mini| Oberirdische Pipeline mini|Flansch-Verbindung einer Pipeline, geschraubt, mit elektrischem Kontaktbügel (oben) mini|Fernwärmetransportleitung mit einer Länge von 31 km mini|Druckrohre zum Rudolf-Fettweis-Werk Eine Pipeline (von englisch pipe = Rohr, Röhre, und von line = Linie, Leitung, Verbindung) ist eine Fernleitung für den Rohrleitungstransport von Flüssigkeiten (z. B. Wasser oder Erdöl) oder Gasen (z. B. Erdgas oder Kohlenstoffmonoxid), seltener auch Schlämmen (z. B. Kohle oder Eisenerz mit Wasser vermengt).
Beim Öl- und Gastransport werden Pipelines über weite Entfernungen eingesetzt. Hier sind sie trotz hoher Baukosten wirtschaftlicher als der Transport mit Tankwagen oder der Eisenbahn. Einige Leitungen sind mehrere tausend Kilometer lang, z. B. das Druschba-Öl-Pipeline-System von Sibirien nach Mitteleuropa oder die „Keystone“-Öl-Pipeline von Alberta in die Mitte der USA.
Technik Überlegungen zum Bau von Pipelines sind nichts Neues: Schon Anfang des 17. Jahrhunderts wurden im österreichischen und bayrischen Alpenraum Soleleitungen von den Gewinnungs- zu den Siedestätten gebaut. 1665 schlug der damalige Universalgelehrte Athanasius Kircher den Bau einer bleiernen Rohrleitung zwischen einer Ölquelle und einer „ewigen Flamme“ vor.
Der Transport von flüssigen wie auch gasförmigen Fluiden durch Rohre erfordert einen Pumpenergieaufwand gegen den energieaufzehrenden Strömungswiderstand. Nur in besonderen Anwendungsfällen fließt ein Medium alleine schwerkraftgetrieben, typische Beispiele sind Wasser aus der Quelle am Berg oder aus einem hochgelegenen Reservoir talwärts, Erd- oder Stadtgas (leichter als Luft) auch in Leitungen mit sehr geringem relativen Ausgangsdruck in hohe Häuser oder Stadtgebiete. Wird ein spezifisch schweres Medium über einen Berg gepumpt, muss mehr als der der Höhendifferenz entsprechende hydrostatische Druck aufgewendet werden, der sich jedoch beim Hinunterströmen im Rohr wieder aufbaut. Um tiefliegende Leitungen dahinter vor Überbeanspruchung zu schützen, muss übermäßiger Druck durch Drosseln oder Druckregler abgebaut werden, wenn nicht – wie in Österreich um 2010 – Gefällekraftwerke in Pipelines eingebaut werden.
Der Transportenergieaufwand pro Entfernung steigt mit der Durchsatzrate in einem konkreten Rohr und sinkt mit dem Rohrdurchmesser (typisch 20–120 cm) bei festgelegtem Durchsatz. Ein Rohr mit größerem Durchmesser braucht für gleiche Druckfestigkeit auch eine größere Wandstärke und hat daher quadratisch höhere Materialkosten. Häufig werden zwei (oder mehr) Rohrstränge etwa gleichen Durchmessers verlegt, da bei einer Beschädigung, die lokal nur ein Rohr betrifft, das andere zur Durchleitung noch zur Verfügung steht. Während in Frühzeiten Pipeline-Pumpen (wie auch Ölförderpumpen) überwiegend durch Motoren angetrieben wurden, die ihren Treibstoff der Pipeline entnahmen, kommen heute häufiger wartungsärmere Elektroantriebe zum Einsatz.
Eine langsame laminare Strömung benötigt besonders wenig Antriebsleistung, verursacht jedoch durch ein parabelförmiges Geschwindigkeitsprofil stärker die Vermischung hintereinander abgeschickter Produkte als ein turbulenter Transport mit eher plateauförmiger Geschwindigkeitsverteilung. Stärkere Wirbel in der Strömung fördern das erwünschte Mitnehmen von Staub und Körnern aus dem Rohr; Ablagerungen müssen per Molch oder durch einen hohen Durchfluss entfernt werden.
Druckrohrleitungen sind nicht auf natürliches Gefälle angewiesen. Das Medium wird durch den Überdruck in der Leitung transportiert. Ein klassisches Beispiel sind innerstädtische Wasserversorgungen, bei denen der notwendige Überdruck durch Pumpen oder Wassertürme bereitgestellt wird. Druckrohrleitungen benötigen einen geringeren Durchmesser als Freispiegelleitungen zur Durchleitung des gleichen Volumenstroms, da der gesamte Querschnitt genutzt wird.
Freigefälledruckleitungen nutzen das natürliche Gefälle aus und benötigen daher zum Betrieb keine externe Energie. Im Gegensatz zu Freispiegelleitungen ist jedoch kein gleichmäßiges Gefälle notwendig. Die Leitung kann auch Hoch- und Tiefpunkte durchlaufen.Detlef Aigner: Freigefälledruckleitung, November 2002, Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik.
In Druckentwässerungssystemen können Druckrohrleitungen mit stärkeren und abrupteren Fließrichtungsänderungen als Freispiegelleitungen verlegt werden. 90°-Bögen sind in der Regel möglich, während als horizontale Freispiegelleitung ausgeführte Abwasserleitungen höchstens im Winkel von 45° abbiegend verlegt und/oder Richtungsänderungen als Schachtdurchführung ausgeführt werden.
Erdölpipelines An der Kopfstation einer Erdölpipeline gibt es normalerweise ein Tanklager, das als Zwischenpuffer für die zu transportierenden Erdölmengen fungiert, da der Abfluss hier eher langsam erfolgt: Bei Erdöl beträgt die Transportgeschwindigkeit typischerweise 3–5 km/h, also etwa Fußgängertempo. Bei den genannten Leitungslängen ergeben sich damit erhebliche Transportzeiten, die aber im Vergleich zu einem (oft vorangegangenen) Seetransport nicht negativ ins Gewicht fallen.
Das Erdöl wird durch Kreiselpumpen unter Druck und damit in Bewegung gesetzt, wobei angesichts der Rohrdurchmesser, der Distanzen und der Zähigkeit des Mediums Leistungen von mehreren 100 kW und mehrere hintereinander geschaltete Einzelpumpen benötigt werden.
Zusätzlich kann die Pipeline auf ca. 50 bis 70 Grad Celsius beheizt (und rundum wärmeisoliert) werden, um die Viskosität des Transportguts zu senken. Mit einer Länge von 1.443 km würde die 2022 geplante East African Crude Oil Pipeline (EACOP) die längste beheizte Öl-Pipeline der Welt werden.
Da es verschiedene Ölsorten und unterschiedliche Abnehmerwünsche gibt, muss danach getrachtet werden, verschiedene Chargen in der Durchleitung getrennt zu halten. Mehrere getrennte Lagertanks am Beginn und am Ende der Leitung sind dienlich. Einmal können parallel laufende Röhren einer Pipeline für völlig getrennten Transport von Sorten genutzt werden. Schickt man als Abschluss einer Charge einen Trennmolch mit durch einen Rohrstrang, erreicht man eine sehr gute Trennung. Kosten entstehen für Apparat, das Handling und extra Energieaufwand. Mit der Strategie, möglichst große und in der Zusammensetzung möglichst ähnliche Chargen hintereinanderzureihen kann die unerwünschte Auswirkung der Vermischung auch ohne Trennmolch relativ gering gehalten werden.
Aufwändige Optimierungssoftware kann heute helfen, die Interessen von Öllieferanten, Pipelinebetreibern und Abnehmern aufeinander abzustimmen.
Durch ferngesteuerte Schieber kann der Inhalt nach Wunsch in Abzweigungen zu bestimmten Abnehmern längs der Leitung geschickt werden. Allgemein wird dieser laufende Pipelinebetrieb komplett von einer Fernsteuerzentrale ferngesteuert und -überwacht.
Obwohl die Entwicklung industrieller Pipelines kurz nach der ersten kommerziellen Ölbohrung durch Edwin Drake begann und damit eng mit der Förderung von Erdöl verknüpft war, wird die oben beschriebene Technik heute generell für Pipelines eingesetzt.
Neben den in der Einleitung erwähnten gibt es weitere Öl-Pipelines über mehr als tausend Kilometer, z. B. die Trans-Alaska-Pipeline, die mit 1980 km lange Niger-Benin-Pipeline als längste afrikanische Leitung oder die (geplante) EACOP über mehr als 1.400 km von Ölfeldern in Ostafrika am ugandischen Albertsee durch Tansania an die Ostküste Afrikas zum Indischen Ozean.
Gaspipelines Gaspipelines weisen grundsätzlich eine ähnliche Technik wie Öl-Leitungen auf, statt von Pumpstationen spricht man hier jedoch von „Verdichterstationen“, da durch die hohe Kompressibilität von Gas mit der Beaufschlagung von Druck (um den Strömungswiderstand zu überwinden) im Fall von Gas stets eine starke Vergrößerung der Dichte einhergeht. Gaspipelines haben durch eine gewisse Variationsmöglichkeit des Betriebsdrucks über ihr Volumen auch eine Speicherfunktion. Bei einem – großen – Leck strömen allerdings rasch größere Gasmengen aus, auch wenn die Einspeisung gestoppt wird. Vergleiche dazu die Zerstörung von 3 Strängen der Nord-Stream-Pipelines in 2022.
Kapazitäten Die Angabe der Transportkapazität von Gaspipelines erfolgt in mn³/h (Normkubikmeter pro Stunde).
Mit einem (Innen-)Durchmesser von 32 Zoll (81 cm) transportiert z. B. die Erdgasleitung von Fahud nach Suhar (Oman) täglich 22,8 Millionen m³ Erdgas über eine Entfernung von 305 km. Die 700 km lange Gas-Pipeline zwischen Saih Nihayda und Salalah (ebenfalls in Oman) transportiert mit einem 24″-Durchmesser (61 cm) pro Tag 5 Millionen m³ Gas.
Die 28″-(71-cm)-Erdölpipeline Wilhelmshaven–Wesseling hat eine Jahreskapazität von 15,5 Mio. Tonnen.
Offshore
Als Offshore-Pipelines (vor der Küste) bezeichnet man Leitungen, die zum großen Teil unter Wasser wie z. B. Nord Stream auf dem Meeresboden verlaufen. Beim Bau werden längere Rohrstücke an Bord eines Spezialschiffes zur Pipeline zusammengeschweißt, von wo aus sie in weitem Bogen bis zum Grund des Meeres hinunterhängt. Damit sie besser absinkt, wird sie teilweise mit einer Betonschicht beschwert, die mit einer Armierung aus Drahtgeflecht versehen ist. Zur Biege-Entlastung zieht das verankerte Fahrzeug mit einem Tensioner – einer Spann- und Vorschubvorrichtung ähnlich zwei Raupenketten – an der Pipeline. Dieser Tensioner spannt die Pipeline ein und kann sie unter Zugbelastung axial verschieben. Er gleicht mit einer intelligenten Steuerung auch die axialen Schwingungen aus, die der Seegang in die Pipeline einleiten könnte.
Wenn die Pipeline in horizontaler Lage gefertigt wird, führt man sie auf Rollen über eine kreisbogenförmige Stützkonstruktion, genannt Stinger, und nennt dies – entsprechend der S-Kurve des Rohres – das „S-Verfahren“ (). Wenn die Pipeline in geneigter Position gefertigt wird, um ein Biegemoment am Schiff zu vermeiden, ist nur ein sehr kurzer Stinger oder gar keiner nötig, und man nennt dies das „J-Verfahren“ (). Für das Verlegen werden Rohrleger, also spezielle Arbeitsschiffe, verwendet, wie beispielsweise die Castoro Sei (S-Lay), die Saipem 7000 oder die DCV Balder (beide J-Lay). Der größte Rohrleger der Welt ist die Pioneering Spirit, bis 2014 war es die Solitaire.
Bei der „Reel-Barge-Methode“ oder „R-Verfahren“ () werden längere Rohrleitungsabschnitte in aufgerollter Form angeliefert und abgespult. Ein gefürchteter Schadensfall ist beim Verlegen einer Pipeline das Biege-Beul-Versagen (), wobei in größeren Meerestiefen der große hydrostatische Druck die Pipeline zusammendrückt. Schlimmstenfalls kann sie auch mit Meerwasser volllaufen und ihr effektives Gewicht vervielfachen ().
Offshore-Pipelines überbrücken nicht nur Meere, wie zum Beispiel die Transmed oder die GALSI, sondern sie verbinden auch Offshore-Öl- und Gasfelder mit dem Festland, wie beispielsweise die Pipeline Ekofisk-Emden (Europipe).
1944 bauten britische Ingenieure zwei unterseeische Pipelines von Großbritannien nach Nordfrankreich, um Kraftstoff für den schnellen Vormarsch der Westalliierten durch Frankreich in Richtung Front zu transportieren, da geeignete Häfen für große Tankschiffe zu dieser Zeit noch nicht in alliierter Hand waren (siehe Operation PLUTO).
Pipelines an Land mini|Pipeline im Bau mini|Pipelinebau bei Skole/Ukraine mini|Erdgastrasse Urengoi-Uschhorod im ukrainischen Oblast Iwano-Frankiwsk (1983) mini|Ein Schweißraupenfahrzeug der Firma Streicher. Am Heck befinden sich die Schweißstromquellen, die über den Ausleger mit dem Schweißzelt elektrisch verbunden sind Auch der Bau von Pipelines an Land ist hoch mechanisiert, mit diversen Spezialmaschinen (ähnlich oben) zum Ausheben des Grabens, in den die Leitung verlegt wird, zum Verlegen und zum Zusammenfügen der Leitungsstränge. Vor dem Verlegen der Leitungen werden Stücke von etwa 500 m Länge zusammengeschweißt und die Schweißnähte getestet.