Der Spion, der aus der Pipeline kommt

Ein neues High-Tech-Prüfgerät für Pipelines haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für zerstörungsfreie Prüfverfahren (IzfP) in Saarbrücken entwickelt. Acht Meter lang und vier Tonnen schwer ist der sogenannte Rißprüfmolch, der auf Polyurethankufen durch das Innere der Röhren gleitet. "Der Prüfmolch wird vom Öl in der Leitung vorangetrieben", berichtet Rudolf Neumann, Diplomingenieur beim IzfP. Mit Ultraschall sucht der Prüfmolch nach feinsten Rissen in den Rohrwänden. Bislang einmalig: Der Rohrspion ermittelt auch die Wanddicke der Leitungen. Dadurch können Schäden frühzeitig entdeckt und behoben werden. Für die Entwicklung des Lindwurms wurden die Saarbrücker Forscher zusammen mit Wissenschaftlern des Stuttgarter Instituts für Technologie und Entwicklung (TEG) im Oktober mit dem Fraunhofer-Preis 1997 ausgezeichnet. Ursprünglich kommt das Verfahren aus der Kerntechnik. In Reaktoren wird es zur Sicherheitsüberprüfung von Rohrleitungen eingesetzt. "Wir haben den Molch für die Untersuchung von Erdöl- und Erdgasleitungen weiterentwickelt", sagt Rudolf Neumann. Auftraggeber für das zwölf Millionen Mark teure Gerät ist die Firma Pipetronix aus Stutensee bei Karlsruhe, die weltweit Pipelines auf Fehler untersucht. Knapp drei Millionen Kilometer Pipelines zum Transport von Erdgas und Rohöl sind rund um den Globus verlegt. Zum größten Teil verlaufen sie unter der Erde. Unter dem hohen Druck von teilweise über 100 bar, dem die gefüllten Leitungen ausgesetzt sind, kann es durch Korrosion zu Rissen in der Rohrwand kommen, schlimmstenfalls bersten die Leitungen sogar ­ wie vergangenen Winter in Sibirien. "Um das zu verhindern, müssen Schäden an der Rohrwand frühzeitig erkannt und behoben werden", sagt Norman Vatter. Der Diplomingenieur ist Leiter der Abteilung Pipeline Integrity bei der Münchner Firma "Transalpine Ölleitung GmbH". Die Firma betreibt unter anderem die 465 Kilometer lange Rohölleitung von Triest nach Ingolstadt, die seit 30 Jahren in Betrieb ist. Vatter und seine Kollegen von anderen Betreibergesellschaften benötigen zuverlässige und ständig aktualisierte Informationen über das Innenleben der von ihnen benutzten Rohstoffleitungen. Wie ein Zug aufgebautIm Sommer ging der Prüfmolch der Fraunhofer-Ingenieure auf einem Teilstück der transalpinen Leitung von Kienburg nach Ingolstadt auf Inspektionsreise. Vier Tage benötigte der Prüfmolch für die 230 Kilometer lange Strecke. Um die Kurven der Leitungen passieren zu können, ist der unterirdische Spion wie ein Zug aus mehreren Einheiten aufgebaut: Zwei Druckbehälter aus Spezialstahl und ein Sensorträger sind hintereinander gekoppelt und über Kardangelenke verbunden. Im ersten Stahlbehälter befindet sich die Energieversorgung des Zuges. Er ist vollgepackt mit Lithium-Batterien, die eine Gesamtleistung von 100 Kilowatt-Stunden bieten. "Damit kommen wir bei vollem Betrieb auf eine Reichweite von 300 Kilometern", sagt Neumann. Im zweiten Druckbehälter ist die gesamte Elektronik untergebracht. Der dritte Teil, der sogenannte Sensorträger, ist mit 896 Sensoren bestückt. Diese senden Schallwellen mit einer Frequenz von einem bis vier Megahertz aus und registrieren die zurückkommenden Signale.Je nach Rohrdurchmesser ist eine unterschiedliche Anzahl von Sensoren aktiv. "Bei der transalpinen Leitung mit einem Durchmesser von knapp einem Meter senden 640 Sensoren Signale mit einer Frequenz von zwei Megahertz", sagt Neumann. Dabei nimmt der Prüfmolch pro Sekunde eine Datenmenge von einer Milliarde Bytes auf. Diese Informationsflut wird durch ein mathematisches Verfahren auf 10 000 relevante Daten reduziert. Verräterische Rostspuren Angetrieben vom Öldruck in der Leitung bewegt sich der Molch mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde voran. "Millimeter für Millimeter wird die Rohrwand dabei mit Ultraschall abgetastet", sagt Neumann. "Aus den zurückgestreuten Echowellen lassen sich selbst feinste Risse in der Leitung erkennen." Die Wellen geben Auskunft über die Dicke der Rohrwand. Wird die Metallwand an bestimmten Stellen dünner, so ist dies ein Zeichen, daß sich dort Rost bildet. Bei Pipelines frißt sich der Rost von außen nach innen. "Werden die korrodierten Stellen nicht erkannt und ausgebessert, können sich Risse bilden", erklärt Ingenieur Vatter. Die Pipeline könne dann sogar platzen. Die Auswertung der Echosignale erleichtert das sogenannte Alok-Verfahren. "Alok steht für Amplitude-Laufzeit-Ortskurve", erklärt Neumann. Die Saarbrücker Forscher haben dieses mathematische Verfahren in über zehnjähriger Arbeit entwikkelt. Die Alok-Methode ermöglicht die Unterscheidung von Rißstellen und intakten Schweißnähten, indem die zurückgestreuten Echowellen genauestens analysiert werden. "Dadurch sind wir in der Lage, selbst kleinste Unregelmäßigkeiten herauszufiltern", sagt Neumann. Gesammelt wird die Datenmenge auf 16 Festplatten mit einer Kapazität von insgesamt 64 Gigabyte. Die Datenspeicher befinden sich, stoßfest gelagert, im zweiten Druckbehälter, der elektronischen Schaltzentrale des Molchs. Nach Ankunft des Prüfmolchs am Ziel in Ingolstadt werden die Daten ausgewertet. Dabei ist vor allem eines wichtig: Genaue Angaben darüber, wo sich möglicherweise fehlerhafte Stellen befinden. Solche Positionsangaben erhalten die Ingenieure mit Hilfe des satellitengestützten Global Positioning Systems (GPS). Eine Antenne an der "Nase" des Lindwurms sendet niederfrequente Strahlung von 22 Hertz aus. Das Signal wird an oberirdischen Meßstellen registriert. Über eine Uhr im Inneren des Prüfmolchs kann dessen Position bis auf zwanzig Zentimeter genau angegeben werden. Mit Hilfe einer derart genauen Ortsangabe kann die schadhafte Stelle rasch repariert werden. Für das 160 Kilometer lange deutsche Teilstück bis Ingolstadt haben Pipetronix-Mitarbeiter die gesammelten Daten bereits ausgewertet. Ergebnis: Die Öl-Pipeline ist auch nach dreißig Jahren noch voll funktionsfähig. "Wir wissen jetzt mehr über das Innenleben unserer Pipelines als bei Inbetriebnahme", sagt Norman Vatter von der Betreibergesellschaft. Demnächst wird der Prüfmolch auch in Italien, Österreich und Rußland auf Inspektionsreise gehen.