Überblick

Werkstoffe für On- und Offshore

| Redakteur: Simone Käfer

Ob als Förderleitung oder Transportsystem für korrosives Öl und Gas: Hochleistungsrohre für Nieder-, Mittel- oder Hochdruckanwendungen aus Edelstahl Rostfrei gewährleisten die geforderten Standzeiten.
Ob als Förderleitung oder Transportsystem für korrosives Öl und Gas: Hochleistungsrohre für Nieder-, Mittel- oder Hochdruckanwendungen aus Edelstahl Rostfrei gewährleisten die geforderten Standzeiten. (Bild: WZV, Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e.V.)

Materialien für Offshore- und Onshore-Arbeiten sind korrosive Medien wie Meerwasser oder Kohlendioxid, hohe Temperaturen, Drücke und Abrasion. Rohre und Anlagenbestandteile aus hochbelastbarem Edelstahl Rostfrei wollen diesen Umweltbedingungen trotzen.

Die Suche, Gewinnung und Verarbeitung fossiler Energieträger und mineralischer Rohstoffe verlagern sich in immer abgelegenere Gebiete. Das spürt auch die Offshore- oder Onshore-Industrie, deren Anlagen und Komponenten hohen Belastungen ausgesetzt ist. Was wiederum zu einem Kosten- und Zeitdruck für die Betreiber führt. Bei Arbeiten am und im Meer kommt es auf Werkstoffe an, die den aggressiven Einsatzbedingungen dauerhaft standhalten können und die Funktionssicherheit und Haltbarkeit der Systeme nachhaltig gewährleisten. Dazu zählen korrosionsbeständige austenitische Stähle aus Chrom-Nickel- oder Chrom-Nickel-Molybdän-Legierungen sowie nichtrostende Stähle mit Duplex-Gefüge und Sonderlegierungen. Welches Material das richtige ist, hängt von der Anwendung ab.

Längsnahtgeschweißte, mit nichtrostendem Edelstahl metallurgisch plattierte Rohre sind durch geringere Wanddicken als bei austenitischen Vollwandrohren in der Exploration stark im Einsatz.
Längsnahtgeschweißte, mit nichtrostendem Edelstahl metallurgisch plattierte Rohre sind durch geringere Wanddicken als bei austenitischen Vollwandrohren in der Exploration stark im Einsatz. (Bild: WZV, Sandvik)

Austenitischer Edelstahl

In Offshore-Bohranlagen wird vorwiegend austenitischer Edelstahl für mechanische Rohre mit hoher Dehngrenze verwendet. Typische Einsatzfälle dieser Rohre sind Bohrlochköpfe und Eruptionskreuze. Unter der Erde steigt der Druck je 10 m Tiefe um etwa 1 bar. Die auch Christmastree 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.

Duplex-Edelstähle

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 Temperaturen 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.

In Umbilicals dienen nahtlose Rohre aus Superduplex-Edelstahl als kilometerlange Hydraulikleitung zur Steuerung der Bohrköpfe.
In Umbilicals dienen nahtlose Rohre aus Superduplex-Edelstahl als kilometerlange Hydraulikleitung zur Steuerung der Bohrköpfe. (Bild: WZV, Sandvik)

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 Umbilicals beispielsweise als bis zu 70 km 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 1450 m 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.

Das äußere Rohr der Filtervorrichtung ist aus korrosionsbeständigem Gewebe aus Edelstahl Rostfrei gefertigt und hält während der Öl- und Gasförderung hohem Druck und aggressiven Medien dauerhaft stand.
Das äußere Rohr der Filtervorrichtung ist aus korrosionsbeständigem Gewebe aus Edelstahl Rostfrei gefertigt und hält während der Öl- und Gasförderung hohem Druck und aggressiven Medien dauerhaft stand. (Bild: WZV, Schmolz+Bickenbach)

Komponenten mit hochbelastbarem Edelstahl

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.

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