Obwohl der Transport über Pipelines als die sicherste und schnellste Art des Transports gefährlicher Güter gilt, gibt es zahlreiche potenzielle Probleme. Unabhängig davon, ob es sich um den Upstream-, Midstream- oder Downstream-Bereich handelt, ist die Überwachung von Pipelines ein wesentlicher Bestandteil der Öl- und Gasindustrie. Unter dem Einfluss von Transportströmen und dynamischen Umgebungsbedingungen sind Pipelines anfällig für eine Vielzahl von strukturellen Schäden, wie beispielsweise Korrosion, Risse, Leckagen und Ablösungen.
Neben erheblichen Ressourcenverlusten können Lecks in Rohrleitungen dramatische, irreversible Auswirkungen auf die Umwelt und die Tierwelt haben und gleichzeitig die Sicherheit der Arbeiter und der Öffentlichkeit gefährden. Laut einer Studie aus dem Jahr 2018 verursachen Unfälle an Flüssigkeitspipelines allein in den Vereinigten Staaten jährlich Kosten in Höhe von $326 Millionen, wovon $140 Millionen auf Umwelt- und Sanierungsmaßnahmen entfallen. Untersuchungen zeigen zudem, dass es in der Regel neun Stunden dauert, bis ein Vorfall erkannt wird, und weitere fünf Stunden, bis die Betreiber reagieren können.
Viele Pipelinesysteme beginnen an abgelegenen Explorationsstandorten, an denen terrestrische Netzwerke unzuverlässig sind oder gar nicht existieren. Daher beschränken sich die Überwachungsmöglichkeiten auf arbeitsintensive manuelle Inspektionen oder teure Satellitennetzwerke, von denen keines Daten mit der gewünschten Detailgenauigkeit erfassen kann. Selbst wenn sie verfügbar sind, verbrauchen terrestrische Verbindungen wie Mobilfunk und WLAN sehr viel Strom und erfordern zudem teure Datentarife für die Endgeräte. In der Regel erfassen Sensoren nur sehr geringe Datenmengen und müssen nur dann Meldungen senden, wenn Werte außerhalb eines vordefinierten Bereichs liegen. Daher sind herkömmliche Datentarife überflüssig, was die Kosten für die Implementierung und Wartung groß angelegter Überwachungsnetzwerke in die Höhe treibt.
Das Internet der Dinge (IoT) nutzt neue Sensor- und Kommunikationstechnologien, um die Überwachung von Anlagen einfacher und kostengünstiger denn je zu gestalten. Insbesondere Low-Power-Wide-Area-Netzwerke (LPWAN) bieten eine kostengünstige und energieeffiziente Methode zur Erfassung detaillierter Telemetriedaten. Dank seiner großen Reichweite und der Stern-Topologie kann LPWAN großflächige, geografisch verstreute Messpunkte mit geringem Infrastrukturaufwand miteinander verbinden. Private LPWAN-Netzwerke eignen sich ideal für den Öl- und Gassektor, da ihre Netzabdeckung flexibel an die spezifischen Anforderungen eines Unternehmens vor der Küste und in schwer zugänglichen Gebieten angepasst werden kann.
In Kombination mit miniaturisierten, multisensorischen intelligenten Sensoren können leistungsstarke, stromsparende Weitverkehrsnetzwerke eine Fülle wichtiger Informationen über den baulichen Zustand von Rohrleitungen und deren Betriebsbedingungen liefern. Die Sensordaten können zur sofortigen Reaktion an eine Mensch-Maschine-Schnittstelle vor Ort oder zur langfristigen Speicherung und Analyse an ein zentrales Managementsystem oder eine Cloud-Plattform weitergeleitet werden.
Dieses IoT-basierte Netzwerk zur Überwachung von Pipelines kann die Betriebsabläufe in der Öl- und Gasindustrie in vielerlei Hinsicht verbessern, um Kosten und Ausfallzeiten zu senken, die Umweltbelastung zu minimieren sowie die Sicherheit und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften zu verbessern.
1. Schnellere Fehlerbehebung und Reaktion
Eine rund um die Uhr verfügbare Transparenz hinsichtlich der Integrität der Rohrleitung bedeutet, dass etwaige Anomalien oder Abweichungen sofort gemeldet werden können. Während ein Druckabfall offensichtlich auf ein Leck hindeutet, können andere Sensorparameter dabei helfen, strukturelle Probleme an der Rohrleitung frühzeitig zu erkennen, noch bevor es zu einem schweren Leck oder einer tödlichen Explosion kommt. So können beispielsweise Ultraschall- und Schallsensoren abnormale Schallwellen melden, die auf beginnende Risse sowie Diffusion und Schichtung hindeuten. Ebenso können Magnetsensoren Veränderungen der Rohrwanddicke aufgrund von Korrosion erkennen.
Intelligente Sensoren melden nicht nur Schäden frühzeitig, sondern geben auch deren Ort und Schweregrad an, um erforderliche Maßnahmen zu ermitteln und zu beschleunigen. Die Minimierung der Zeitspanne zwischen Ausfall und Reparatur ist entscheidend, um Materialverluste und Verunreinigungen durch auslaufende Produkte zu minimieren. Darüber hinaus vereinfacht die frühzeitige Erkennung von Schäden den Reparaturprozess und senkt so die mit Reparaturen verbundenen Kosten und Ausfallzeiten.
2. Manuelle Aufgaben automatisieren
IoT-basierte Zustandsüberwachungsnetzwerke verringern die Notwendigkeit regelmäßiger Vor-Ort-Inspektionen und machen die mühsame manuelle Datenerfassung überflüssig. Dies minimiert nicht nur menschliche Fehler, sondern trägt auch zur Kosteneinsparung bei und steigert die Produktivität der Mitarbeiter, da diese sich auf wichtigere Aufgaben konzentrieren können. Durch die Reduzierung von Vor-Ort-Besuchen, insbesondere in abgelegenen Gebieten, verringert sich zudem die Gesamtfahrzeit der Lkw, wodurch der Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen gesenkt werden.
3. Erweiterte Wartungsstrategien aktivieren
Durch die Erfassung von Daten zur Integrität und zum Zustand von Rohrleitungen lassen sich Ausfälle sogar vorhersagen und durch vorausschauende Instandhaltungsstrategien verhindern. Anhand der Analyse früherer Ausfallarten können Modelle zur Vorhersage der Fehlerentwicklung und zur Risikobewertung entwickelt werden. Darüber hinaus hilft die Bewertung der langfristigen Verschlechterung der Integrität dabei, die tatsächliche verbleibende Lebensdauer der Rohrleitung zu berechnen. Dadurch lassen sich strukturelle Engpässe diagnostizieren und Wartungsmaßnahmen sowie der Austausch von Bauteilen strategisch planen, um Schäden zu vermeiden. Vorausschauende Instandhaltung hilft nicht nur dabei, kostspielige ungeplante Ausfallzeiten zu vermeiden, sondern auch überflüssige geplante Ausfallzeiten, die oft daraus resultieren, dass Unternehmen einen spekulativen, planbasierten Ansatz zur Prävention verfolgen.
4. Optimierung der Anlagenauslastung und der zukünftigen Gestaltung
Mithilfe von IoT-Sensordaten können Unternehmen das Verhalten von Rohrleitungen unter verschiedenen äußeren Bedingungen analysieren und nachvollziehen, darunter strukturelle Belastungen, Wetteränderungen, Bodeneigenschaften, Feuchtigkeit und pH-Wert usw. Diese Informationen können dazu beitragen, künftige Planungs- und Bauverfahren zu verbessern, um die effektive Lebensdauer von Rohrleitungen zu optimieren. Darüber hinaus können Sensordaten bei älteren Rohrleitungen, die bereits seit Jahrzehnten in Betrieb sind, deren Integrität überprüfen, damit sie weiterhin sicher betrieben werden können.
Das Aufkommen des IoT sorgt für eine beispiellose Transparenz der Anlagen und übertrifft die Möglichkeiten herkömmlicher industrieller Netzwerke. Die Einführung von IoT-Lösungen erfordert nicht zwangsläufig hohe Anfangsinvestitionen oder gefährliche, aufwendige Umbauten an bestehenden Anlagen. Neue drahtlose Lösungen wie Low-Power-Wide-Area-Netzwerke (LPWAN) und neue Sensortechnologien können Rohrleitungen einfach und kostengünstig in wichtige Anlagen verwandeln, die das IoT unterstützen.
