Vor- und Nachwärmen  

Die Verbindung bestand darin, ein 12"-Abzweigrohr in eine laufende, hochdruckbetriebene 20"-Hauptgasleitung in einer Tiefe von 145 m (475’) einzuführen. Das Verbinden der beiden Rohre bei gleichzeitigem Erhalt des Hochdruckgasflusses in der Hauptleitung erforderte den Einsatz des sogenannten „Hot Tapping“. Kurz gesagt, beim Hot Tapping wird ein blindes Abzweigrohr auf das Hauptrohr geschweißt, während dieses noch in Betrieb ist. Ein Kugelventil wird an das blinde Abzweigrohr angebracht und eine spezielle Hot-Tapping-Maschine wird dann an die Ventilanordnung angeschlossen. Diese Maschine ist im Wesentlichen ein großer Bohrer, der ein Loch durch das Hauptrohr schneidet. Das ausgeschnittene Metall (sogenannter „Coupon“) wird zurückgeholt, das Ventil geschlossen und der Bohrer entfernt.

Hot Tapping ist eine anspruchsvolle Operation. Eines der ernsten Probleme, mit denen Ingenieure konfrontiert sind, ist der Wärmeableitungseffekt, der durch den Hochdruckgasfluss im Hauptrohr verursacht wird. Jegliche in das Hauptrohr eingebrachte Wärme wird sofort von diesem schnell fließenden, kühleren Gas entfernt. Dieser Effekt ist besonders problematisch, da der erste Schritt beim Hot Tapping die Anwendung einer „Butterlage“ oder eines „Butter Weld“ auf der Außenseite des Hauptrohrs ist. Der Abzweig wird auf die Butterlage geschweißt, die als Übergangszone dient und die gewünschten metallurgischen Eigenschaften liefert. Die Anwendung der Butterlage sowie das anschließende Schweißen erfordern jedoch ein Vorheizen. Und dieses Vorheizen ist aufgrund des Wärmeableitungseffekts schwer zu erreichen.

Die traditionelle Methode, ein laufendes Rohr für eine Butterlage vorzuwärmen, besteht darin, das Rohr mit Heizmatten zu umwickeln. Die große Größe des Hauptrohrs im Tampen-Projekt (20”) und der massive Kühleffekt durch den Druckgasfluss (ca. 150 bar / 2175 psi) machten jedoch den Einsatz solcher Matten unmöglich, da die abstrahlende Wärme die Arbeitsbedingungen für die Schweißtaucher unzumutbar machen würde. Induktionsheizung hingegen erzeugt Wärme direkt im Werkstück, in diesem Fall auf der Oberfläche des Rohrs. Profiliert Induktionsspulen sorgen zudem dafür, dass Wärme nur in sehr genau definierten Bereichen und Tiefen erzeugt wird. Diese Eigenschaften bedeuten, dass intensive und kontrollierbare Wärme im Rohr induziert wird, jedoch mit nur vernachlässigbaren Erhöhungen der Umgebungstemperatur.

Minimale Taucheroperationen

Die für das Tampen-Projekt entwickelte Induktionsvorheizlösung umfasste drei Induktionsspulen, zwei, die an das Hauptrohr angepasst sind, und eine, die das Abzweigrohr erhitzt. Die Lösung beinhaltete auch 16 Thermoelemente, die in den Heiz- und Schweißbereichen platziert wurden. Ein Hauptziel des Systems war es, die manuellen Arbeiten der Taucher zu minimieren. Die meisten Steuerfunktionen waren entweder automatisiert oder dem Team an der Oberfläche zugewiesen. Nur die Induktionsspulen und die Thermoelemente wurden in den Schweißraum gebracht.

Die Versorgungsspannung an Deck betrug die standardmäßige Schiffsspannung von 440 V bei 60 Hz. Diese wurde auf 1.200 V erhöht, um die Größe des Hauptkabels zu minimieren. Ein Unterwassertransformator senkte die Spannung wieder auf 440 V bei 60 Hz ab. Die ENRX-Wechselrichter erhöhten die Spannung dann auf über 700 V und erhöhten die Frequenz auf einen sehr hohen kHz-Bereich. Die Kabel zu den Spulen endeten in kompakten handgehaltenen Transformatoren, die die Spannung auf unter 28 V umwandelten. Dies führte zu Induktionsspulen, die bei niedriger Spannung, aber sehr hoher Frequenz betrieben wurden. Perry Slingsby Systems Ltd. (PSSL) verpackte das System für Unterwasseroperationen und stellte die gesamte Leistung, Instrumentierung, Steuerung und Unterstützung für den Betrieb bereit.

Fünf Tage unter Wasser

Die Vorwärm- und Schweißarbeiten wurden im National Hyperbaric Centre in Aberdeen, Großbritannien, ausführlich getestet. Diese Tests bestätigten, dass die Induktion die Präzision und Leistung hatte, um die Wärmeableitungseffekte in den Schweißbereichen auszugleichen. Die Tests gaben den Ingenieuren auch die Möglichkeit, jedem Thermoelement einen Stromausfallalarm zuzuweisen, ein wichtiger Schutz, um Überhitzung und möglichen Kollaps des Hauptrohrs zu verhindern. Die Alarme wurden dann mit Verzögerungen ausgestattet, um falsche Warnungen zu vermeiden, die immer dann ausgelöst wurden, wenn der Schweißstab ein Thermoelement passierte und einen momentanen Temperaturanstieg verursachte.

Die Unterwasserphase der Operation wurde vom CSO Wellservicer, einem Tauchunterstützungsschiff von Technip, durchgeführt. Technip stellte auch den Unterwasserschweißraum bereit. Der Unterwasservorwärmarbeitsplatz wurde von einem Kabelaufroller auf dem Schiff unterstützt. Ein einzelner Container auf dem Deck des Schiffs stellte die gesamte Leistung und viele der für die gesamte Vorheizoperation erforderlichen Steuerungen bereit.