandteile aus hochbelastbarem Edelstahl Rostfrei mit Qualitätssiegel einen maßgeblichen Beitrag zur effizienten Erschließung neuer Vorkommen.

Auf der Suche nach neuen Lagerstätten sieht sich die Öl- und Gasindustrie mit zunehmend anspruchsvollen Rahmenbedingungen konfrontiert. Explorationsstätten in schwer zugänglichen Gebieten machen die Erschließung neuer konventioneller oder unkonventioneller Bohrfelder immer komplexer. Einsatztiefen von mehreren hundert oder sogar tausend Metern, Naturgewalten und enorme Transportdistanzen bedeuten technisch wie logistisch große Herausforderungen. Korrosive Medien wie Meerwasser oder Kohlendioxid, hohe Temperaturen, Drücke und Abrasion greifen die eingesetzten Materialien stark an. Die zunehmende Größe der zu überbrückenden Distanzen setzt Gewicht und Belastbarkeit der eingesetzten Komponenten konstruktive Grenzen. Eine wirtschaftliche Erschließung und Förderung von Öl oder Gas verlangt aber maximale Produktivität und Standzeiten. Mehr denn je entscheidet also die Effizienz der Prozesse über ihre Zukunftsfähigkeit. Diesen vielfältigen Herausforderungen im globalen Wettbewerb stellen sich die Unternehmen mit neuesten Technologien, modernsten Geräten und Hochleistungswerkstoffen. Dazu zählen insbesondere korrosionsbeständige austenitische Stähle aus Chrom-Nickel- oder Chrom-Nickel-Molybdän-Legierungen sowie nichtrostende Stähle mit Duplex-Gefüge und Sonderlegierungen. Anwendungsabhängig wählt die Öl- und Gasindustrie aus dem breiten Werkstoffspektrum, das die strengen Qualitätsanforderungen der Branche erfüllt, die geeignete Güte aus.

Vielfältiger Einsatz

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© WZV / Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V 

In Offshore-Bohranlagen ist austenitischer Edelstahl vielfach Werkstoff der Wahl für mechanische Rohre mit hoher Dehngrenze. Typische Einsatzfälle dieser Rohre sind Bohrlochköpfe und Eruptionskreuze. Unter der Erde steigt der Druck je zehn Meter Tiefe um etwa ein bar. Die auch Christmas tree genannten Absperrvorrichtungen verhindern, dass Öl und Gas am Bohrloch unkontrolliert austreten. Auch als Förderleitung zur Wassereinspritzung oder für den Transport des geförderten Rohstoffs stellt austenitischer Edelstahl seine Leistungsfähigkeit unter Beweis. Auf dem Meeresgrund leistet er in Förderleitungen wertvolle Dienste als Verbindung von Rohrverteilerstücken. Längsnahtgeschweißte, mit nichtrostendem Edelstahl metallurgisch plattierte Rohre ermöglichen geringere Wanddicken als austenitische Vollwandrohre. Einsparpotenziale bei Gewicht und Materialkosten qualifizieren diese Rohre deshalb in großer Meerestiefe für Bogen und Fittings sowie als Prozessrohre oder Pipelines.

Herausragende Beständigkeit

Zu den in der Öl- und Gasindustrie am häufigsten eingesetzten Werkstoffen gehören die verschiedenen Kategorien von Duplex-Edelstählen: als Standardduplex-Edelstahl beispielsweise die Werkstoffnummer 1.4462, Superduplex-Edelstähle wie 1.4410, oder 1.4501 sowie 1.4568 als Hyperduplex-Edelstahl. Durch die nahezu gleichen Gefügeanteile von Austenit und Ferrit bewähren sich nichtrostende Duplex-Stähle bei den hier herrschenden Einsatzbedingungen durch extreme Korrosionsbeständigkeit, geringe Neigung zu Spannungsrisskorrosion, hohe Festigkeit und Streckgrenze. Zudem sind sie für Einsätze bei Tieftemperaturen bis -60 °C geeignet. Ob als Förderleitung oder Rohrsystem, als Verteiler in Bohrlöchern unter Wasser, für Absperrarmaturen und Mehrwegeventile am Kopf des Futterrohres oder als Pipelines für das korrosive Öl und Gas: Die hier eingesetzten Hochleistungsrohre für Nieder-, Mittel- oder Hochdruckanwendungen werden als gerade Rohre oder Ringrohre in einem breiten Spektrum an Größen und Wandstärken angeboten.

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Superduplex-Edelstähle sind durch ihren höheren Gehalt an Molybdän und Chrom noch korrosionsbeständiger und hochfest. Das qualifiziert sie speziell in der aggressiven Umgebung der Offshore-Industrieanwendungen für lastbeanspruchte Bauteile wie Pumpenstangen für Ölförderanlagen, als flexible Rohre oder Versorgungsleitungen unter Wasser. Nahtlose Rohre aus Superduplex-Edelstahl dienen in diesen sogenannten Umbilicals beispielsweise als bis zu 70 Kilometer lange Hydraulikleitung zur Steuerung der Bohrköpfe. Auch für das Einpressen von Chemikalien, um Druck oder Fließfähigkeit des geförderten Öls zu verbessern, werden sie häufig eingesetzt. Durch die besondere Zugfestigkeit und Streckgrenze des Materials kann das Gewicht der Rohre ohne Leistungseinbußen durch dünnere Wandstärken reduziert werden.

Hyperduplex-Edelstähle übertreffen diese Materialfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit nochmals. Deshalb kommen sie vor allem bei Tiefseebohrungen in Wassertiefen bis zu 1.450 Metern und bei hohen Temperaturen oder Drücken innerhalb der Anlagen zum Einsatz. Materialbedingt sind Rohre mit noch dünneren Wandstärken möglich, was für die extrem langen Versorgungsleitungen in Tiefseeanwendungen wertvolles Gewichts- und Materialeinsparungspotenzial erschließt.

Unverzichtbarer Werkstoff

Aber nicht nur in Rohren ist nichtrostender Edelstahl mit Qualitätssiegel bei Explorationsprojekten unverzichtbar. Um Anlagen und Prozesse dauerhaft zu schützen, werden auf Ölplattformen anfallende Abgase mit Fackelsystemen verbrannt. Messgeräte überwachen die damit verbundenen Prozesse und erkennen Leckagen. Gehäuse aus austenitischem kohlenstoffarmen Edelstahl 1.4404 sorgen dafür, dass die empfindlichen Messkomponenten auch auf rauer See in korrosiver Umgebung zuverlässig funktionieren. Gleiches gilt für Schaltgeräte, die Korrosion keine Angriffsfläche bieten dürfen. Offshore-Varianten von Spezialfußschaltern aus nichtrostendem Edelstahl weisen die geforderte extreme Korrosionsbeständigkeit auf. Gasfilter, die bei der Exploration zum Einsatz kommen, müssen maximale Sicherheits- und Präzisionsanforderungen erfüllen. Filtergehäuse aus nichtrostendem austenitischen Edelstahl, Duplex- oder Superduplex-Edelstahl halten den herausfordernden Umgebungsbedingungen dauerhaft stand. Auch bei API-konformen Exzenterschneckenpumpen zur Förderung von Bohrgut oder Bohrspülungen, die mit schwimmenden Feststoffen versetzt sind, gewährleisten diese Werkstoffe die für Offshore-Einsätze erforderliche Robustheit. Auf hochmodernen Membrantankern umhüllen hauchdünne, flexible Membranen aus Edelstahlgewebe Hightech-Tanks aus Aluminium, die Liquified Natural Gas (LNG) transportieren. Das geförderte Erdgas wird für den Transport auf -162 °C abgekühlt und verflüssigt. Dabei schrumpft sein Volumen um den Faktor 600 und ermöglicht so den wirtschaftlichen Schifftransport von der Bohrinsel zum Empfängerhafen. Eine mehrlagige Außenhaut aus mikrofeinem Edelstahlgewebe und Isolierschichten aus Polyurethanschaum verhindert, dass sich das LNG in den Aluminiumtanks ausdehnt, erwärmt und dadurch zu viel Druck erzeugt.

Mit steigendem Energiehunger einer wachsenden Weltbevölkerung nehmen die Belastungen der Werkstoffe in der Exploration neuer oder konventioneller Energieträger weiter zu. Hochbelastbarer Edelstahl Rostfrei mit Qualitätssiegel erfüllt durch seine außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften strengste Industrienormen. Damit ist ihm auch künftig eine führende Rolle in der Öl- und Gasindustrie gewiss.

 
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