DE10110987B4

DE10110987B4 - Verfahren für die Bestimmung einer Leckrate

Info

Publication number: DE10110987B4
Application number: DE2001110987
Authority: DE
Inventors: Stephan Dr.-Ing. Ester
Original assignee: Woehler Messgeraete Kehrgeraete GmbH
Current assignee: Woehler Messgeraete Kehrgeraete GmbH
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: DE10110987A1

Abstract

Verfahren für die Bestimmung einer Leckrate eines Lecks in einer unter einem Überdruck stehenden Gasleitung, in einem Gasbehälter oder dergleichen mittels einer Absaugvorrichtung, aufweisend die Verfahrensschritte
– des Absaugens der Umgebungsluft des Leckes (1) mittels eines einen Differenzdruck in einem rohrartigen Abschnitt der Absaugvorrichtung aufbauenden Lüfters,
– des Bestimmens des abgesaugten Volumenstromes V ._ges aus der Lüfterkennlinie,
– des Messens der Gaskonzentration C_ges einer Probe des Volumenstromes V ._ges mit einem Gasspürgerät (10) und
– des Berechnens der Leckrate V ._Leck aus V ._Leck = C_ges·V ._ges/C_kal mit dem Kalibrierungsfaktor C_kal des Gasspürgerätes (10) durch eine der Absaugvorrichtung eigene Auswertevorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Bestimmung einer Leckrate eines Lecks in einer unter einem Überdruck stehenden Gasleitung, in einem Gasbehälter oder dergleichen.
Die Prüfungen von Leitungsanlagen werden durch die technischen Regeln für Gas-Installationen des DVGW, des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e.V., regelmäßig vorgegeben. Insbesondere ist in dem DVGW-Arbeitsblatt G 624 die Ermittlung der Gasleckmenge durch Anwendung eines Leckmengenmessgerätes oder durch die Ermittlung des Druckabfalls in der druckbeaufschlagten Leitungsanlage und einer darauf basierenden grafischen oder rechnerischen Bestimmung der Leckrate erläutert.
Von Bedeutung ist die Ermittlung der Gasleckmenge vor dem Hintergrund, daß bei einer Leckrate von mehr als 5 l/h eine Leitung sofort außer Betrieb zu nehmen ist, bei einer Leckrate von 1 l/h bis 5 l/h eine Leitung nachgedichtet werden darf und bei einer Leckrate von weniger als 1 l/h die Leitung als gebrauchsfähig angesehen wird.

Die bekannten Verfahren zur Messung der Leckrate erfordern bei der Verwendung eines Leckmengenmessgerätes einen erheblichen technischen Aufwand und bei der Ermittlung des Druckabfalls eine Schätzung des Leitungsvolumens und die Verwendung von Tabellen für unterschiedliche Betriebsdrucke.

Aus der DE 44 18 774 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln von Leckstellen in erdverlegten Gasleitungen bekannt, mittels denen auch eine Bestimmung der Leckrate möglich ist. Hierzu wird die Atmosphäre im Leckstellenbereich als Absauggas abgesaugt und der Volumenstrom des Absauggases und die Konzentration des Gases im Absauggas erfasst. Dann wird abgewartet, bis der Volumenstrom des Absauggases und die Konzentration des Gases konstante Werte annehmen und einen Gleichgewichtszustand anzeigen. Nachfolgend wird im Gleichgewichtszustand aus dem Volumenstrom des Absauggases und der Konzentration des Gases dessen Menge pro Zeiteinheit bestimmt.

Die Durchführung der Ermittlung von Leckstellen erfolgt gemäß DE 44 18 774 A1 vorzugsweise mittels einer Vorrichtung, die mindestens ein in den Boden einbringbares Saugelement aufweist, das unter der Wirkung mindestens eines Sauggebläses das Absauggas liefert, welches dann durch ein an einen Rechner angeschlossenes Volumenstrommessgerät geleitet wird, wobei ein Analysegerät weiter vorgesehen ist, welches die Konzentration des Gases bzw. einer typischen Gaskomponente im Absauggas misst und an den Rechner liefert.

Die DE 39 24 337 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von unterirdisch verlegten Gasleitungen mit Hilfe einer verfahrbaren Sonde, beispielsweise unter einem Kraftfahrzeug. So können gesuchte Gase erkannt und angezeigt werden. Zur Ausschaltung von Störgaseinflüssen wird eine zusätzliche Sonde verwendet, deren Wirkungsbereich außerhalb des Wirkungsbereiches der ersten Sonde liegt, insbesondere außerhalb der bei Undichtigkeiten der Gasleitungen zu erwarteten Gas-Austrittsbereiche. Diese zusätzliche Sonde ist Bestandteil eines gleichartigen zweiten Messsystem und dient als Referenzsonde zur Kompensation von Störgasanteilen.

In der DE 43 26 264 A1 wird ein Testgasdetektor erläutert, der als Lecksuchgerät eingesetzt werden kann. Dieser Testgasdetektor verfügt über einen Gaseinlass, eine Vakuumpumpe und einen Detektor, mit dem das Vorhandensein von Testgas registriert wird. Vorzugsweise ist die Vakuumpumpe als Adsorptionspumpe ausgelegt.

Vor diesem technischen Hintergrund macht die Erfindung es sich zur Aufgabe, ein Verfahren für die Bestimmung der Leckrate zur Verfügung zu stellen, das in einfacher Weise durchführbar ist, das insbesondere keine Eingriffe in die Leitungsanlagen selbst erfordert und das auf vorhandene Ressourcen beispielsweise auch die eines Installateurs zurückgreift.

Für das Feststellen eines Gases, beispielsweise Erdgas, Stadtgas oder dergleichen in einer Umgebungsluft sind Gasspürgeräte bekannt, die die Konzentration des Gases in einer Messprobe ermitteln und diese Konzentration je nach Kalibrierung beispielsweise in Prozent oder ppm anzeigen. Diese Geräte werden für das Aufspüren von Lecks auch eingesetzt. Es lassen diese Geräte jedoch keine Bestimmung einer Leckrate zu.

Ist mit solch einem Gasspürgerät ein Leck entdeckt worden, so stellt das Verfahren nach der Erfindung gemäß des Anspruchs 1 auf die Verfahrensschritte des Absaugens der Umgebungsluft des Leckes mittels eines einen Differenzdruck in einem rohrartigen Abschnitt der Absaugvorrichtung aufbauenden Lüfters, des Bestimmens des abgesaugten Volumenstromes V ._ges aus der Lüfterkennlinie, des Messens der Gaskonzentration C_ges einer Probe des Volumenstromes V ._ges mit einem Gasspürgerät und die Berechnung der Leckrate V ._Leck aus der Gleichung V ._Leck = C_ges ^·V ._ges/C_kal mit dem Kalibrierungsfaktor C_kal des Gasspürgerätes durch eine der Absaugvorrichtung eigene Auswertevorrichtung ab.

In an sich üblicher Weise wird mit dem Gasspürgerät die Gaskonzentration C_ges einer Probe aus dem abgesaugten Volumenstrom V ._ges, deren Volumenstrom gegenüber dem abgesaugten Volumenstrom V ._ges vernachlässigbar klein ist, durch die Mischungsgleichung Cges = (CLuft·V .Luft + Ckal·V .Leck)/V .ges (1)bestimmt.

In dieser Gleichung (1) kann weiter die Gaskonzentration C_Luft in dem mitangesaugten Volumenstrom V ._Luft der Luft der weiteren Umgebung, bspw. eines Raumes, C_Luft = 0 gesetzt werden, da diese Gaskonzentration in der Regel im ppm-Bereich liegt, was gegebenenfalls auch durch eine gründliche Lüftung des Raumes erreicht werden kann.

Die Gaskonzentration im Bereich des Lecks und damit auch in dem von dort abgesaugten Teilvolumenstrom V ._Leck kann zu 100% angenommen werden, womit man hinsichtlich der eingangs erläuterten Grenzen der Leckrate auf der sicheren Seite ist. Damit kann für diese Gaskonzentration der Kalibrierungsfaktor C_kal des Gasspürgerätes eingesetzt werden.

Der abgesaugte Volumenstrom V ._ges ist aus der Lüfterkennlinie eines einen Differenzdruck aufbauenden Lüfters bestimmbar.

Dadurch ergibt sich als durchaus brauchbare Näherungslösung aus der Gleichung (1) Cges = Ckal·V .Leck/V .ges (2) und daraus die Leckrate zu V .Leck = Cges·V .ges/Ckal (3)

Der letzte Verfahrensschritt der Berechnung kann zweckmäßig noch durch eine Auswertevorrichtung vorgenommen werden, die der nachstehend beschriebenen Vorrichtung für die Bestimmung der Leckrate eines Lecks in einer unter einem Überdruck stehenden Gasleitung, in einem Gasbehälter oder dergleichen nach dem eingangs erläuterten Verfahren eigen ist.

Um sicher zu stellen, daß bei einer ersten Leckratenmessung auch tatsächlich die Gesamtmenge des aus einem Leck ausströmenden Gases erfaßt wurde, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß nach einer ersten Bestimmung der Leckrate eine zweite Kontrollbestimmung der Leckrate mit einem geänderten Volumenstrom V ._ges durchgeführt wird. Stimmen beide Messungen überein, so wurde die gesamte aus dem Leck austretende Gasmenge abgesaugt und war jeweils Bestandteil des abgesaugten Volumenstromes V ._ges Insbesondere ist bei der Kontrollbestimmung der Leckrate an eine Messung mit vergrößertem Volumenstrom V ._ges gedacht. Solches kann leicht durch eine Erhöhung der Lüfterleistung durch eine Drehzahlerhöhung bewirkt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des voranstehend beschriebenen Verfahrens weist eine Absaugvorrichtung zum Absaugen der Umgebungsluft des Leckes und einen Anschluß an ein Gasspürgerät für eine Bestimmung der Gaskonzentration in dem abgesaugten Volumenstrom V ._ges auf. Diese Absaugvorrichtung weist eine austauschbare, trichterartige Aufweitung und einen Ansaugstutzen zum Absaugen der Umgebungsluft des Leckes auf, an welchen Ansaugstutzen ein rohrartiger Abschnitt mit einem Lüfter anschließt, und über einen Anschluß an ein Gasspürgerät für eine Bestimmung der Gaskonzentration C_ges in dem abgesaugten Volumenstrom V ._ges durch eine der Absaugvorrichtung eigene Auswertevorrichtung verfügen.

Es kann die Absaugvorrichtung eine Messvorrichtung für die Bestimmung des abgesaugten Volumenstrom V ._ges aufweisen, falls nicht in einfacherer Weise, jedoch auch ungenauer, aber gemäß der Erfindung über die Lüfterkennlinie dieser Volumenstrom ermittelt wird.

Um möglichst sicher zu gehen, daß auch tatsächlich das gesamte aus einem Leck austretende Gas von der Vorrichtung nach der Erfindung für die Bestimmung der Leckrate erfasst wird, ist weiter eine trichterartige, ein Leck überdeckende Aufweitung des Ansaugstutzens vorgesehen. Gegebenenfalls kann eine solche Aufweitung auswechselbar sein, so daß die Vorrichtung in einfacher Weise unterschiedlichen Rohrdurchmessern von Gasleitungen angepaßt werden kann.

Eine der eingangs angesprochenen Meßvorrichtungen für die Bestimmung des Volumenstroms V ._ges sowie eine dieser Vorrichtung zugeordnete Auswertevorrichtung für die Berechnung der Leckrate vervollständigen das Messensemble.

Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der eine Vorrichtung lediglich schematisch dargestellt ist.
In der einzigen 1 der Zeichnung ist ein Leck 1 in einer Rohrleitung 2 angedeutet. Das Leck 1 wird von einer gegebenenfalls austauschbaren Aufweitung 3 eines Ansaugstutzens 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung für das Bestimmen der Leckrate V ._Leck überdeckt.
An den Ansaugstutzen 4 der Absaugvorrichtung 5 schließt weiter ein rohrartiger Abschnitt 6 an, der einen Ventilator oder einen Lüfter 7 aufnimmt. Der Lüfter sollte mit einer niedrigen Spannung betrieben werden oder explosionsgeschützt ausgebildet sein, damit bei einem elektromotorischen Antrieb des Lüfterrades ausgeschlossen ist, daß es hier zu einem Entzünden eines explosiven Gases durch die elektrische Spannung kommen kann.
Der Lüfterkennlinie des Lüfters 7 wird erfindungsgemäß der Volumenstrom V ._ges innerhalb der Absaugvorrichtung 5 entnommen. Alternativ dargestellt ist jedoch eine Messvorrichtung 8 für das Bestimmen des Volumenstroms V ._ges, beispielsweise für eine Druckdifferenzmessung über eine angedeutete Blende 9.
Stromab einer derartige Messvorrichtung 8 wird eine Gasprobe entnommen und einem Gasspürgerät 10 zugeführt. Die Gestaltung des Anschlusses 11 wird regelmäßig davon abhängen, wie daß verwendete Gasspürgerät 10 ausgelegt ist, insbesondere ob eine Probe in das Gasspürgerät 10 eingeführt werden muß oder ob ein Gasspürsensor beispielsweise in die Wandung der Absaugvorrichtung 5 eingelassen werden kann. Der Volumenstrom, der hierbei verloren geht, ist vernachlässigbar klein, so daß in der eingangs erläuterten Weise die Leckrate V ._Leck bestimmt werden kann.
Die Berechnung kann durch die Elektronik des Gasspürgerätes 10 auch erfolgen, wie auch die Anzeige der Leckrate V ._Leck, wenn dieses über eine entsprechende Auswertevorrichtung verfügt. Erfindungsgemäß ist, insbesondere auch für die Nachrüstung vorhandener Gasspürgeräte 10, die Absaugvorrichtung 5 selbst mit einer solchen Auswertevorrichtung versehen.
Wird nun beispielsweise an einem Leck in einer Erdgasleitung ein Volumenstrom V ._ges = 2000 l/h und eine Konzentration C_ges = 100 ppm gemessen und zeigt das Gasspürgerät 10 in reinem Erdgas eine Konzentration C_kal = 100 % an, ergibt sich für die Leckrate: V ._Leck = ( 2000 l/h )·( 100·10^–6)/(100·10^–2) = 0, 2 l/h
Bei der nachfolgenden Kontrollbestimmung der Leckrate mit einem verdoppelten Volumenstrom von bspw. V ._ges = 4000 l/h muß dann das Gasspürgerät 10 eine Konzentration von 50 ppm anzeigen, womit aufgezeigt ist, daß auch die tatsächliche Leckrate ermittelt wurde.

Claims

Verfahren für die Bestimmung einer Leckrate eines Lecks in einer unter einem Überdruck stehenden Gasleitung, in einem Gasbehälter oder dergleichen mittels einer Absaugvorrichtung, aufweisend die Verfahrensschritte – des Absaugens der Umgebungsluft des Leckes (1) mittels eines einen Differenzdruck in einem rohrartigen Abschnitt der Absaugvorrichtung aufbauenden Lüfters, – des Bestimmens des abgesaugten Volumenstromes V ._ges aus der Lüfterkennlinie, – des Messens der Gaskonzentration C_ges einer Probe des Volumenstromes V ._ges mit einem Gasspürgerät (10) und – des Berechnens der Leckrate V ._Leck aus V ._Leck = C_ges·V ._ges/C_kal mit dem Kalibrierungsfaktor C_kal des Gasspürgerätes (10) durch eine der Absaugvorrichtung eigene Auswertevorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer ersten Bestimmung der Leckrate eine zweite Kontrollbestimmung der Leckrate mit einem geänderten Volumenstrom V ._ges durchgeführt wird.