Der Transport von Erdgas

Der effiziente und effektive Transport von Erdgas von den Fördergebieten zu den Verbrauchsgebieten erfordert ein umfangreiches und ausgeklügeltes Transportsystem. In vielen Fällen muss das aus einer bestimmten Bohrung geförderte Erdgas eine große Entfernung zurücklegen, um den Ort seiner Verwendung zu erreichen. Das Transportsystem für Erdgas besteht aus einem komplexen Netz von Pipelines, die dafür ausgelegt sind, das Erdgas schnell und effizient von seinem Ursprung zu den Gebieten mit hohem Erdgasbedarf zu transportieren. Der Transport von Erdgas ist eng mit seiner Speicherung verknüpft: Sollte das transportierte Erdgas nicht sofort benötigt werden, kann es in Speicheranlagen eingelagert werden, wenn es gebraucht wird.

Es gibt drei Haupttypen von Pipelines entlang der Transportroute: das Sammelsystem, das zwischenstaatliche Pipelinesystem und das Verteilungssystem. Das Sammelsystem besteht aus Niederdruck-Pipelines mit geringem Durchmesser, die das Rohgas vom Bohrloch bis zur Aufbereitungsanlage transportieren. Sollte das Erdgas aus einer bestimmten Quelle einen hohen Schwefel- und Kohlendioxidgehalt aufweisen (Sauergas), muss eine spezielle Sauergasleitung verlegt werden. Da Sauergas korrosiv ist, muss der Transport vom Bohrloch bis zur Süßungsanlage sorgfältig durchgeführt werden. Überprüfen Sie die Behandlung und Verarbeitung von Erdgas.

Pipelines können als zwischenstaatlich oder innerstaatlich bezeichnet werden. Interstate-Pipelines ähneln dem Interstate-Highway-System: Sie transportieren Erdgas über Staatsgrenzen hinweg, in einigen Fällen sogar quer durch das ganze Land. Intrastate-Pipelines hingegen transportieren Erdgas innerhalb eines bestimmten Staates. In diesem Abschnitt werden nur die Grundlagen der zwischenstaatlichen Erdgaspipelines behandelt, die technischen und betrieblichen Details sind jedoch im Wesentlichen die gleichen wie bei den innerstaatlichen Pipelines.

Interstaatliche Erdgaspipelines

Interstaatliche Erdgaspipelines

Quelle: National Energy Technology Laboratory, DOE

Das zwischenstaatliche Erdgaspipelinenetz transportiert aufbereitetes Erdgas von den Aufbereitungsanlagen in den Förderregionen zu den Gebieten mit hohem Erdgasbedarf, insbesondere zu den großen, dicht besiedelten Stadtgebieten. Wie man sieht, erstreckt sich das Pipelinenetz über das gesamte Land.
Interstaatliche Pipelines sind die „Autobahnen“ des Erdgastransports. Erdgas, das durch zwischenstaatliche Pipelines transportiert wird, steht in der Pipeline unter hohem Druck, und zwar unter einem Druck von 200 bis 1500 Pfund pro Quadratzoll (psi). Dadurch wird das Volumen des transportierten Erdgases (um das bis zu 600-fache) verringert und das Erdgas durch die Pipeline getrieben.

In diesem Abschnitt werden die Bestandteile des zwischenstaatlichen Pipelinesystems, der Bau von Pipelines sowie die Inspektion und Sicherheit von Pipelines behandelt. Weitere Informationen über zwischenstaatliche Pipelines im Allgemeinen finden Sie hier auf der Website der Interstate Natural Gas Association of America.

Pipeline-Komponenten

Interstate-Pipelines bestehen aus einer Reihe von Komponenten, die die Effizienz und Zuverlässigkeit eines Systems gewährleisten, das das ganze Jahr über, vierundzwanzig Stunden am Tag, eine so wichtige Energiequelle liefert.

Übertragungsrohre

Rohre im Transit

Quelle: Duke Energy Gas Transmission Canada

Transportrohre können je nach ihrer Funktion einen Durchmesser von 6 bis 48 Zoll haben. Bestimmte Rohrabschnitte können sogar aus Rohren mit einem Durchmesser von nur 0,5 Zoll bestehen. Diese Rohre mit kleinem Durchmesser werden jedoch in der Regel nur in Sammel- und Verteilungssystemen verwendet. Haupttransportrohre, die Hauptleitung in einem bestimmten System, haben in der Regel einen Durchmesser zwischen 16 und 48 Zoll. Seitliche Rohrleitungen, die Erdgas zur oder von der Hauptleitung liefern, haben in der Regel einen Durchmesser zwischen 6 und 16 Zoll. Die meisten großen zwischenstaatlichen Pipelines haben einen Durchmesser zwischen 24 und 36 Zoll. Die eigentliche Pipeline, die gemeinhin als Leitungsrohr“ bezeichnet wird, besteht aus stabilem Kohlenstoffstahl, der nach den Normen des American Petroleum Institute (API) hergestellt wird. Im Gegensatz dazu werden einige Verteilerrohre aus hochentwickeltem Kunststoff hergestellt, da sie flexibel, vielseitig und leicht austauschbar sein müssen.

Übertragungsleitungen werden in Stahlwerken hergestellt, die manchmal darauf spezialisiert sind, nur Pipelines herzustellen. Es gibt zwei verschiedene Produktionsverfahren, eines für Rohre mit kleinem Durchmesser und eines für Rohre mit großem Durchmesser. Bei Rohren mit großem Durchmesser (20 bis 42 Zoll) werden die Rohre aus Metallblechen hergestellt, die in eine Rohrform gefaltet und an den Enden zu einem Rohrabschnitt zusammengeschweißt werden. Rohre mit kleinem Durchmesser können dagegen nahtlos hergestellt werden. Dazu wird eine Metallstange auf sehr hohe Temperaturen erhitzt und dann ein Loch durch die Mitte der Stange gestanzt, so dass ein Hohlrohr entsteht. In beiden Fällen wird das Rohr vor dem Versand aus dem Stahlwerk geprüft, um sicherzustellen, dass es den Druck- und Festigkeitsnormen für den Transport von Erdgas entspricht.

Leitungsrohre werden außerdem mit einer speziellen Beschichtung versehen, um sicherzustellen, dass sie nicht korrodieren, sobald sie im Boden verlegt sind. Die Ummantelung soll das Rohr vor Feuchtigkeit schützen, die Korrosion und Rostbildung verursacht. Es gibt eine Reihe verschiedener Beschichtungstechniken. In der Vergangenheit wurden Rohrleitungen mit speziellem Kohlenteer-Email beschichtet. Heute werden Rohre häufig mit einem so genannten Schmelzbindungsepoxid geschützt, das dem Rohr eine auffällige hellblaue Farbe verleiht. Außerdem wird häufig ein kathodischer Schutz verwendet, bei dem elektrischer Strom durch die Rohre fließt, um Korrosion und Rost zu verhindern.

Kompressorstationen

Wie bereits erwähnt, steht Erdgas auf dem Weg durch eine zwischenstaatliche Pipeline unter hohem Druck. Um sicherzustellen, dass das durch eine Pipeline fließende Erdgas unter Druck bleibt, muss es in regelmäßigen Abständen entlang der Pipeline verdichtet werden. Dies geschieht in Verdichterstationen, die in der Regel in Abständen von 40 bis 100 Meilen entlang der Pipeline angeordnet sind. Das Erdgas gelangt in die Verdichterstation, wo es entweder durch eine Turbine, einen Motor oder eine Maschine verdichtet wird.

Eine Verdichterstation

Quelle: Duke Energy Gas Transmission Canada

Turbinenverdichter gewinnen ihre Energie, indem sie einen kleinen Teil des verdichteten Erdgases verbrauchen. Die Turbine selbst dient zum Betrieb eines Zentrifugalverdichters, der eine Art Ventilator enthält, der das Erdgas verdichtet und durch die Pipeline pumpt. Einige Verdichterstationen werden mit einem Elektromotor betrieben, der die gleiche Art von Zentrifugalkompressor antreibt. Für diese Art der Verdichtung wird kein Erdgas aus der Leitung verwendet, allerdings ist eine zuverlässige Stromquelle in der Nähe erforderlich. Für den Antrieb einiger Verdichterstationen werden auch Erdgasmotoren eingesetzt. Diese Motoren ähneln einem sehr großen Automotor und werden mit Erdgas aus der Pipeline betrieben. Durch die Verbrennung des Erdgases werden Kolben an der Außenseite des Motors angetrieben, die das Erdgas verdichten.

Zusätzlich zur Verdichtung des Erdgases enthalten Verdichterstationen in der Regel auch eine Art Flüssigkeitsabscheider, ähnlich denen, die zur Entwässerung des Erdgases während seiner Verarbeitung verwendet werden. Diese Abscheider bestehen in der Regel aus Wäschern und Filtern, die Flüssigkeiten oder andere unerwünschte Partikel aus dem Erdgas in der Pipeline auffangen. Obwohl Erdgas in Pipelines als „trockenes“ Gas gilt, ist es nicht ungewöhnlich, dass während des Transports eine gewisse Menge an Wasser und Kohlenwasserstoffen aus dem Gasstrom kondensiert. Die Flüssigkeitsabscheider in den Verdichterstationen sorgen dafür, dass das Erdgas in der Pipeline so rein wie möglich ist, und filtern das Gas in der Regel vor der Verdichtung.

Messstationen

Zusätzlich zur Verdichtung des Erdgases, um sein Volumen zu verringern und es durch die Leitung zu drücken, werden in regelmäßigen Abständen Messstationen entlang der zwischenstaatlichen Erdgaspipelines eingerichtet. Diese Stationen ermöglichen es den Pipelineunternehmen, das Erdgas in ihren Leitungen zu überwachen. Im Wesentlichen messen diese Messstationen den Gasfluss entlang der Pipeline und ermöglichen es den Pipeline-Unternehmen, das Erdgas auf seinem Weg durch die Pipeline zu verfolgen“. Diese Messstationen verwenden spezielle Zähler, um das Erdgas zu messen, während es durch die Pipeline fließt, ohne seine Bewegung zu behindern.

Ventile

Ein Bodenventil

Quelle: Duke Energy Gas Transmission Canada

Interstate-Pipelines enthalten auf ihrer gesamten Länge eine große Anzahl von Ventilen. Diese Ventile funktionieren wie Schleusen; sie sind in der Regel offen und lassen das Erdgas ungehindert fließen, oder sie können dazu verwendet werden, den Gasfluss in einem bestimmten Abschnitt der Leitung zu stoppen. Es gibt viele Gründe, warum eine Pipeline den Gasfluss in bestimmten Bereichen einschränken muss. Wenn zum Beispiel ein Leitungsabschnitt ausgetauscht oder gewartet werden muss, können Ventile an beiden Enden dieses Abschnitts geschlossen werden, um Ingenieuren und Arbeitsteams einen sicheren Zugang zu ermöglichen. Diese großen Ventile können alle 5 bis 20 Meilen entlang der Pipeline angebracht werden und unterliegen den Sicherheitsvorschriften.

Steuerungsstationen und SCADA-Systeme

Erdgaspipeline-Unternehmen haben Kunden an beiden Enden der Pipeline – die Produzenten und Verarbeiter, die Gas in die Pipeline einspeisen, und die Verbraucher und lokalen Gasversorgungsunternehmen, die Gas aus der Pipeline entnehmen. Um das Erdgas, das in die Pipeline gelangt, zu verwalten und sicherzustellen, dass alle Kunden ihren Anteil an diesem Gas rechtzeitig erhalten, sind hochentwickelte Kontrollsysteme erforderlich, um das Gas auf seinem Weg durch alle Abschnitte des unter Umständen sehr langen Pipelinenetzes zu überwachen. Um diese Aufgabe der Überwachung und Steuerung des durch die Pipeline fließenden Erdgases zu erfüllen, sammeln, verarbeiten und verwalten zentrale Gasregelstationen Daten, die sie von Überwachungs- und Verdichterstationen entlang der gesamten Pipeline erhalten.

Pipeline-Kontrollstation

Quelle: Duke Energy Gas Transmission Canada

Die meisten Daten, die von einer Kontrollstation empfangen werden, werden von SCADA-Systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) geliefert. Bei diesen Systemen handelt es sich im Wesentlichen um hochentwickelte Kommunikationssysteme, die entlang der Pipeline (in der Regel in einer Mess- oder Verdichterstation und an Ventilen) Messungen vornehmen und Daten sammeln und diese an die zentrale Leitstelle übermitteln. Der Durchfluss durch die Pipeline, der Betriebszustand, der Druck und die Temperatur können verwendet werden, um den Zustand der Pipeline zu einem bestimmten Zeitpunkt zu beurteilen. Diese Systeme arbeiten außerdem in Echtzeit, d. h. es gibt nur eine geringe Verzögerung zwischen den Messungen entlang der Pipeline und ihrer Übertragung an die Kontrollstation.
Die Daten werden an eine zentrale Kontrollstation weitergeleitet, so dass die Pipeline-Ingenieure jederzeit genau wissen, was in der Pipeline passiert. Dies ermöglicht eine schnelle Reaktion auf Ausrüstungsstörungen, Lecks oder andere ungewöhnliche Aktivitäten entlang der Pipeline. Einige SCADA-Systeme bieten auch die Möglichkeit, bestimmte Geräte entlang der Pipeline fernzusteuern, z. B. Kompressorstationen, so dass Ingenieure in einem zentralen Kontrollzentrum die Durchflussraten in der Pipeline sofort und einfach anpassen können.

Pipelinebau

Mit dem steigenden Erdgasverbrauch steigt auch die Notwendigkeit, eine Transportinfrastruktur zu schaffen, um die erhöhte Nachfrage zu decken. Das bedeutet, dass die Pipeline-Unternehmen den Erdgasfluss in den USA ständig überprüfen und Pipelines bauen, um den Transport von Erdgas in die unterversorgten Gebiete zu ermöglichen.

Surveying the Right-of-Way

Quelle: Duke Energy Gas Transmission Canada

Der Bau von Erdgaspipelines erfordert ein hohes Maß an Planung und Vorbereitung. Neben dem eigentlichen Bau der Pipeline müssen mehrere Genehmigungs- und Regulierungsverfahren abgeschlossen werden. In vielen Fällen erstellen Erdgaspipeline-Unternehmen vor Beginn der Genehmigungs- und Landzugangsverfahren eine Machbarkeitsanalyse, um sicherzustellen, dass eine akzeptable Route für die Pipeline existiert, die die Umwelt und die bereits vorhandene öffentliche Infrastruktur am wenigsten beeinträchtigt.

Wenn ein Pipeline-Unternehmen alle erforderlichen Genehmigungen erhält und alle behördlichen Anforderungen erfüllt, kann der Bau der Leitung beginnen. Die vorgesehene Trasse wird sowohl aus der Luft als auch vom Land aus eingehend vermessen, um sicherzustellen, dass bei der eigentlichen Montage der Pipeline keine Überraschungen auftreten.

Die Installation einer Pipeline ähnelt einem Fließbandverfahren, bei dem die einzelnen Abschnitte der Pipeline schrittweise fertiggestellt werden. Zunächst wird die Trasse der Pipeline von allen entfernbaren Hindernissen wie Bäumen, Felsbrocken, Gestrüpp und allem anderen, was den Bau behindern könnte, befreit. Sobald die Trasse der Pipeline so weit geräumt ist, dass die Baumaschinen Zugang haben, werden die Rohrabschnitte entlang der geplanten Trasse verlegt, ein Vorgang, der als „Stringen“ bezeichnet wird. Diese Rohrabschnitte sind in der Regel zwischen 40 und 80 Fuß lang und richten sich nach ihrem Bestimmungsort. Das heißt, bestimmte Gebiete haben unterschiedliche Anforderungen an das Beschichtungsmaterial und die Rohrdicke.

‚Stringing‘ the Pipe

Quelle: Duke Energy Gas Transmission Canada

Nach dem Verlegen der Rohre werden Gräben entlang der verlegten Rohre ausgehoben. Diese Gräben sind in der Regel fünf bis sechs Fuß tief, da die Rohrleitung gemäß den Vorschriften mindestens 30 Zoll unter der Oberfläche liegen muss. In bestimmten Bereichen, z. B. an Straßenkreuzungen und Gewässern, wird das Rohr jedoch noch tiefer vergraben. Sobald die Gräben ausgehoben sind, werden die Rohre zusammengesetzt und in Form gebracht. Dazu gehört das Zusammenschweißen der Rohrabschnitte zu einer durchgehenden Rohrleitung und gegebenenfalls das leichte Biegen des Rohrs, um es an die Kontur des Leitungsverlaufs anzupassen. Die Enden der Rohre werden mit einer Beschichtung versehen. Die in einem Beschichtungswerk aufgebrachte Beschichtung lässt die Rohrenden in der Regel sauber, um das Schweißen nicht zu behindern. Abschließend wird die gesamte Beschichtung des Rohrs geprüft, um sicherzustellen, dass sie frei von Mängeln ist.

Wenn das Rohr geschweißt, gebogen, beschichtet und geprüft ist, kann es in die zuvor ausgehobenen Gräben abgesenkt werden. Dies geschieht mit speziellen Baugeräten, die das Rohr eben anheben und in den Graben absenken. Nach dem Absenken in den Boden wird der Graben sorgfältig verfüllt, um sicherzustellen, dass das Rohr und seine Ummantelung ihre Integrität behalten. Der letzte Schritt im Pipelinebau ist die Wasserdruckprüfung. Dabei wird Wasser mit einem Druck, der höher ist als der für den Erdgastransport benötigte, durch die gesamte Länge des Rohrs geleitet. Damit soll sichergestellt werden, dass die Pipeline stabil genug ist und keine Lecks oder Risse aufweist, bevor das Erdgas durch die Pipeline gepumpt wird.

Rohrsenkung

Quelle: Duke Energy Gas Transmission Canada

Die Verlegung von Rohrleitungen über Bäche oder Flüsse kann auf zwei Arten erfolgen. Bei der Querung in offener Bauweise werden Gräben auf dem Grund des Flusses ausgehoben, um das Rohr zu verlegen. Dabei wird das Rohr in der Regel mit einer Betonummantelung versehen, die zum einen sicherstellt, dass das Rohr auf dem Grund des Flusses bleibt, und zum anderen eine zusätzliche Schutzschicht bildet, die verhindert, dass Erdgas ins Wasser gelangt. Alternativ kann auch eine Art Richtungsbohrung durchgeführt werden, bei der ein „Tunnel“ unter dem Fluss gebohrt wird, durch den das Rohr verlegt werden kann. Die gleichen Techniken werden bei Straßenkreuzungen angewandt – entweder wird ein offener Graben über der Straße ausgehoben und nach der Verlegung der Leitung ersetzt, oder es wird ein Tunnel unter der Straße gebohrt.

Nach der Verlegung und Abdeckung der Pipeline werden umfangreiche Maßnahmen ergriffen, um den ursprünglichen Zustand der Pipeline wiederherzustellen bzw. alle Umwelt- oder sonstigen Auswirkungen, die während des Baus aufgetreten sind, zu mindern. Zu diesen Schritten gehört häufig der Ersatz von Mutterboden, Zäunen, Bewässerungskanälen und anderen Dingen, die während des Baus entfernt oder umgestoßen wurden. Weitere Informationen zum Bau von Erdgasleitungen finden Sie auf der Website der Interstate Natural Gas Association of America.

Pipeline Inspection and Safety

Pig – Pipeline Inspection Tool

Quelle: Duke Energy Gas Transmission Canada

Um den effizienten und sicheren Betrieb des ausgedehnten Netzes von Erdgasleitungen zu gewährleisten, überprüfen Pipeline-Unternehmen ihre Leitungen routinemäßig auf Korrosion und Defekte. Dies geschieht mit Hilfe hochentwickelter Geräte, die als „Smart Pigs“ bekannt sind. Intelligente Molche sind intelligente Robotergeräte, die in Pipelines gefahren werden, um das Innere des Rohrs zu untersuchen. Smart Pigs können die Dicke und Rundheit der Rohre prüfen, auf Anzeichen von Korrosion achten, winzige Lecks aufspüren und alle anderen Defekte im Inneren der Pipeline aufspüren, die entweder den Gasfluss behindern oder ein potenzielles Sicherheitsrisiko für den Betrieb der Pipeline darstellen könnten. Der Einsatz eines intelligenten Molchs in einer Pipeline wird auch als „Molchen“ der Pipeline bezeichnet.

Neben der Inspektion mit intelligenten Molchen gibt es eine Reihe von Sicherheitsvorkehrungen und Verfahren, um das Unfallrisiko zu minimieren. Tatsächlich ist der Transport von Erdgas eine der sichersten Arten des Energietransports, was vor allem daran liegt, dass die Infrastruktur fest installiert und unterirdisch verlegt ist. Nach Angaben des US-Verkehrsministeriums (Department of Transportation, DOT) sind Pipelines die sicherste Methode für den Transport von Erdöl und Erdgas. Während im Zusammenhang mit Stromleitungen jährlich mehr als 100 Todesfälle zu beklagen sind, gab es nach Angaben des Office of Pipeline Safety des US-Verkehrsministeriums im Jahr 2009 0 Todesfälle im Zusammenhang mit Übertragungsleitungen und 10 Todesfälle im Zusammenhang mit Verteilungssystemen. Um mehr über die Sicherheit von Pipelines zu erfahren, besuchen Sie das Office of Pipeline Safety des US-Verkehrsministeriums.

Zu den Sicherheitsvorkehrungen im Zusammenhang mit Erdgaspipelines gehören:

• Patrouillen aus der Luft – Flugzeuge werden eingesetzt, um sicherzustellen, dass keine Bauarbeiten zu nahe an der Pipelinetrasse stattfinden, insbesondere in Wohngebieten. Unerlaubte Bau- und Grabarbeiten sind laut INGAA
• Lecksuche – Das Pipeline-Personal setzt an der Oberfläche regelmäßig Geräte zur Erkennung von Lecks ein. Dies ist besonders wichtig in Gebieten, in denen das Erdgas nicht geruchsneutral ist.
• Pipeline-Markierungen – Schilder an der Oberfläche über Erdgasleitungen zeigen der Öffentlichkeit das Vorhandensein von unterirdischen Leitungen an, um die Wahrscheinlichkeit von Störungen der Leitungen zu verringern.
• Gasprobenentnahme – Die routinemäßige Entnahme von Erdgasproben in den Pipelines stellt die Qualität des Gases sicher und kann auch auf Korrosion im Inneren der Pipeline oder das Eindringen von Verunreinigungen hinweisen.
• Vorbeugende Wartung – Dazu gehören die Prüfung von Ventilen und die Beseitigung von Hindernissen an der Oberfläche, die die Inspektion der Pipelines behindern.
• Notfallmaßnahmen – Rohrleitungsunternehmen verfügen über umfangreiche Notfallteams, die für die Möglichkeit einer Vielzahl potenzieller Unfälle und Notfälle geschult sind.
• Das „One Call“-Programm – Alle 50 Bundesstaaten haben ein so genanntes „One Call“-Programm eingeführt, das Baggern, Bautrupps und allen, die in der Nähe einer Rohrleitung graben wollen, eine einzige Telefonnummer zur Verfügung stellt, die angerufen werden kann, wenn Grabungsarbeiten geplant sind. Durch diesen Anruf wird die Pipelinegesellschaft benachrichtigt, die das Gebiet kennzeichnen oder sogar Vertreter zur Überwachung der Grabungsarbeiten entsenden kann. Die nationale dreistellige Nummer für einen Anruf ist „811“.

Während große zwischenstaatliche Erdgaspipelines Erdgas von den Aufbereitungsregionen zu den Verbrauchsregionen transportieren und große Großabnehmer wie Industrie- oder Stromerzeugungskunden direkt beliefern können, ist es das Verteilernetz, das Erdgas tatsächlich an die meisten Einzelhandelskunden, einschließlich privater Erdgasnutzer, liefert.