Eine Rohrleitung, die neue Standards setzt
Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen
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EIN ROHR AUS EDELSTAHL entlang des Verlaufs einer 11 Kilometer langen Wasserleitung im Mesa Verde
National Park im US-Bundesstaat Colorado.
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BEENGTE PLATZVERHÄLTNISSE für den Einsatz von Richtbohrgeräten, mit denen zwei Meter unter der Oberfläche
ein Schacht für die Wasserleitung gebohrt wird.
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DAS BOHRGERÄT, mit dem die Bohrung für die Wasserleitung durchgeführt, die Öffnung auf ihren endgültigen
Durchmesser ausgeschachtet und die Rohre aus Edelstahl Rostfrei eingezogen werden.
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DER BOHRKOPF ist beim Richtungsbohren der einzige Teil des Bohrers, der sich dreht.
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DIE ROHRE AUS EDELSTAHL ROSTFREI mit einem Durchmesser von 168 Millimetern und einer Wandstärke von 7 mm
wurden in Einheiten von 16 Metern Länge geliefert.
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EINIGE DER GERÄTSCHAFTEN, die für die Fertigstellung der 11 Kilometer langen Wasserleitung erforderlich
waren.
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SPEZIELLE SCHWEISSSTATION, in der die Rohre zu Einheiten von bis zu 500 Metern Länge zusammengefügt
wurden.
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FÜR ALLE SCHWEISSVERBINDUNGEN wurde ein manuelles WIG- Schweißverfahren eingesetzt.
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DIE BEEINTRÄCHTIGUNG DER NATÜRLICHEN UMWELT wurde auf ein Minimum beschränkt, indem man die Größe und
Anzahl der zur Verbindung langer Rohrstrecken benötigten Gräben auf ein Minimum reduzierte.
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Nickelhaltiger Edelstahl Rostfrei wurde in Nordamerika erstmals für den Bau einer unterirdisch
verlaufenden Trinkwasserleitung verwendet.
Von Steve Lamb
Nickel Magazine, Oktober, 2003 -- Der National Park Service der Vereinigten
Staaten sah sich im Zusammenhang mit dem Nationalpark Mesa Verde mit einer Herausforderung konfrontiert: Es
ging darum, eine Möglichkeit zu finden, Schneeschmelzwasser sicher von den beeindruckenden Wasserläufen in
den Fußhügeln des südwestlichen Colorado in eine innerhalb der Grenzen des Nationalparks gelegene
Wasseraufbereitungsanlage zu transportieren, ohne dadurch die natürliche Schönheit des Parks zu
beeinträchtigen.
Mesa Verde ist die erste World Heritage Site der Vereinigten Staaten und beherbergt Hunderte 700 Jahre alte Steindörfer der Ancestral Puebloans, die sich an die überhängenden Klippen schmiegen. Da diese Gegend als archäologische Stätte ersten Ranges gilt, kam es nicht in Frage, einen 11 Kilometer langen Graben für eine Wasserleitung durch das ganze Gebiet zu ziehen. So kam schließlich ein Horizontalbohrverfahren ins Spiel.
Beim Richtungsbohren wird ein Bohrkopf in horizontaler Richtung vorbewegt. Das Bohrgestänge dreht sich nicht, sondern schiebt nur einen rotierenden Bohrkopf durch die Erde. In diesem Fall wurde anfänglich in einer Tiefe von 1,8 m ein Loch mit einem Durchmesser von 8 cm gebohrt. Danach wurde ein größerer Ausräumkopf am Bohrgestänge montiert und durch das gebohrte Loch zurückgezogen, wodurch dieses auf einen Durchmesser von 15 cm erweitert wurde. Die zu einzelnen Abschnitten von bis zu 500 m Länge verschweißte Rohrleitung wurde dann am Bohrgestänge befestigt und rückwärts in das Loch eingezogen. Der Bohrschlamm, reich an Betonitlehm, erstarrt nach dem Trocknen zu einer harten Hüllschicht auf dem Rohr. Je nach Gelände und Bodenbedingungen kann mit Hilfe dieses Verfahrens ein 500 m langer Rohrabschnitt in 96 Stunden bis einer Woche installiert werden. Längere Zeit benötigt man, wenn man in einem Gelände bohrt, in dem das Erdreich stärker mit Steinen und Felsen durchmischt ist. Dies kann zum Einsturz oder zu Instabilität der Bohrlöcher führen.
Das Richtungsbohren hat sich als effektive und effiziente Möglichkeit, in Mesa Verde eine Wasserleitung zu verlegen, erwiesen, da dadurch das Gelände nur minimal beeinträchtigt wurde und der Auftragnehmer, die Firma Triad Western Constructors, Inc., dazu in der Lage war, sowohl die Bohrtiefe als auch die Bohrrichtung exakt zu steuern.
Zusätzlich zu diesem Bohrverfahren spezifizierten die Projektingenieure - die Firma RTW Engineers - einen Werkstoff, der für diese spezielle Anwendung in Nordamerika noch nie zuvor eingesetzt worden war: Edelstahl Rostfrei S31600 mit einem Nickelgehalt von 12 %. Der Edelstahl wurde im Gegensatz zu den anderen Werkstoffen, die in 6 Meter langen Abschnitten geliefert werden, in 16 m langen Abschnitten geliefert und dann auf die endgültige Länge zusammengeschweißt, was bei den genannten längeren Abschnitten natürlich weniger Schweißnähte erforderte. Außerdem bot die voll verschweißte Naht weniger Gelegenheit für ein Lecken der Rohrleitung. Polyethylen hoher Dichte (HDPE) war nicht dazu in der Lage, den bei dieser Anwendung auftretenden hohen Drücken standzuhalten. Aufgrund eines Höhenunterschieds von 760 m bewegten sich die Drücke im Bereich von 1,3 Megapascal. Kugelgraphitgusseisen wiederum war für die Verwendung in Kombination mit dem Richtungsbohrverfahren zu massig und schwer. Edelstahl Rostfrei bot im Rahmen dieses speziellen Projekts unter anderem auch die folgenden weiteren Vorteile:
- Die Rohre aus Edelstahl Rostfrei konnten vor Ort auf Längen von bis zu 500 Metern verschweißt werden.
- Rohre aus Edelstahl Rostfrei können miteinander sowie mit Pumpen und Ventilen unter Verwendung einer großen Vielfalt von Anschlussmethoden einschließlich mechanischer Anschlüsse, Schweißverfahren und Flanschverfahren verbunden werden.
- Auch Anbohrschellen, Rohrkupplungen und Rohrschellen sind in Edelstahl Rostfrei erhältlich (AWWA Standards C223 und C606).
- Die Duktilität und die Flexibilität von Edelstahl Rostfrei erlauben es dem Werkstoff, auch den Erdbewegungen standzuhalten.
- Edelstahl Rostfrei wird bei kalter Witterung nicht brüchig.
- Die Wasserqualität wird erhalten (gemäß der 61 Trinkwasserstandards des American National Standards Institute / National Sanitation Foundation ), so dass außer Bioziden (Chlorzusatz) keine weitere Wasserbehandlung erforderlich ist.
- Es wird davon ausgegangen, dass die Anlage eine lange Lebensdauer haben und nur ein Minimum an Instandhaltungsarbeiten erfordern wird. Es war nicht erforderlich, die Außenflächen des Edelstahlrohrs zu beschichten. Es wurden jedoch Opferanoden angebracht, um eine lange Lebensdauer in verschiedenen Bodenarten zu gewährleisten.
Die Rohre aus Edelstahl Rostfrei mit einem Durchmesser von 150 mm und einer Dicke von 8 mm (6 Zoll, Schedule 40) wurden von der Firma Marcigaglia USA mit Kappen an den Enden geliefert. Diese Rohrstücke wurden voll miteinander (4 Schweißschichten) zu 150 bis 500 Meter langen Rohrabschnitten verschweißt, die direkt für den Einschub in den Bohrkanal geeignet waren. Die einzelnen Rohrlängen wurden mit Hilfe von Rohrkupplungen aus Edelstahl Rostfrei S30403 und Kehlnähten an den Außendurchmessern der Rohre oder an den Ventilen miteinander verbunden. Als Schweißverfahren wurde ausschließlich ein manuelles WIG-Schweißverfahren angewandt, und alle Schweißnähte wurden komplett radiographisch überprüft (dabei wurden in der ganzen 11 km langen Rohrleitung nur zwei Schweißnähte beanstandet). Die Arbeiten wurden von PBS&J beaufsichtigt.
Die Armaturen wurden sowohl vor Ort als auch unter Werkstattbedingungen unter Verwendung von Argongas angeschweißt. Bei den Verbindungen handelte es sich um geschweißte Muffenverbindungen mit Kehlnähten am Außendurchmesser des Rohrs. Argongase wurden verwendet, um den Innendurchmesser und den Außendurchmesser der Rohrleitung während des Schweißens zu schützen. Die Grundnähte am Innendurchmesser wurden unter Zuhilfenahme von Innenkameras geprüft. Für die Fertigstellung der Rohre wurden zwei Schweißstationen vor Ort eingesetzt. Die erste Station stellte die Grundnaht und die Decknaht her, während die zweite Station die Schweißnaht mit zwei zusätzlichen Durchgängen (kein Schutzgas am Innendurchmesser) vervollständigte. Die radiographische Untersuchung wurde mehrere Rohrlängen von den Schweißorten entfernt durchgeführt.
Von Johnson Screens gelieferte Ablenkvorrichtungen werden das Schmelzwasser aus der westlichen Gabelung des Mancos River in die Rohrleitung befördern.
In Kombination mit einem Richtungsbohrverfahren haben sich Rohre aus Edelstahl Rostfrei als ideale Lösung für die Herausforderungen erwiesen, die die spezielle Umgebung den National Park Services in Colorado auferlegte.
Steve Lamb ist ein technischer Berater für das Nickel Development Institute
Fotos: Tom Skudra für NiDI
 National Park Service RTW Engineering Post Buckley Schuh & Jerneig (PBS&J) |
Free technical literature on the use of nickel-containing materials in the water industry: Besuchen Sie auch das dem Wassersektor gewidmete Webportal des NiDI: www.stainlesswater.org Um weitere Artikel aus dem Nickel Magazine über die Anwendung nickelhaltiger Werkstoffe im Wassersektor zu erhalten, klicken Sie hier. |
