Thema des Monats Dezember 2008

Bild: Seepockenbewuchs einer Schiffsschraube

Weltweit expandiert die Offshore-Industrie, ihre wirtschaftliche Bedeutung für die Öl- und Gasförderung und für die Windenergienutzung wird immer größer. Rohre und Drähte sind wichtige Komponenten, um den zuverlässigen Betrieb von Offshore-Anlagen zu ermöglichen und leistungsfähiger zu machen.

In diesem anspruchsvollen Einsatzbereich müssen die Materialien ein äußerst komplexes Anforderungsprofil erfüllen. Extrem korrosive Medien, hohe und wechselnde Lasten sowie Algen- und Muschelbewuchs sind nur einige Merkmale, die Offshore-Komponenten zuverlässig meistern müssen.

Armdicke Seile testen

Seile sind in Offshore-Applikationen ein zentraler Funktionsträger – als stehende Seile dienen sie zur Abspannung und Verankerung von Plattformen und als laufende Seile benötigt man sie zur Durchführung von Förder- und Montagearbeiten. In Offshore-Förderanlagen in großen Meerestiefen müssen die eingesetzten Seile aufgrund des Eigengewichts mit zunehmender Wassertiefe überproportional dimensioniert werden.

Armdicke Seile, die eine Bruchlast von bis zu 1800 Tonnen realisieren müssen, sind die Folge. Doch wie testet man solch anspruchsvolle und nahezu einzigartige Komponenten aus hochfestem Stahldraht hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften und der Lebensdauervorhersage?

Bild: Überprüfung der Seile mit der Dauerbiegemaschine. Foto: Acergy Group/IFT

Dieser Frage haben sich das Institut für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart in Kooperation mit der Acergy Group, einem Partner aus der Offshore-Industrie, angenommen.

Die Ingenieure fokussieren in ihren Arbeiten die Untersuchung von Seilen, die im Bereich des A&R (Abandonment and Recovery) von Pipelines und bei der Installation von Infrastrukturen auf dem Meeresboden zu Einsatz kommen. Dazu zählen beispielsweise Vorgänge wie das Ablegen und Wiederaufnehmen von Pipelines in Tiefen von bis zu 3.000 Metern und komplexe Montageprozesse unter Wasser.

Da die Einzeldrähte und die aus ihnen aufgebauten Litzen im Seil hohen mechanischen Anstrengungen hinsichtlich Zug, Querbelastung, Biegung, Torsion und lokaler Pressung unterworfen sind, ist es bisher nicht möglich, die Lebensdauer solcher Seile mit analytischen Methoden zuverlässig zu bestimmen.

Für das Forschungsprojekt wurde daher mit einem norwegischen Industriepartner eine weltweit einzigartige Dauerbiegemaschine konstruiert, die die notwendigen Lasten für diese Seile realisieren kann. Die Ergebnisse der Dauerbiegeversuche werden durch weitere Materialprüfungen – etwa magnetinduktive Charakterisierungen und Zugversuche – ergänzt und abschließend in ein Rope Monitoring System (RMS) eingepflegt.

Diese Datenbank kann auf Schiffen und Plattformen eingesetzt werden, um dann Seile vor Ort und im Betrieb zu überwachen.

Schädlichen Bewuchs vermeiden

Als Fouling oder Biofouling wird die unerwünschte wasserseitige Besiedlung von Plattformen, Seilen, Schiffsrümpfen oder Bojen durch Seepocken, Muscheln und andere Organismen bezeichnet.

Dieser organische Bewuchs bringt gerade im Offshore-Bereich schwerwiegende Nachteile mit sich: Sensor- und Monitoringsysteme zur Überwachung und Kontrolle werden unwirksam, der Strömungswiderstand von Schiffen wächst und erhöht den Treibstoffverbrauch und die Verletzungsgefahr bei Montagearbeiten steigt.

Bisher wurde dem Fouling meist mit hochtoxischen und schwermetallhaltigen Anstrichen – etwa auf der Basis der zwischenzeitlich verbotenen Chemikalie Tributylzinn (TBT) – begegnet.

Weltweit wird daher nach neuen, effektiven und vor allem umweltschonenden Antifouling-Konzepten gesucht. Wissenschaftler aus dem Team von Frau Prof. Dr. Antonia Kesel von der Hochschule Bremen haben jetzt einen bionischen Ansatz für die Herstellung von Antifouling-Oberflächen bis zur Marktreife entwickelt und bereits zum Patent angemeldet. Ein Lizenznehmer ist ebenfalls schon gefunden.

Ausgangspunkt für diese Innovation war die Beobachtung, dass Katzenhaie im Unterschied zu vielen anderen Meeresbewohnern keine Besiedlung ihrer Haut erfahren.

In einem interdisziplinären Projektteam – zusammengesetzt aus Biologen, Materialwissenschaftlern, Physikern, Maschinenbauern und Strömungsmechanikern – ist es den Forschern gelungen, den Funktionsmechanismus und die verantwortlichen Struktureffekte der Haihaut aufzuklären und technologisch nutzbar auf unterschiedliche Oberflächen zu übertragen.

Bereits erste Tests unter Realbedingungen in der Nordsee und im Mittelmeer zeigten positive Resultate. Die an Schiffsrümpfen montierten Testplatten zeigten einen um 70 Prozent reduzierten Bewuchs. Der erzeugte Antifouling-Effekt der Bremer Entwicklung beruht alleine auf den physikalischen Eigenschaften des Materials und kommt völlige ohne Chemie aus, zudem lässt er sich einfach applizieren – wie ein ganz normaler Lack.

Die Entwicklung bietet hohes Transferpotenzial für zahlreiche Industrien, denn Rohrleitungssysteme in der Lebensmittel- und Papierindustrie sind genauso von Biofouling betroffen wie Wärmetauscher und industrielle Kühlanlagen.

Dr.-Ing. Christoph Konetschny
Material- und Nanoexperte
www.materialsgate.de


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