Was es beim Aufbau produktiver Fluidsysteme zu beachten gilt
Die Öl- und Gasindustrie steht heutzutage vor neuen, stetig wachsenden Herausforderungen. Immer tiefere Bohrlöcher und längere Unterwasseranbindungen kommen in Verbindung mit innovativen Bohr- und Produktionstechniken zum Einsatz, um maximale Renditen sicherzustellen. Die gesamte Ausrüstung auf einer Offshore-Plattform muss sorgfältig spezifiziert werden, um über die vollständige Lebensdauer einen sicheren und zuverlässigen Betrieb unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen zu ermöglichen. Im Gegensatz zu standardmäßigen Swagelok® -Rohrverschraubungen wurden Swagelok®-Rohrverschraubungen der Serie FK speziell für diese Anforderungen konzipiert. Sie eignen sich ideal für zahlreiche Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie mit Drücken von bis zu 22.500 psi (1.551 bar). In diesem Whitepaper erfahren Sie, wie Sie durch korrekte Montageprozesse die Zuverlässigkeit der Rohrverschraubungen der Serie FK steigern und gleichzeitig Wartungskosten senken. Wir gehen außerdem darauf ein, wie die Serie FK mit ihrem einzigartigen leckagereduzierenden Design Umweltbelastungen verringert und wie Sie durch einen effektiven Korrosionsschutz die Sicherheit ihrer Systeme insgesamt verbessern.
Höhere Betriebseffizienz im Upstream-Bereich der Öl- und Gasindustrie
Da die Öl- und Gasförderung heutzutage in immer größeren Tiefen stattfindet, müssen die entscheidenden Produktionssysteme selbst unter anspruchsvollsten Bedingungen maximale Sicherheit und Zuverlässigkeit bieten. Eigentümer und Anlagenbetreiber erwarten eine Lebensdauer ihrer Systeme von 20 bis 30 Jahren – und das selbst in hochkorrosiven Umgebungen und bei immer höheren Betriebstemperaturen.
Angesichts volatiler Märkte und zunehmend strengerer Umweltauflagen wird es für Anlagenbetreiber immer wichtiger, Wartungskosten zu senken, die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, Umweltbelastungen zu verringern und die Betriebssicherheit insgesamt zu verbessern. Es ist zwar nicht immer einfach, eine zuverlässige Betriebsleistung sicherzustellen, aber es ist durchaus möglich. Damit die Öl- und Gasindustrie diese Herausforderungen meistern kann, müssen wichtige Bauteile zuverlässig und leckagefrei funktionieren – insbesondere in den folgenden kritischen Anwendungsbereichen.
Chemische Einspritzsysteme
Chemische Einspritzsysteme ermöglichen eine präzise und wiederholgenaue Dosierung von Chemikalien in die Produktionsanlage. Ein leckagefreier Betrieb ist für den Schutz von Mitarbeitern und Umwelt essenziell. Zudem können Ausfallzeiten zu erheblichen Produktionsverlusten führen. Für eine herkömmliche Einspritzeinheit sind unter Umständen Hunderte verschiedene Einzelverbindungen notwendig, von denen jede eine potenzielle Leckagestelle ist.
Hydraulikaggregate
Hydraulikaggregate (Hydraulic Power Units – HPU) versorgen Überwasser-, Aufbau- und Unterwasserproduktionssysteme mit hydraulischer Leistung. Der Ausfall eines Hydraulikaggregates kann auch einen Ausfall dieser Systeme zur Folge haben und pro Tag erhebliche finanzielle Verluste verursachen. Hydraulikaggregate sind komplexe Ausrüstungskomponenten und Rohrverschraubungen tragen maßgeblich zur zuverlässigen Funktion des Systems bei.
Topside-Versorgungsanschlüsse
Überwasser-Versorgungsanschlüsse (Topside Umbilical Termination Units – TUTUs), der zugehörige Versorgungsanschluss sowie Absperrpanels müssen eine dichte Verbindung sowie einen Absperrpunkt zwischen Ober- und Unterwasserausrüstung bieten und gleichzeitig eine sichere Absperrung für Wartungsarbeiten gewährleisten. Diese Systeme erfordern hochwertige und zuverlässige Bauteile, um ihre wichtigen Funktionen zu erfüllen. Ein Ausfall kann zu einem Verlust des Containments oder zu Sicherheitsvorfällen führen, was wiederum Stillstände und Produktionsausfälle zur Folge haben kann.
Für jede dieser Anwendungen sind Swagelok-Rohrverschraubungen der Serie FK ideal geeignet, um einen zuverlässigen Betrieb, minimalen Wartungsaufwand sowie ein Höchstmaß an Sicherheit zu erzielen.
In diesem Whitepaper erfahren Sie, wie die Rohrverschraubungen der Serie FK Ihre spezifischen Anforderungen perfekt erfüllen. Dabei geht es unter anderem um die folgenden Themen:
- Wie Sie mithilfe von Best Practices effiziente und wiederholbare Montageprozesse und eine langfristig hohe Leistungsfähigkeit Ihrer Anlagen erzielen
- Technische und auslegungsrelevante Faktoren, die eine höhere Leistungsfähigkeit bieten als herkömmliche Verschraubungstechnologien im Upstream-Sektor
- Werkstoffauswahl bei Rohrverschraubungen der Serie FK für einen zuverlässigen Korrosionsschutz selbst bei extremen Umgebungsbedingungen
Montagetechniken für Rohrverschraubungen der Serie FK
Rohrverschraubungen der Serie FK sind langlebig und ermöglichen einen zuverlässigen, leckagefreien Betrieb für Anwendungen im mittleren Druckbereich. Im Vergleich zu anderen Rohrverschraubungen ist der Wartungsaufwand über die gesamte Lebensdauer minimal – beste Voraussetzungen für geringe Wartungskosten und höhere Betriebseffizienz.
Abhängig von der jeweiligen Anwendung bzw. Montageumgebung (z. B. in einer Werkstatt oder bei einem Kunden vor Ort) gibt es mehrere zuverlässige und reproduzierbare Verfahren zur Montage von Rohrverschraubungen der Serie FK. Bei korrekter Ausführung lässt sich mit diesen Verfahren eine zuverlässige Verbindung herstellen.
Vorbereitung der Rohre
Die ordnungsgemäße Montage von Rohrverschraubungen der Serie FK beginnt mit der richtigen Vorbereitung der Rohrleitung.
Zu beachten ist, dass für Rohrverschraubungen der Serie FK dickwandige Rohre erforderlich sind. Zum Schneiden dickwandiger Rohre benötigt man entweder eine Bügelsäge oder eine Sägemaschine, wobei elektrisch angetriebene Sägen einheitlichere Ergebnisse und glattere Kanten erzielen.
Anschließend müssen die Rohre entgratet werden, damit die Verbindung ordnungsgemäß und leckagefrei hergestellt werden kann. Schnittgrate können abbrechen und Komponenten in anderen Systemteilen beschädigen, indem sie dort kleine Löcher oder Schlitze hinterlassen oder Kratzspuren an Ventilsitzen und weichen Dichtungen (z. B. O-Ringe) verursachen. Manuelle Entgratungswerkzeuge funktionieren gut, wobei auch hier elektrische Lösungen noch bessere Ergebnisse erzielen.
Erforderliche Werkzeuge
Nachdem das Rohr vorbereitet wurde, sind zur Montage von Rohrverschraubungen der Serie FK folgende Werkzeuge erforderlich:
- Schraubstock zur Halterung des Verschraubungskörpers
- Schraubenschlüssel in geeigneter Größe und Markierer (für Montage nach Umdrehungen)
- Drehmomentschlüssel mit Hahnenfußschlüsselkopf in geeigneter Größe (für Drehmomentmontage)
- Vormontagewerkzeug (für Vormontage)
- Prüflehre der Serie FK
- Werkzeug zur Tiefenmarkierung der Serie FK – durch die Tiefenmarkierung wird sichergestellt, dass das Rohr vollständig in der Verschraubung sitzt
Drehmomentmontage
Für die Drehmomentmontage von Rohrverschraubungen der Serie FK ist ein Drehmomentschlüssel in geeigneter Größe erforderlich. Diese Anweisungen gelten ausschließlich für Rohrverschraubungen in Größen von 1/4 bis 9/16 Zoll.
Montage nach Umdrehungen
Hierzu wird ein einfacher Schraubenschlüssel anstelle eines Drehmomentschlüssels verwendet. Eine Ermittlung des erforderlichen Drehmoments ist nicht notwendig. Mit dieser Vorgehensweise können Monteure ggf. einheitlichere Ergebnisse erzielen. Diese Anweisungen gelten ausschließlich für Rohrverschraubungen in Größen von 1/4 bis 3/4 Zoll.
2. Anschließend die Mutter mit dem Markierer markieren. Dann den Verschraubungskörper stabil in Position halten und die Mutter mit einem geeigneten Schraubenschlüssel eine volle Umdrehung anziehen.
Vormontage
Eine Installation mit Vormontage kann vorteilhaft sein, um mehrere Verbindungen nacheinander herzustellen. Die Vormontage kann sich zum Beispiel als effizienter erweisen, wenn Verschraubungen in einer Werkstattumgebung am Fließband montiert werden. Diese Anweisungen gelten ausschließlich für Rohrverschraubungen in Größen von 1/4 bis 9/16 Zoll.
2. Anschließend den Kunststoffhalter von der vorgefertigten Patrone entfernen.
5. Nun das Vormontagewerkzeug stabil in Position halten, die Mutter markieren und um eine Dreiviertelumdrehung anziehen.
Für eine effizientere Produktion kann die Vormontage auch mit einem hydraulischen Vormontagegerät mit austauschbaren Köpfen durchgeführt werden.
Schulungen
Das umfangreiche Schulungsprogramm von Swagelok bietet Unterstützung bei der Arbeit mit Rohrverschraubungen der Serie FK. In den Schulungsmaterialien werden die zuvor beschriebenen Montageverfahren detailliert erläutert. Das Schulungsangebot unterstützt technisches Personal dabei, das richtige Montageverfahren zu wählen, und kann außerdem dazu beitragen, zusätzliche Wartungskosten zu senken. Sämtliche Schulungen werden von zertifizierten Spezialisten von Swagelok durchgeführt und stehen für Projekte an jedem beliebigen Ort der Welt zur Verfügung.
Ausgelegt und konstruiert für einen leckagefreien Betrieb
Dank ihrer einzigartigen Auslegung zeichnen sich die Rohrverschraubungen der Serie FK bei ordnungsgemäßer Installation selbst in kritischen Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie durch eine lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit aus. Sie ermöglichen einen leckagefreien Betrieb und verbessern die Gesamtsystemeffizienz Ihrer Anlage. Gleichzeitig reduzieren sie potenzielle Emissionen und damit auch die Umweltauswirkungen Ihrer Plattform.
Höhere Haltekraft
Dank der kombinierten mechanischen Haltekonstruktion mit zwei Klemmringen ist die Serie FK die optimale Lösung für zuverlässige Verschraubungen. Über den gehärteten vorderen Klemmring „verbeißt“ sich die Verschraubung buchstäblich in der Rohrleitung. Das schafft eine außerordentlich hohe Druckrate. Diese einsatzgehärteten Klemmringe bieten eine hervorragende Haltekraft für Anwendungen, in denen diese Eigenschaft unerlässlich ist.
Vibrationsbeständigkeit
Der Scharnier-Spann-Effekt ermöglicht einen geringfügigen Bewegungsspielraum in der Verschraubung („Zurückfedern“), ohne dabei an Klemmfestigkeit und Haltekraft einzubüßen. Dies sorgt für eine hohe Vibrationsbeständigkeit und verbessert die Zuverlässigkeit in Anwendungen mit hoher Vibrationsbelastung. Durch die Rückfederung halten die Rohrverschraubungen außerdem thermischen Veränderungen besser stand. Diese können die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen, da sich Metalllegierungen bei thermischen Veränderungen ggf. ausdehnen oder zusammenziehen.
Leckagefreie Abdichtung
Rohrverschraubungen der Serie FK haben zwei Kontaktzonen entlang längerer Dichtflächen, wobei eine am Rohr entlang und eine weitere an der Verschraubung verläuft. Diese Kontaktflächen sind leicht abgewinkelt, um ein optimales Spannungsniveau zu schaffen und damit sicherzustellen, dass die Dichtung hält. Dank der beiden Klemmringe erzielen die Verschraubungen eine hohe Dichtleistung: Der vordere Klemmring erzeugt eine lange Kontaktebene, während der hintere Klemmring fest in das Rohr selbst greift und seine eigene Oberflächendichtung erzeugt. Die langen, präzise gefertigten Oberflächen des vorderen Klemmrings tragen ebenfalls zu einer hochzuverlässigen Gasabdichtung bei.
Optimale Dimensionierung
Rohrverschraubungen der Serie FK sind in verschiedenen Größen von bis zu 1 Zoll verfügbar und eignen sich ideal für extrem tiefe Bohrungen, die bei modernen Bohrverfahren erforderlich sind. Dank der größeren Rohrverschraubungen können selbst bei größeren Tiefen höhere Durchflussraten erzielt werden, womit die Serie FK anderen Verschraubungen in puncto Effizienz weit überlegen ist.
Rohrverschraubungen der Serie FK und Konus-/Gewindeverschraubungen im Vergleich
Aufgrund ihrer hohen Druckstufen waren Konus-/Gewindeverschraubungen für Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie bislang stets die erste Wahl. Allerdings haben Konus-/Gewindeverschraubungen im Vergleich zur Serie FK einige Nachteile, wie etwa eine unzureichende Effizienz und höhere Wartungsanforderungen.
Montage
Die Montage von Konus-/Gewindeverschraubungen erfordert spezifische Kenntnisse und Erfahrung. Zudem kann der Montageprozess mit einem hohen Arbeits- und Zeitaufwand verbunden sein. Bei Konus-/Gewindeverschraubungen sind neben speziellen Montagewerkzeugen außerdem Schmiermittel zur Reduzierung der Reibung während des Schneidprozesses erforderlich. Im Gegensatz dazu lassen sich Rohrverschraubungen der Serie FK ganz einfach mit einem gängigen Schraubenschlüssel und einem Schraubstock montieren. Rohrverschraubungen der Serie FK können fünfmal schneller montiert werden als vergleichbare Konus-/Gewindeverschraubungen und stellen von Beginn an eine leckagefreie Abdichtung sicher.
Wartung
Dank der leckagefreien Abdichtung bei ordnungsgemäßer Erstmontage werden Nacharbeiten nach der Auslieferung des Systems minimiert und auch die Wartungskosten können insgesamt deutlich gesenkt werden. Konus-/Gewindeverschraubungen lassen aufgrund ihrer Beschaffenheit nach einer gewissen Zeit an Dichtkraft nach und erfordern zusätzliche Aufmerksamkeit. Schätzungen zufolge müssen etwa 20 % der Konus-/Gewindeverschraubungen in einem Plattformsystem bereits während der Erstmontage und der Druckprüfung nachgezogen werden. Im Gegensatz dazu sind bei Rohrverschraubungen der FK-Serie nahezu keine Nacharbeiten notwendig. Ausschlaggebend dafür sind die einfache Montage und die Überprüfung mittels einer Prüflehre.
Komplexität
Bei Systemen, die regelmäßig Stößen oder Vibrationen ausgesetzt sind, müssen Konus-/Gewindeverschraubungen mit einem zusätzlichen Vibrationsschutz ausgestattet werden. Wird die Montage ohne Antivibrationsbuchsen oder durch einen Techniker ausgeführt, der nicht mit dem Vorbereitungs- und Montageprozess vertraut ist, steigt das Risiko von frühzeitigen Leckagen an den Konus-/Gewindeverschraubungen beträchtlich.
Zeitersparnisse, die sich aufsummieren
Rohrverschraubungen der Serie FK sparen sehr viel Zeit. Stellen Sie sich etwa vor, eine Offshore-Plattform wird mit einer Einspritzvorrichtung für mittleren Druck ausgestattet. Hierfür kommen Rohre und Verschraubungen aus Edelstahl 316 zum Einsatz und alle 500 Verschraubungen werden von einem einzigen geschulten Monteur eingebaut.
Die Zeit für die Montage einer Verschraubung hängt vom Rohrdurchmesser, der Werkstoffart sowie der Kompetenz des Monteurs ab.
In diesem Beispiel benötigt der Monteur vier Minuten pro Klemmringverschraubung der Serie FK. Für die Konus-/Gewindeverschraubung benötigt er 20 Minuten, d. h. fünfmal so lange.
Für den Einbau von 500 Rohrverschraubungen der Serie FK ergibt sich eine Montagezeit von ca. 33,3 Stunden (2.000 Minuten), während die Montagezeit bei 500 Konus-/Gewindeverschraubungen insgesamt 166,7 Stunden (10.000 Minuten) beträgt.
Überlegungen zur Werkstoffauswahl
Wenn ein Metallatom durch eine Flüssigkeit oxidiert wird, führt dies zu einem Materialverlust auf der Metalloberfläche. So entsteht Korrosion. Durch diesen Verlust reduziert sich die Wandstärke eines Bauteils und das Risiko eines mechanischen Versagens steigt. Aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen und hohen Korrosionsrisiken auf Öl- und Gasplattformen ist die Spezifikation der richtigen Werkstoffe für wichtige Bauteile von großer Bedeutung. Um Systeme optimal vor korrosionsbedingten Problemen zu schützen, stehen für Rohrverschraubungen der Serie FK mehrere unterschiedliche Werkstoffoptionen zur Auswahl – wie zum Beispiel Legierung 2507, Legierung 625 sowie Edelstahl 316.
Die Legierung 2507 bietet die höchste Korrosionsbeständigkeit in Anwendungen mit hoher Chloridbelastung und trägt dazu bei, Problemen auf Offshore-Plattformen wirksam vorzubeugen. Bestandteile wie Nickel, Molybdän, Chrom, Stickstoff und Mangan sorgen für eine hohe Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion, Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion und gewährleisten gleichzeitig die Schweißbarkeit des Werkstoffs.
Außerdem bietet die Legierung 2507 eine höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit bei höheren Druckstufen, sodass Verschraubungen der Serie FK auch bei hohen Drücken mit einer geringeren Wanddicke auskommen und mehr Medium durch die Rohre transportiert werden kann.
Die Werkstoffspezialisten von Swagelok unterstützen Sie gerne bei der Auswahl einer optimierten Werkstoffkombination, die Ihre Anforderungen so kosteneffizient wie möglich erfüllt. Unsere Teams beschäftigen sich bereits seit 1947 mit dem Thema Korrosion. Sie wissen, welche Faktoren zur Entstehung von Korrosion beitragen, und unterstützen Sie mit fundierten Fachkenntnissen bei der Werkstoffauswahl.
Überblick über verschiedene Korrosionsarten
Auf Offshore-Plattformen treten unterschiedliche Korrosionsarten auf. In den folgenden Abschnitte werden verschiedene Korrosionsarten sowie deren Erkennungsmerkmale beschrieben.
Allgemeine Korrosion
Die allgemeine Korrosion ist die häufigste und am leichtesten erkennbare Korrosionsart und findet in der Regel gleichmäßig über eine metallische Oberfläche statt. Sie verursacht im Allgemeinen zwar keine katastrophalen Ausfälle, allerdings muss die allmähliche Verringerung der Wanddicke eines Bauteils bei der Berechnung der Druckstufen für Rohrleitungen entsprechend berücksichtigt werden.
Lokaler Lochfraß
Lochfraß macht sich durch kleine Aushöhlungen oder Löcher auf der Oberfläche des Werkstoffs bemerkbar. Auch wenn diese Löcher bei gründlicher Inspektion in den meisten Fällen entdeckt werden, können sie so tief werden, dass sie die Wand eines Rohrs vollständig perforieren. Lochfraß wird zumeist in Umgebungen mit hohem Chloridgehalt bei erhöhten Temperaturen beobachtet.
Lokale Spaltkorrosion
In herkömmlichen Fluidsystemen gibt es Spalten an unterschiedlichen Stellen, etwa zwischen Rohrleitungen und Rohrhalterungen oder Rohrklemmen, zwischen parallel verlaufenden Rohren sowie unter Ablagerungen und Verschmutzungen, die sich auf der Oberfläche angesammelt haben. Es ist praktisch unmöglich, Spalten in Rohrleitungssystemen zu vermeiden, und insbesondere schmale Spalten stellen eine der größten Korrosionsgefahren dar.
Spannungsrisskorrosion
Spannungsrisskorrosion ist gefährlich, da sie auch bei Belastungen unterhalb der Streckgrenze zu einer Beschädigung eines Bauteils führen kann. Bei Vorhandensein von Chloridionen ist austenitischer Edelstahl anfällig gegenüber Spannungsrisskorrosion. Die Ionen reagieren mit dem Werkstoff am Anfang eines Risses, wo die Zugspannung am höchsten ist. Dadurch kann sich der Riss leichter ausbreiten. Spannungsrisskorrosion ist oftmals schwer erkennbar und das endgültige Versagen kommt oft plötzlich.
Die perfekte Wahl für moderne Öl- und Gasanwendungen
Betreiber von Upstream-Anlagen in der Öl- und Gasindustrie stehen heutzutage vor Herausforderungen, die nur mit hochwertigen, zuverlässigen und leistungsstarken Bauteilen für hochanspruchsvolle Anwendungen zu bewältigen sind. Von der Auslegung über die Inbetriebnahme bis zum täglichen Betrieb und zur Wartung, die Senkung der Gesamtlebenszykluskosten spielt in jeder einzelnen Phase eine wesentliche Rolle.
Swagelok-Rohrverschraubungen der Serie FK tragen maßgeblich dazu bei, Wartungskosten zu senken, die Produktionsgeschwindigkeit zu steigern, Umweltbelastungen durch Leckagereduzierung einzudämmen und die Betriebssicherheit insgesamt zu verbessern. Dank ihrer robuster Auslegung, vereinfachter Montageprozesse und leistungsstarker Legierungen sind Rohrverschraubungen der Serie FK optimal geeignet, um die anspruchsvollen Anforderungen im Upstream-Sektor der Öl- und Gasindustrie zu erfüllen. Darüber hinaus bieten wir für unsere Rohrverschraubungen der Serie FK umfassende Services, wie zum Beispiel spezielle Schulungen, Vor-Ort-Bewertungen, Auslegungs- und Montageservices usw.
Unsere Öl- und Gasspezialisten erläutern Ihnen gerne, welche Vorteile die Rohrverschraubungen der Serie FK für Ihr nächstes Projekt bieten. Wenden Sie sich an unsere Teams und finden Sie heraus, wie Sie mit Rohrverschraubungen der Serie FK die Effizienz und Zuverlässigkeit Ihrer Anlagen steigern.