Erdöl „auf Eis“?

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BARTEC lieferte Skin Effekt-Heizungssysteme für das Kharyaga-Ölfeld und übernahm Engineering, Kalkulation, Design, Lieferung, Installation und Inbetriebnahme im eisigen Sibirien. Das Ziel war, Frostschutz und Temperaturerhaltung in den langen Pipelines der Ölfelder in der ölreichen Nenzen-Tundra sicherzustellen.

Das Kharyaga-Ölfeld im westlichen Sibirien befindet sich in der Permafrost-Zone in einer empfindlichen Umwelt, in der es Tundra, Sümpfe, flache Seen und Flüsse sowie viele Arten von Flora und Fauna gibt. Vor allem die Tundra ist eine besonders sensitive Region, in der eine Regeneration lange Zeiträume benötigt. Diese Bedingungen erklären, warum die Entwicklung des Feldes sich an Umweltprinzipien orientieren muss wie der Optimierung des Wassermanagements, der Einschränkung der Treibhausgas-Emissionen, der Vermeidung von Ölverseuchungen sowie der sorgfältigen Abfallsammlung und -entsorgung. Alle in Kharyaga tätigen Unternehmen müssen sich an diese Regeln halten. Bohrungen werden genau überwacht und es gilt das auf allen neuen Ölplattformen strikt durchgesetzte Prinzip, dass kein Öl in die Umwelt gelangen darf.

Das Ölfeld besitzt Gesamtölreserven, die auf 160 Millionen Tonnen geschätzt werden. Trotz der extremen Bedingungen circa 60 Kilometer nördlich des Polarkreises – sehr weit abgeschieden, Wintertemperaturen bis zu -46° C und sehr starke Winde – läuft die Produktion seit mehreren Jahren ohne Unterbrechung. Dies ist mehreren spezifischen Maßnahmen zu verdanken: Um Verstopfungen zu verhindern, wird das wachsartige Öl auf einer Temperatur von +40° C gehalten. Alle Anlagen verwenden leistungsfähige Isolierungen und BARTEC Skin Effekt-Heizungssysteme. Eine erste Ölstrecke zwischen der nördlichen Plattform und der zentralen Anlage ist 10,4 Kilometer lang. Eine weitere Strecke für eine zweite Plattform im Osten kam schnell hinzu. Leere Höhlen in der Erde werden mit +60° C warmem Wasser gefüllt. Arbeitsplätze sind abgeschirmt und beheizt, um die Arbeiter zu schützen. Geräte in abgegrenzten Bereichen werden ventiliert, um damit der Explosionsgefahr zu begegnen. Während der Entwicklungsphase III werden als Energieeffizienzmaßnahme Wärmerückgewinnungseinheiten auf den neuen Gasturbinen installiert.

Wärme im Permafrost
BARTEC lieferte seine kompletten Skin Effekt-Heizungssysteme nach Kharyaga und übernahm Engineering, Kalkulation, Design, Lieferung, Installation und Inbetriebnahme. Das Ziel war, Frostschutz und Temperaturerhaltung in den langen Öl-Pipelines sicherzustellen. Hier konnte das System seine Vorteile zeigen: Es ist sehr kosteneffizient auf langen Distanzen mit der geringsten Anzahl von Einspeisepunkten. Eine konstante elektrische Spannung ermöglicht sichere Temperaturen für das Medium und die Installation, die auch für die Verwendung in explosionsgefährdeten Umgebungen zertifiziert ist. Das Skin Effekt-Heizungssystem ist eine elektrische Begleitheizung für industrielle Anwendungen, die sich das Wechselspannungsphänomen zunutze macht. Das Heizelement ist dabei eine kunststoffisolierte Heizleitung innerhalb eines ferromagnetischen Stahlrohres. Durch diese Nutzung erzeugt das Heizrohr den Großteil der Ausgangsleistung. Am anderen Ende wird die Heizleitung an das Heizrohr angeschlossen, um den Strom zurückzuführen und den elektrischen Heizkreis zu schließen. Die Stromdichte und der Rückfluss erfolgen nur an der Innenseite des Heizrohres, welches eine Dicke von mindestens 3 mm hat. Aus Gründen der elektrischen Sicherheit wird das Heizrohr alle 600 m an Masse angeschlossen. Sämtliche Teile werden durch Anschluss an einen Schutzleiter gegen direkte Berührung geschützt. Selbst wenn eine maximale Nennspannung von bis zu 5.000 Volt verwendet wird, erfolgt der Stromfluss immer und ausschließlich an der Innenseite der Heizrohre aus Karbonstahl.

Maßgeschneiderte Lösungen
Durch unterschiedliche Heizrohrgrößen, Heizleitungsgrößen, Versorgungsspannungen und Isolationsmaterialien wurden die elektrischen Heizkreise für das Kharyaga-Projekt auf sämtliche Bedürfnisse maßgeschneidert entwickelt. Der Hochspannungstransformator und der Verteilerkasten wurden an die Projektanforderungen angepasst, um der Betriebsspannung und den Lastanforderungen gerecht zu werden. Die maximale Produktionslänge der Heizleitung beträgt 600 m. Deshalb gibt es entlang der Pipeline Hilfsvorrichtungen. Diese Zug- und Spleiß-Boxen werden nur während des Aufbaus verwendet, um die Kabelenden zu verbinden. Dadurch werden maximale Kreislauflängen von 10 Kilometern mit nur einem Einspeisungspunkt ermöglicht.

Der zentrale Einspeisepunkt wird mittels elektrischer Ausrüstung so geplant, dass der Heizkreis aktiviert wird und Betriebszustände erkannt werden, die oberhalb der zulässigen Grenzwerte liegen. Innerhalb des Verteilerkastens sind Strommesser zwingend notwendig, um Funktionsstörungen zu erkennen und den Betriebsstrom zu überwachen. Diese notwendigen Messwerte sind geeignet, um eine thermische Überlastung zu erkennen, die die Heizleitung und die Anlage gefährden. Die Kalkulation und Auslegung der Heizleitung basiert auf dessen Eigenschaften, um es an die erforderliche Ausgangsleistung anzupassen. Das Ziel ist die Aufrechterhaltung der Temperatur des Mediums im Inneren der Rohre. Der Betriebsstrom ist der Treiber für die Heizausgangsleistung und ebenfalls für die maximale Oberflächentemperatur. Die resultierende Temperaturklasse dieser anlagenspezifischen Kalkulation und Auslegung muss gewährleistet sein. Für einen sicheren Anlagebetrieb werden Temperaturbegrenzer installiert.