Rørbrudd og andre former for rørsvikt

Transkript

1 Rørbrudd og andre former for rørsvikt Vannutstrømning i.f.m. rørbrudd ved Gåsvasselva kraftverk sommeren 2011 (foto: Statkraft) Ragnar W. Hartmann

2 NVE-oversikt knyttet til senere tids rørskader Kraftverk Kommune Klasse Dato brudd Rørtype Leverandør Diam. (m) Føssa Meldal GRP Hobas 0,6 Gåsvasselva Hemnes GRP Hobas 0,7 Gåsvasselva Hemnes GRP Hobas 0,7 Hylla Engerdal Juli-2011 GRP APS / Flowtite 0,8 Nord-Forså Ibestad GRP Hjelledøla Stryn 2 Januar-2009 GRP APS / Flowtite Mosbakka Sauda GRP APS / Flowtite 0,5 og 0,6 Bøen Hjelmeland GRP 1,0 Kvitefella Gloppen Duktilt Fall Søndre Land 2 Ultimo april 2009 APS / Flowtite 1,2 Finnesetbekken Nes Duktilt Br. Dahl / SG 0,6 Børtveit Stord 1 Gjesdal I Jølster 2 Indre Jåstad Ullensvang Duktilt Br. Dahl / SG 0,5 Suldal I Suldal Stål - innstøp Kværner Brug 3,5

3 Myndighetskrav knyttet til rørbrudd/-svikt NVE anvender begrepene ulykke og uønsket hendelse Ulykke er en uønsket eller utilsiktet plutselig situasjon som har skadelige følger. Rørbrudd/-svikt kommer inn under begrepet ulykke (også når dette skjer ved første fylling av vannvei). Uønske hendelse er uønskede situasjon som ikke er ulykke, men som kan innvirke på vassdragsanleggets sikkerhet, herunder nestenulykke. Anleggseier skal umiddeltbart rapportere ulykke til NVE. Kravet gjelder også anlegg i konsekvensklasse 0. Anleggseier skal sørge for at det etter ulykke eller uønsket hendelse lages en redegjørelse for: Hva som har skjedd (herunder kartlegging av årsaksforhold så langt dette er praktisk gjennomførbart). Hvordan ulykken eller den uønskede hendelsen er håndtert. Senest tre måneder etter ulykke eller uønsket hendelse skal aktuell redegjørelse foreligge hos NVE. Ved skadeutbedring skal utbedringsprosedyrer og eventuelle nye rørdeler myndighetsgodkjennes før utbedring iverksettes.

4 Anbefalinger for redegjørelse ved ulykke Ideelt bør redegjørelsen utarbeides av en person som NVE har godkjent for oppgaven. Ved dette blir personens kompetanse og nøytralitet myndighetsvurdert. Involverte ved prosjektering, utstyrlevering og installasjon bør inviteres til deltagelse. Det disse frembringer, vurderer og kommenterer redegjører. Intet av det som frembringes til bruk i redegjørelsen, undras offentlighet. Synes sviktårsaken uklar, kan redegjørelsen bli omfattende og bør da inneholde: Vurdering av tekniske planer, kontrollplaner, utstyrsbestillinger, utstyrssertifikater/-spesifikasjoner, kontrollrapporter og utfylte kontrollskjemaer mot hverandre, mot faktiske anleggsforhold og mot myndighetskrav. Inspeksjon av skade. Skadeutseendets indikering av mulig(e) skadeårsak(er). Analyser, eventuelt prøver, for nærmere verifisering av årsak. Ved rør-/rørdelprøving hos leverandør blir redegjørers faglige medvirkning av betydning. Redegjøreren bør også vurdere behov for at prøving utføres leverandøruavhengig.

5 Overbelastning av GRP-rør med innvendig overtrykk Fra et kraftverk på Fitjar med Hobas-rør - Rør ble montert i rørtrasé hvor rør med høyere trykklasse skulle ha vært anvendte. - Rørbrudd inntraff ved trykksetting. - Bruddutseende overensstemmer med det som forventes når rør overbelastes med innvendig vanntrykk. Da opptrer bruddgivende hovedspenning i ringretningen. - Avrivningsbruddet løper innledningsvis aksielt. Men fordi rørveggen har redusert styrke i aksiell retning, vil vanntrykkets utbuling av rørvegg langs brudd medføre at bruddforplantningen etter hvert svinger av mot ringretning. - Ettersom bruddlasten primært gir membranspenninger i rørveggen, ikke bøye- og skjærspenninger, blir omfang av lamineringsbrudd beskjedent.

6 Frittliggende elastisk rør med lagring inn fra ende - Avvinkling δ ved ikke strekkfast rørskjøt gir tverrlast. - Tverrlasten blir proporsjonal med innvendig vanntrykk, med trykkeksponert flate og for små δ blir den også proporsjonal med avvinklingen. - Ved utbøyning økter røravvinklingen og derved også tverrlasten. - Økt tverrlast gir økt røravvinkling. Forhold resulterer i noe som svikmessig kan sammenlignes med trykklasts knekking av stav. - Nevnt risiko for ustabilitet er årsak til at NVE for elastiske rør uten strekkfaste skjøter foreskriver endeopplagring, jevnfør GRP-rør.

7 Mangler knyttet til rørkobling og understøttelse Toverud kraftverk: Svikt ved rørkobling og understøttelse den 1. mars 1989 (foto: NVE). Hendelser og forhold: - Ved vannfylling av tilløpssystemet oppsto tverrlast ved rørkobling av tynnvegget type. - Tverrlasten ga en elastisk utbøyning av rør som var understøttet et stykke inn fra ender. - Ved utbøyningen økte røravvinklingen og derved også tverrlasten. - Bevegelser som oppsto mellom rør og kobling, ga tilleggslast som i sin tur medførte rørkoblingssvikt. - En vannstråle skjøt ut fra koblingen, gikk under broen og forflyttet seg slik at den slo inn i veggen oppunder mønet på oppstrøms hus. Her ble taket revet av. - Bergbolter for understøttelsen umiddelbart nedstøms Toveruds bruddsted var utilstrekkelig innfestet i underliggende borhull. Armeringsstålender som raget ut av understøttelsen bunn, var mm lange. - Brudd av Toverud-type skjedde relativt samtidig også ved kraftverkene Gvarv og Haukeland. Ringerikes Blad 11. mars 1989: Vannet sprutet med full kraft mot et hus på den andre siden Av veien, nesten 50 meter Lenger opp, knuste vinduer og feide opp mot furuene på åsen. Til alt hell var det ingen på da bruddet skjedde. En tømmerbil kom seg akkurat forbi mens en personbil bak lyktes å stoppe. Huset som ble rammet, var fraflyttet tre uker før uhellet skjedde.

8 Svakhet ved tynnveggete koblinger med tangensielle skruer Av betydning for 1980-årenes brudd ved Toverud, Gvarv, Haukeland og Hylla. - Aktuelle koblingstyper: Straub og Tee-Kay. - Koblingen bør ikke utsettes for tverrlast. - Bøyespenning avhenger av aksiell rørbevegelse. - Beregning av bøyespenning ved gavl baseres til dels på friksjonsforsøk mellom rør og kobling. - Praktisert beregning omfattes av betydelig usikkerhet. - Det er ikke utført realistiske sprengforsøk med koblingstypen slik at aksiell rørbevegelse inngår i prøven. Tilbakemelding fra Ildgrubefossen kraftverk nær Mo i Rana: DN1000 overgang fra stålrør til GRP-rør. Karakteristisk trykk 170 m.v.s. Straub-kobling med to sidig skrueforbindelse, installert Koblingsmontasje i.h.t. Straub-anvisning: Gummitetninger og rørender smurt som spesifisert. Skruer forspent til angitt moment. Vannlekkasje oppsto noen dager etter vannfylling. Vurdering: Skrueforspenningen ga utilstrekkelig press mellom tetning og rørflater. Tiltak: Resultat: Demontasje av kobling. Grundigere smøring. Skruer forspent til høyere verdi enn leverandørspesifisert. Koblingen har etter remontasje i 2005 oppvist feilfrihet. Oppfatning: Straub-kobling ved angitt trykk og dimensjon blir mindre egnet. Vanskelig å oppnå tilstrekkelig press mellom tetning og rør rundt hele omkretsen. Bedre med kobling hvor tetning strammes til med aksielle skruer plassert jevnt rundt omkrets. Kobling med aksielle skruer gir bedre kontrollmulighet. Kobling med aksielle skruer er bedre egnet for å ta opp skjevhet mellom rørender. Spenningskorrosjon ved koblingsbolter som resulterte med rørbrudd ved Hylla kraftverk i nov (foto: APS Norway A/S)

9 Koblingslekkasje vasker ut støttefylling Tilleggslast grunnet setning ved overgang fra innstøp til nedgravd rør - Hylla kraftverk, Engerdal. Konsekvensklasse 2. Oppr m nedgravd Vera GRP-rør DN800 fra Høydeforskjell over-/undervann 320 m rørbrudd, år Spenningskorrosjon i koblingsbolter medførte brudd. # - 2. rørbrudd, år Setning ved 12 m rørlengde koblet til rør i fundamentkloss anses som primær bruddårsak. Statisk trykk ved bruddsted 154 m.v.s. Utbedring: Nye Flowtite-rør PN25 i 90 m lengde oppstrøms kloss mot tidligere PN16. Ny 17 bar Arpol-kobling ved kloss. Skader på innstøpt rør ble utbedret ved pålaminering av ny GRP. # - 3. rørbrudd, år samme sted som 2. brudd. Skade: mm spalt rundt røromkretsen, laminærbrudd med avskalling av mm bred og 2-3 mm tykk del, erosjonskader på rørvegg fra koblingslekkasje samt koblingstetningsdefekt. Skadebildet indikerte vannlekkasje fra kobling som skadeutløsende hendelse. Brudd 10. juli 2011 ved Hylla kraftverk Flowtite-rør DN800 (foto: Eidsiva). - Følgeskade: Vannutstrømning fra brudd flommet ut i terrenget, kom siden tilbake inn over rørtrasé ca. 70 m nedstrøms bruddsted og vasket her bort rørets omsluttende masser, bilde til venstre, - Det er ved røranlegget ikke anvendt korte setningskompenserende rør inn mot fundamentklosser. - Totalvurdering har ført til vedtak om tilløpssystemsfornyelse.

10 Sviktende rørfundament ved Fall kraftverk Fall kraftverk: Frittliggende GRP-rør DN1200 / PN6-32. Svikt ved fundamentkloss. - Ved første gangs fylling 20. og 21. april 2009 ble intet unormalt observert april oppdaget man betydelige forskyvning ved fundamentkloss nær bygning. - Målt forskyvning var 150 mm. - Nedstrøms rør (bak kloss på bilde) var elastisk deformert, men uten varig skade. Inntegnete røde linjer indikerer forskyvningen - Det var opprinnelig antatt at kloss kunne fundamenteres på fjell. - Det viste seg å være langt ned til fjell. Fundament på løsmasse var å forutsette, men ved dimensjonering ble med regneark for kloss på fjell anvendt. - Tegning og beregning ble kontrollert uavhengig av hverandre. Beregningsfeil ble derfor ikke oppdaget. - Entreprenør fant at graving for angitt klossdybde kunne medføre fare for bygningsfundament. Kloss ble derfor bygd grunnere. - Nevnt endring skjedde uten avviksbehandling. - Kontroll ved anlegg avdekket ikke avvik mellom tegning og utførelse.

11 Avvinkling selv om rørender er parallelle Føssa kraftverk: Rørbrudd den 31. august Etter rørbrudd i juni 2011 ble nye GRP-rør fra Hobas, DN600 / PN 32 / SDR5000, og stålkoblinger som vist montert ved Føssa kraftverk. Statisk trykk ved bruddsted var 277 m.v.s.# - Rørender ved stålkoblinger skulle ut fra oppmåling ha vertikal avvinkling av størrelsesorden 1,0 med konveks side vendt ned og horisontal avvinkling som var mindre enn 0,5. - Nedfylling under vannfylling var spesifisert som angitt slik at koblingers tetthet skulle kunne bli kontrollerbart. - Endelig rørstabilitet ved fyllingen var ment kontrollert ut fra oppmålt nedfylling før fylling ble tillatt startet. Dog var det forutsatt at angitt forhold mellom vertikal og horisontal avvinkling ble tiltrekkelig for å sikre stabiliteten. - Antydet stabilitetskontroll fant ikke sted. Fylling 31. august endte med brudd ved at rørende i en av koblingene knakk ut. Trykk ved bruddsted var da brudd inntraff ca. 210 m.v.s. - Bruddvurdering indikerer at det i tillegg til angitt røravvinkling må ha vært en parallellforskyvning x mellom rørene og at denne ga avvinkling δ mellom rørender og kobling hvorfra et destabiliserende lastpar oppsto, se røde lastangivlser i rørkoblingsskissen.

12 Brudd på nedgravd GRP-rør grunnet stein nær rør Mosbakka kraftverk, juni Brudd påvist ved kamerainspeksjon. Flowtite-rør, DN500 / PN10 / SDR5000 Mosbakka kraftverk, høsten Lagt fundament med uakseptable steiner. - NVE-krav er minst 200 mm tykkelse for nedre fundament i løsmassegrøft. Det skal ikke være oppstikkende fjellknatter eller steiner. Hulrom fylles og masse komprimeres før fundament bygges. # - Masse i fundament, omfylling og beskyttelseslag bør ha begrenset steinstørrelse. APS: DN mm, DN mm, DN mm, DN mm. Hobas: Alle DN 20 mm. NS 3420-H: Aldri mer enn 22 mm. - I gjenfyllingen skal steinstørrelse ikke overskride 1/3 av steinens høyde over rør. - Finstoffmengde begrenses av hensyn til drenering. Anbefalt av VA-verkforeningen: Ingen partikkel mindre enn 4 mm. - Aktuelt: Pukk 8-16 mm, 8-22 mm og 8-32 mm.

13 Mosbakka-problemer forsterket ved bruk av innfyllingskasse - Ved Mosbakka kraftverk ble innfyllingskasse anvendt ved DN500-rør uten at dette var klarert med den fagansvarlige. # - Der innfyllingkasse var anvendt, viste det seg å være langt flere rørveggskader enn ellers ved anlegget. - Innfyllingskasse vanskelig-/umuliggjør tilfredsstillende komprimering av massene i rørsidene. - Mangelfull komprimering gir økte setninger og økt risiko for lokale lastkonsentrasjoner mot rørvegg.

14 Brudd på nedgravd GRP-rør grunnet stein i masse over rør Brudd ved Føssa kraftverk, juni Hobas-rør, DN600 / PN32 / SN Omfyllingmasser med uakseptabel stein. - I sidefyllingen til minst rørsenternivå bør massen være som for fundament.# - Opp til og med beskyttelseslaget (til 300 mm over topp rør) skal massen ikke ha partikkelstørrelse som overskrider den angitte for fundamentet. Mer finstoff tillates slik at stedlig masse blir anvendbar. Om nødvendig beskyttes drenerende masser geotekstil (filterduk). - Over beskyttelseslaget tillates stein med største tverrmål inntil 1/3 av vertikal høyde over topp rør. - Utlagte lag komprimers for å unngå setninger. (Samtlige foto: Sivilingeniør Edvin Bakken)

15 Mulig bruddmekanisme med stein i omfylling - Stein bidrar til å konsentrere last fra overliggende løsmasse til et mindre parti på rørveggen slik at det her oppstår økt radiell last mot rørvegg.# - Er innfyllingen i rørgrøften ikke komprimert samtidig som massene er kohesive, vil det bli setning og skjærlastmellom masse over stein og omkringliggende masser. Dette forsterker lasten i lastkonsetrert område. - Ved området med konsentrert radiell last skjer lokal inntrykking av rørvegg. Dette medfører bøye- og skjærspenninger. - Bøyespenningene gir som regel avrivningsbrudd i ringretning fordi rørets aksialkapasitet er langt mindre enn ringkapasiteten selv når bøyespenning i ringretninge virker sammen med membranspenning. - At rørveggfraktur ved punktlast oppstår i ringretning er hovedregel, men den kan også opptre i aksiell retning. Eksempel på dette har man hatt ved Mosbakka kraftverk. - Skjærspenningene blir størst i bøyetverrsnittets midtfelt og gir etter hvert som bruddet utvikler seg, sjiktningsbrudd i ulike sylinderplan. - Det er uklart om rør Hobas-rør og Flovtite-rør oppfører seg ulikt med hensyn på punktlastpåvirkning Punktlastsprekk på Flowtite-rør (foto: Mosbakka Kraft) Sjiktningsbrudd på Hobas-rør (foto: Edvin Bakken)

16 Ekstralast på frittliggende rør Brudd ved Sægrov kraftverk, våren Hobas-rør, DN Utradisjonell installasjonsform hvor røret ligger fritt på opplagringer med til dels masse over for tildekking.# - Bøyespenninger i lengderetning og skjærspenninger i ringretning øker grunnet last av overliggende løsmasse. Virkning fra eventuell snølast og frostsprengning og snølast kommer i tillegg. - Bilder indikerer at massen har presset røret ned og til side. - Brudd synes utløst av skjærlast. Rørets skjærlastkapasitet er ukjent. - Bruddtypen er beslektet med brudd grunnet overliggende større stein når det samtidig også er utilstrekkelig komprimering av masser.

17 Brudd med uklar bruddårsak Gåsvasselva kraftverk, brudd 7. juni 2011 (foto: Statkraft) - Idriftsettelse mars 2007 av tilløpssystem i konsekvensklasse 1. Rør DN 700 er levert av Hobas.# - Brudd fant sted 4. oktober Trykk ved bruddsted er angitt til ca. 70 m.v.s. Detaljer ut over dette er ukjente for undertegnede. - Brudd fant sted 7. juni Trykk ved bruddsted er angitt til ca. 65 m.v.s. Inspeksjonsrapport fra Norconsult foreligger. Det er uklart om det er forsøkt klarlagt skadeårsak ut over nevnt inspeksjonsrapports innhold. - Om bruddstedet ved siste brudd opplyser Norconsults rapport: To rør er løftet opp fra traséen, og masse er vasket bort. Ved gjenværende rørender oppstrøms og nedstrøms som stikker ut fra omfyllingen, stikker ut fra rørgrøft uten langsgående drenasje. Stedlig masse er brukt til tilbakefylling rundt røret. Større steiner skal være fjernet, men andelen av finstoff er høyt. Større stein som er påvist stemmer ikke med massebeskrivelsen. - Om bruddrør ved siste brudd påpeker Norconsults rapport: Det er vanskelig å si hvordan bruddet startet. Deler av bruddrøret viser delaminering av rørvegg og tilsynelatende lite polyester i glassfiberarmert del av rørvegg. - Bjelkestengsel var stengeorgan ved inntak. Rørbruddsvannføring og høy inntaksvannstand umuliggjorde dette. - Bunnluke ved inntak ble åpnet for vannstandsreduksjon, men med aktuelt tilsig var dette hensiktsløst. - Rør nedstrøms inntaket ble gravd opp og fjernet slik at vannet som strømmet ukontrollert mot bruddsted kunne ledes til elveleie.#

18 GRP-rørbrudd som følge av rørkoblingstilsetting Skade på Flowtite vannverksrør i Drammen - Tiltrekking av bolter gir radielt trykk fra tegning mot utvendig rørvegg og skaper bøye- og skjærpenninger i rørveggen.# - For høy boltforspenning fører til rørveggbrudd. - Grunnet rørveggmaterialets sigegenskaper kan brudd skje uker etter at koblingens skruer er forspent og rørsystemet er trykksatt. - For Flowtite-rør spesifiserer APS en største tillatte radielle rørdeformasjon som funksjon av rørdiameter, trykkklasse og stivhetsklasse. - Henvendelse til Hobas om tilsvarende data i tilknytting til et konkret anlegg resulterte i intet.

19 Minikraftverk med mange rørbrudd - Kraftverk, 200 kw elektrisk ytelse, idriftsatt Tilløpssystem med 910 m GRP-rør fra Hobas DN 300 fordelt på trykklassene PN 6, PN 10 og PN m nederst fritt på klosser. Rest nedgravd med fra 0,2 m til 1,0 m overdekning. # - Brudd 4. august 1997 for et PN10-rør med ca. 0,5 m overdekning. Inspeksjon indikerte svake skjøtemuffer. Tre skjøtemuffer med liten utvendig diameter, ble skiftet for Hobas regning. - Brudd 8. juli 2003 ved PN16-rør nær stasjon, 15,9 bar statisk trykk! Bruddrør lagret ved en ende på skjøtemuffe, den andre i 2 meter lengde på løsmas- Brudd på frittspennende underside. Brudd ved Vistvik minikraftverk, DN 300 Hobas-rør. - Brudd 16. mars 2005, PN16-rør med ca. 2,5 m lagret spenn på stålunderstøttelser under bro. Statisk trykk var ca. 14 bar. Erstatningsrør fra Hobas hadde 16 mm veggtykkelse i stedet for 8 som katalogangitt i. Testresultat fra Hobas-prøve av bruddrør indikerte ingen bruddårsak. - Brudd 30. mars 2006 på gjenværende del av bruddrøret fra Vist bilde er fra dette. Rør hadde ca. 0,5 m overdekning. Hobas-konklusjon: Brudd skyldtes ekstrabelastning fra Vulkan-Mega-kobling. - Brudd 17. juni 2006, nederst i del med PN10-rør. Lokalt statisk trykk 10 bar. - Brudd 2. juli 2006, på nedgravd PN16-rør med statisk trykk 12 bar statisk trykk. - Brudd 15. juli 2006 for rør nær stasjonen. Frittliggende 3,7 m rørlengde liggende på betongfundamenter. - Etter 15. juli 2006 har det frem til høsten 2011 skjedd flere nye brudd ved anlegget.

20 Utvendig last på duktilt støpejernsrør - Kraftverket har anleggsdata som medførte at det ikke var gjenstand for konsesjonsbehandling. Tekniske planer ble utarbeidet av Multiconsult. Tilløpssystem har duktile støpejernsrør DN xxx, installert Lekkasjer ved første gangs vannfylling 4. mai Kolbjørn Dønåsen ble engasjert for klarlegging av skadeårsak. - Innvendig rørkontroll med kjørbart kamera avdekket en rekke rørveggskader. Samtlige lå i bunnen av rørtverrsnittet og besto av innbulinger, sprekker i rørvegg og avskallet betongbelegg. Dertil ble det observert noe som ble beskrevet som ståltråd og som tolkes som avrevet duktilt støpejern. Ett sted ved en rørskjøt var det innlekkasje av vann. - Rapport datert fokuserer rørleggeprosedyrer og utilstrekkelig uavhengig stedlig kontroll som sviktårsak. Fotografisk dokumentasjon fra rørlegging viser at rør har blitt lagt på utilfredsstillende løsmassefundament. Planker under rør som vist på rapportens forsidebilde, skal det ha vært mange av. Dette blir mindre akseptabelt. - Dokumentasjon fra kamerainspeksjon ble forelagt rørleverandør Brødrene Dahl og rørprodusent Saint Gobain. Begge opplyste at skadeutseendet var typisk for skader som oppstår som følge av installeringsfeil og utvendig lokal last. - Ved kartlegging av skadeårsak ble det;. ikke utført beregninger som kunne bidra til ytterligere sannsynliggjøring av angitt bruddårsak,. ikke gjennomgått materialsertifikater,. ikke utført kontrolloppmåling av rørveggstykkelse.

21 Erosjonsbrudd i duktilt støpejernsrør Jåstad kraftverk Rørbrudd mai 2010 Røranlegg med nedgravde duktile støpejernsrør DN500-K9 - Tilløpssystem fylt ultimo mai hvorpå lekkasje ble påvist og bruddsted funnet 31. mai. Stedlig karaktristisk trykk var nærmere 200 m.v.s. - Feil ved inntreing av rørspiss i muffe hadde klipt tetning slik at vann strømmet ut fra rørskjøt. - I omfyllingen ved utstrømningen dannet det seg et hulrom hvor stein og sand virvlet rundt. - Virvlingen med faste partikler medførte erosjon som etter kort tid (et par dager) laget rørvegghull. Foto: Jåstadkraft.