Die Erfindung betrifft in Rohren anwendbare Vorrichtungen für eine zerstörungsfreie
Kontrolle von Rohrleitungen, insbesondere von verlegten Gasfernleitungen, durch eine
Bewegung einer Vorrichtung innerhalb der zu kontrollierenden Rohrleitung, welche Vor
richtung sich aus einem oder mehreren Transportmodulen zusammensetzt, die sich im In
nern der Rohrleitung dank einem Druck des Gasstromes beim Gastransport über die Rohr
leitung bewegen und an ihrem Gehäuse Geber tragen, die gegen irgendwelche Parameter
empfindlich sind, durch die der technische Zustand der Hauptrohrleitung wiedergegeben
wird. Diese Vorrichtung ist auch für eine Kontrolle innnerhalb der Rohre von Erdöl- und
Erdölproduktleitungen geeignet.
Es ist ein in Rohren anwendbares megnetisches Defektoskop bekannt ("Zum gegen
wärtigen Stand der Kontrolle über die Sicherheit von Hauptrohrleitungen", Defektoskopie,
Heft 1, 2000, Seiten 3 bis 17 [1]), welches ein Gehäuse, daran angebrachte Mittel zur Mag
netisierung der Wand einer Rohrleitung und Magnetfeldsensoren in Form von Impedanzfer
rosonden umfaßt.
Anzeigen der Ferrosonden hängen in komplizierter Weise von einer gegenseitigen
Orientierung der Ferrosonden und des Feldes eines Werkstoffehlers ab, so daß die Identifi
zierung von Werkstoffehlern in unebenen Bereichen der Innenoberfläche einer Rohrleitung
erschwert ist.
Es ist ein in Rohren anwendbares magnetisches Defektoskop British Gas Corporati
on (GB 2 044 459, Int. Kl. G01N27/82, 15.10.1980, [2], Analogiepatent: US 4 330 748)
sowie ein in Rohren anwendbares magnetisches Defektoskop Vetco Pipeline Services Inc.
(US 5 532 587, Int. Kl. G01N27/72, 02.07.1996, [3], Analogiepatent: CA 2 085 048) be
kannt, welches aufweist: ein Gehäuse, daran angebrachte Mittel zur Magnetisierung der
Wand einer Rohrleitung, elastische Manschetten und Induktionsmagnetfeldsensoren, wel
che in Form von zwei Gürteln derart angeordnet sind, daß die Sensoren eines zweiten Gür
tels die den Zwischenräumen zwischen den Sensoren eines ersten Gürtels entsprechenden
Bereiche der Wandung der Rohrleitung überlappen.
Die Induktionssensoren messen ein Magnetfeld nur noch im Augenblick einer Be
wegung, wodurch Messungen in den Bereichen der Rohrleitung erschwert werden, in denen
eine nennenswerte Bremsung des in Rohren anwendbaren Defektoskopes (insbesondere an
Stellen einer Querschnittsverminderung der Rohrleitung, in Krümmungen mit einem klein
bemessenen Halbmesser) vor sich geht.
Es ist ein in Rohren anwendbares magnetisches Defektoskop (SU 1 157 443, Int. Kl.
G01N27/82, 23.05.85 [4]) bekannt, das ein Gehäuse, ein System zur Magnetisierung der
Wand einer Rohrleitung und innerhalb des Innenraumes einer elastischen Manschette (aus
Gummi) untergebrachte magnetempfindliche Elemente aufweist.
Durch die Anordnung der magnetempfindlichen Elemente innerhalb des Innenrau
mes nur einer Manschette ist keine Möglichkeit gegeben, die Innenfläche eines Rohres an
der Stelle einer starken Geometrieverzerrung des Querschnittes, bei der eine teilweise Man
schettenquetschung stattfindet, abzutasten.
Es ist ein in Rohren anwendbares megnetisches Defektoskop (Abakumow A. A.,
"Magnetointroskopie", Moskau, 1996, [5], Seiten 258 bis 262) bekannt, das ein Gehäuse,
daran angebrachte Mittel zur Magnetisierung der Wand einer Rohrleitung und Halbleiter-
Magnetfeldsensoren in Form von Magnetodioden bzw. Magnetowiderständen umfaßt.
Wie bereits in [5], S. 260, Zeile 17 von unten, angegeben steht, ist die Anwendung
der Halbleiter unter den Bedingungen eines Temperaturgradienten des Arbeitsmediums des
zu kontrollierenden Objektes in einem Bereich von -40 bis +50°C problematisch.
In nicht isothermischen Rohrleitungen (siehe z. B., Nowossjolow W. F., Goljanow
A. L, Muftachow Je.M. "Typisierte Berechnungen für die Projektierung und den Betrieb
von Gasleitungen", Moskau, 1982, [6], S. 52) vermag die durchschnittliche Gastemperatur
um einen Wert von 5 bis 10°C/km und darüber zu schwanken, was bei einer Laufgeschwin
digkeit des Defektoskopes in einer Gasleitung von 3 bis 10 m/s einer Temperaturänderung
des durch das Defektoskop durchfließenden Mediums bis 6°C pro Minute entspricht. Hier
bei weicht zu jedem Augenblick die Wandtemperatur der Rohrleitung von der Durch
schnittstemperatur im vorliegenden Abschnitt der Rohrleitung ab, welche ihrerseits sich
von der Durchschnittstemperatur der Baugruppen des Defektoskopes unterscheidet. Eine
änderung der Menge des durch das Defektoskop durchfließenden Mediums zieht auch eine
änderung der Temperaturverteilung auf die Baugruppen des in Rohren anwendbaren De
fektoskopes nach sich. Der Einsatz von Halbleitersensoren und elektronischen Elementen
macht es unter diesen Verhältnissen erforderlich, eine Thermostabilisation der genannten
Elemente herbeizuführen.
Es ist ein in Rohren anwendbares magnetisches Defektoskop der Fa. Vetco ("Vet
colog Pig Technical Information", USA, 1977, eingereicht beim Ministerium für Gasindust
rie zur Besprechung am 27. Juli 1977, [7], und US-PS US 38 99734, Int. Kl. G01R33/12,
12.08.75, [8], Analogiepatente: CA 10 07299, DE 24 23 113, FR 22 29970, GB 14 71595,
JP 50 017694) bekannt, das ein Gehäuse, daran angebrachte Mittel zur Magnetisierung der
Wand einer Rohrleitung, elastische Manschetten und Halbleiter-Magnetfeldsensoren in
Form von Magnetodioden enthält.
Ein besonderes Schema für eine paarweise Anschaltung der Magnetodioden gestattet
es, der thermischen Abhängigkeit von Anzeigen der Magnetodioden im wesentlichen zu
begegnen. Dieses Schema ermöglicht jedoch nicht, den Meßfehlern auszuweichen, die mit
thermoelektrischen bzw. thermomagnetischen Effekten zusammenhängen, welche wegen
der Temperaturgradienten der Elemente der Verbindungsschaltung von den Sensorengrup
pen mit den Meß- und Datenbearbeitungsmitteln auftreten, welche Temperaturgradienten
besonders hoch bei der Kontrolle von Rohrleitungen zur Beförderung von Gasen und gas
flüssigen Mischungen sind.
Es ist ein in Rohren anwendbares magnetisches Defektoskop ("Vorschriften für die
technische Diagnose von Erdölfernleitungen mittels in Rohren anwendbarer Inspektions-Ge
räte", Moskau, 1999, Führungsdokument RD 153-39.4-035-99, [9], Seiten 137 bis 139)
bekannt, welches ein Gehäuse, daran angebrachte elastische Manschetten, Mittel zur Mag
netisierung der Wand einer Rohrleitung, Magnetfeldwandler, Temperatursensoren und in
das Gehäuse des Defektoskops eingebaute Mittel zur Messung, Bearbeitung und Registrie
rung von Meßdaten enthält.
Durch den Einsatz der Temperatursensoren bietet sich die Möglichkeit für die Kon
trolle über die Temperaturführung der Elektronik bei einem diagnostischen Durchlauf des
Defektoskopes, jedoch Turbulenzen und Nichtgleichgewichtsvorgänge im transportierten
Medium verursachen Temperaturgradienten zwischen den Temperatursensoren, den Mag
netfeldwandlern und den Datenbearbeitungsmitteln sowie zwischen den Elementen der Ver
bindungskreise zur Verbindung der Temperatursensoren und der Wandler mit den Bear
beitungsmitteln, so daß die Meßergebnisse verzerrt werden und thermoelektrische bzw.
thermomagnetische Erscheinungen zur Geltung kommen.
Es ist ein in Rohren anwendbares magnetisches Defektoskop der Geschlossenen
Aktiengesellschaft "Inshenerny zentr "WNIIST-POISK" (RU 21 33032, Int. Kl.
G01N27/83, 10.07.1999, [10]), bekannt, das ein Gehäuse, eine Anordnung zur Magnetisie
rung der Wand einer Rohrleitung, eine Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Elementen,
von denen jedes an einen der Eingänge eines betreffenden Differentialverstärkers ange
schaltet ist, deren Vielzahl im Defektoskopgehäuse vorgesehen ist, umfaßt.
Infolge einer Entfernung der im Bereich der Innenoberfläche der Rohrleitung gele
genen empfindlichen Elemente von den betreffenden im Gehäusemantel des Defektoskopes
befindlichen Differentialverstärkern vergrößern sich die Faktoren der äußeren Induktionen
und der thermomagnetischen Effekte, die auf einen Temperaturgradienten zwischen dem
Bereich der Anordnung der Wandler und demselben der Anordnung der Verstärker zurück
zuführen sind.
Es ist ein in Rohren anwendbares magnetisches Defektoskop Pipetronix Ltd. (EP 08 25435,
Int. Kl. G01N27/90, 25.02.1998, [11], Analogiepatente: US 58 64232, CA 21 84327,
JP 10 090230, NO 97 1959) bekannt, das ein Gehäuse, daran angebrachte Mittel zur
Magnetisierung der Wand einer Rohrleitung, elastische Manschetten und Mehrelementen-
Magnetfeldwandler, von denen jeder Mehrelementen-Magnetfeldwandler mehrere emp
findliche Elemente aufweist, die in Polyurethan in Form eines Parallelogrammes mit kera
mischen Einsatzstücken an der an der Innenfläche der Rohrleitung gleitenden Oberfläche
eines Mehrelementen-Wandlers eingebettet sind, enthält.
Eine Polyurethankompoundmasse gestattet es, dem Auftreten eines Temperarturgra
dienten innerhalb des Mehrelementen-Wandlers entgegenzuwirken, jedoch eine Entfernung
der im Bereich der Innenfläche der Rohrleitung gelegenen empfindlichen Elemente von den
betreffenden, im Defektoskopgehäuse untergebrachten Meßdatenbearbeitungsmitteln ver
stärkt die Faktoren der äußeren Induktionen sowie der thermoelektrischen bzw. thermo
magnetischen Effekte, die mit dem Temperaturgradienten zwischen dem Bereich der An
ordnung der Mehrelementen-Wandler und solchem der Anordnung der elektronischen Mo
dulen bei der Kontrolle von nicht isothermischen Rohrleitungen zusammenhängen.
Als Prototyp für die anmeldungsgemäße Vorrichtung gilt ein in Rohren anwendbares
megnetisches Defektoskop British Gas Corporation (UdSSR-Patent SU 745386, Int. Kl.
G01N27/82, 30.06.1980, [12]), welches ein Gehäuse und daran angebrachte Mehrelemen
ten-Magnetfeldwandler umfaßt, von denen jeder eine Gruppe aus vier Elementen in Form
von Hall-Sensoren aufweist, die eingekapselt sind und in Öffnungen eines Paneels unterge
bracht sind.
Bei einer vorgefertigten Konstruktion der Wandler des erwähnten Defektoskopes mit
lösbaren Verbindungen haben die Hall-Elemente einen unterschiedlichen Wärmekontakt
mit dem Paneel, dem Gehäuse und anderen Teilen, weswegen sich eine Temperaturände
rung des über die Rohrleitung beförderten Mediums auf verschiedene Hall-Elemente unter
schiedlich auswirkt, wodurch sich ein von der Mediumtemperatur abhängiger Unterschied
in bezug auf die Antwort der Hall-Elemente ergibt, wobei ferner bei der genannten Kon
struktion infolge einer Entfernung der im Bereich der Innenfläche der Rohrleitung ange
ordneten empfindlichen Elemente von den im Defektoskopgehäuse untergebrachten betref
fenden Meßdatenbearbeitungsmitteln die Faktoren der äußeren Induktionen und der ther
nomagnetischen Effekte verstärkt werden, die mit dem Temperaturgradienten zwischen
dem Bereich der Anordnung der Mehrelementen-Wandler und solchem der Anord
nung der elektronischen Module (insbesondere bei der Kontrolle von nicht isothermischen
Gasleitungen) zusammenhängen.
Das anmeldungsgemäße, in Rohren anwendbare Defektoskop, das man innerhalb
der zu prüfenden Rohrleitung in Bewegung bringt, umfaßt ebenfalls ein Gehäuse, Mittel zur
Magnetisierung der Wand einer Rohrleitung, Mehrelementen-Magnetfeldwandler und Mit
tel zur Messung, Bearbeitung und Registrierung von Meßdaten, wobei jeder der genannten
Mehrelementen-Magnetfeldwandler eine Gruppe von magnetfeldempfindlichen Elementen
aufweist.
Zum Unterschied vom Prototyp umfaßt bei dem beanspruchten Defektoskop jeder
der Mehrelementen-Magnetfeldwandler einen Multiplexer und einen Verstärker, wobei die
Ausgänge der angegebenen empfindlichen Elemente an die Eingänge des Multiplexers, die
Ausgänge des Multiplexers an die Eingänge des Verstärkers angeschaltet sind und ein Aus
gang des Verstärkers an die genannten Mittel zur Messung, Bearbeitung und Registrierung
von Meßdaten angeschlossen ist.
Das hauptsächliche technische Ergebnis, das durch die Realisierung der anmel
dungsgemäßen Erfindung erreichbar ist, besteht darin, daß die Funktionstüchtigkeit des De
fektoskopes und die Aussagekraft der Kontrolle von Rohrleitungen verbessert werden, was
darauf zurückzuführen ist, daß äußere Induktionen sowie thermoelektrische bzw. thermo
magnetische Effekte in der Verbindungsschaltung für die Verbindung der magnetfeldemp
findlichen Elemente mit den Mitteln zur Abfrage der Elemente und zur Verstärkung der
Signale im integrierten Mehrelementen-Wandler vermieden werden (das trifft insbesondere
für die Kontrolle von nicht isothermischen Hauptrohrleitungen zu). Dank der Organisation
der Abfrage der Elemente im integrierten Verstärker werden überflüssige Verstärkerele
mente im Wandler erübrigt, wodurch im wesentlichen der Energiebedarf der elektronischen
Bestandteile des Wandlers, dessen Hauptanteil der Energiebedarf der Verstärkerelemente
ist, und jeweils eine Wärmeentwicklung im Wandler reduziert werden.
In Weiterentwicklung der beanspruchten Erfindung sind die empfindlichen Elemente
als Halbleiterelemente ausgebildet, wobei die genannten Mittel zur Magnetisierung der
Wand der Rohrleitung zwei Gürtel von auf Magneten angebrachten Bürsten aus einem
ferromagnetischen Werkstoff bilden, die mit der Innenfläche der Rohrleitung in Berüh
rung kommen, die genannten Halbleiter-Magnetfeldwandler zwischen den genannten Bürs
tengürteln in Form eines Gürtels von Mehrelementen-Halbleitermagnetfeldwandlern ange
ordnet sind, welche an die Innenfläche der Rohrleitung längst einer Umfangslinie im Quer
schnitt der Rohrleitung anstoßen, wobei weiter im hinter den genannten Bürstengürteln ge
legenen Bereich - in Richtung von der Nase des Defektoskopgehäuses her gesehen - ein
zweiter Gürtel von genannten Mehrelementen-Halbleitermagnetfeldwandlern vorgesehen
ist.
Im und/oder am Defektoskopgehäuse ist ein Temperatursensor angebracht, wobei
dieser Temperatursensor hinter den genannten Mitteln zur Magnetisierung der Wand der
Rohrleitung - in Richtung von der Nase des Defektoskopgehäuses her gesehen - angeord
net ist.
Am Defektoskopgehäuse ist ein Temperatursensor angebracht, wobei dieser Tempe
ratursensor im Bereich vorgesehen ist, der hinter dem vorerwähnten ersten und/oder zwei
ten Gürtel der Mehrelementen-Halbleitermagnetfeldwandler gelegen ist.
Durch die Anwendung der Halbleiter-Magnetfeldsensoren wird ermöglicht, bei der
Identifizierung der kritischen Fehler die Magnetfeldprojektionen unabhängig von der Lauf
geschwindigkeit des Defektoskopes in der Rohrleitung hinreichend genau zu definieren,
wobei die Anwendung der Temperatursensoren die Anzeigen der Halbleiter-Magnetfeld
sensoren während der Datenbearbeitung nach Beendigung des diagnostischen Durchlaufes
des Defektoskopes zu korrigieren gestattet. Der zweite Gürtel der Magnetfeldsensoren er
möglicht die Lage von Fehlern in bezug auf die Innenwand der Rohrleitung zu bestimmen.
Diese Anordnung des Temperatursensors gestattet, das Anhaften eines Mülls an dem
Temperatursensor wegen eines mechanischen Kontaktes der Mittel zur Magnetisierung
und der Magnetfeldsensoren mit der Innenfläche der Rohrleitung bei einer Turbulenz des
Flusses zwischen den Manschetten zu vermeiden und somit einer änderung der Wärme
trägheit des Temperatursensors zu begegnen.
Die genannten empfindlichen Elemente sind Hall-Elemente, der genannte Verstärker
ist ein Differentialverstärker, an dessen Differentialeingänge die Ausgänge des genannten
Multiplexers angeschaltet sind, die den paarweisen Ausgängen der Hall-Elemente entspre
chen.
Der Temperaturkoeffizient für die magnetische Empfindlichkeit der genannten
Hall-Elemente beläuft sich auf (0,01-0,1)%/°C.
Höhere Koeffizientwerte der anmeldungsgemäßen Konstruktion gewährleisten kei
ne Stabilität von Anzeigen, die infolge einer Temperaturänderung des Mediums im Laufe
eines diagnostischen Durchlaufes die zulässigen Grenzwerte übertrifft, und bei Koeffizient
werten, die kleiner als die angegebenen sind, zeichnen sich die Hall-Elemente durch ein
geringes Lösungsvermögen in bezug auf die zu messende Größe des Magnetfeldes aus.
Das Defektoskop umfaßt eine Gleichstromquelle, die an die Eingänge der genann
ten empfindlichen Elemente angeschlossen sind, wobei die genannten Meßmittel Span
nungsmeßmittel besitzen, die an die Ausgänge der genannten empfindlichen Elemente ange
schaltet sind. Der angegebene Magnetfeldwandler umfaßt einen Stromstabilisator, wobei die
genannten empfindlichen Elemente in Reihe an einen Speisestromkreis geschaltet sind, der
durch den genannten Stabilisator gebildet ist. Dank der Anordnung des genannten Stabili
sators im integrierten Magnetfeldwandler werden Induktionen, die wegen der Stromversor
gung über ein Kabel für die Verbindung mit der Speisequelle hervorgerufen werden, und
eine instabile Stromversorgung wegen der Wärmeeffekte im Bereich des genannten Kabels
vermieden.
Die Innenräume des genannten Magnetfeldwandlers sind mit einer Kompoundmasse
aufgefüllt, jedes der genannten empfindlichen Elemente besitzt einen gegen ein Magnetfeld
empfindlichen Bereich, der durch einen unempfindlichen Bereich umgeben ist, wobei die
Dicke der geringsten Schicht des unempfindlichen Bereiches der Elemente und der Kom
poundmasse zwischen dem empfindlichen Bereich aller genannten empfindlichen Elemente
und des transportierten Mediums zwischen 1 und 10 mm liegt.
Die Innenräume des genannten Magnetfeldwandlers sind mit einer Kompoundmasse
gefüllt, wobei die Dicke der geringsten Schicht der Kompoundmasse zwischen dem Gehäu
se eines der beliebigen genannten Elemente des Magnetfeldwandlers und dem transportier
ten Mediums mindest 1 mm ausmacht.
Die unempfindlichen Schichten und die Schichten der Kompoundmasse sorgen bei
den angegebenen Grenzwerten für eine Wärmeträgheit der empfindlichen Bereiche der
Elemente, die für die Vermeidung der Wärmeeffekte ausreicht, die durch kurzzeitige lokale
Temperaturschwankungen bedingt sind, welche für die Kontrolle von nicht isothermischen
Rohrleitungen typisch sind, und gestatten es, Meßdaten nach Beendigung eines diagnosti
schen Durchlaufes mit Rücksicht auf die Anzeigen der Temperatursensoren zu korrigieren.
Am Defektoskopgehäuse ist mindestens ein Odometer vorgesehen, dessen Ausgang
an einen Eingang eines Adressengenerators für das abzufragende empfindliche Element
angeschaltet ist, wobei die Steuerausgänge des genannten Multiplexers digitale Steueraus
gänge sind und an die Ausgänge des genannten Adressengenerators für das abzufragende
Element angeschlossen sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das beanspruchte, in Rohren an
wendbare Defektoskop ein Gehäuse, daran angebrachte elastische Manschetten, die Kon
taktflächen für einen Kontakt mit der Innenfläche einer Rohrleitung ausbilden, Mittel zur
Magnetisierung der Wand der Rohrleitung und vorerwähnte Mehrelementen-Magnetfeld
wandler sowie Mittel zur Messung, Bearbeitung und Registrierung von Meßdaten, wobei im
Bereich der Nase des Defektoskopgehäuses an diesem eine kegelförmige Manschette vorge
sehen ist, vor dieser kegelförmigen Manschette mindestens eine elastische Manschette an
geordnet ist, die eine Kontaktfläche zur Kontaktierung mit der Innenfläche der Rohrleitung
bildet, wobei weiter die Außenfläche der kegelförmigen Manschette eine Mantelfläche ei
nes Zylinders, dessen Durchmesser höchstens 0,98 des Außendurchmessers der Rohrleitung
beträgt, und eine daran angrenzende Mantelfläche eines Kegels ausbildet, die Mantellinie
des Kegels mit der Hauptachse der Rohrleitung einen Winkel von höchstens 50° ausbildet,
ein Teil der genannten kegelförmigen Manschette im Bereich, gelegen zwischen einem
Querschnittsdurchmesser des genannten Kegels von 0,75 des Maximaldurchmessers und
dem Maximaldurchmesser, frei verformbar ist, der Bereich des über die Rohrleitung trans
portierten Mediums vor der genannten kegelförmigen Manschette mit dem Bereich des
transportierten Mediums hinter der genannten kegelförmigen Manschette über Öffnungen in
der kegelförmigen Manschette und/oder dem Defektoskopgehäuse kommuniziert. Die ge
nannten Mehrelementen-Magnetfeldwandler sind Halbleiter, im und/oder am Defektoskop
gehäuse ist ein Temperatursensor vorgesehen, dieser Temperatursensor befindet sich im
Bereich, der hinter der genannten kegelförmigen Manschette gelegen ist. Die genannten
Mittel zur Magnetisierung der Wand der Rohrleitung umfassen zwei Gürtel von auf Mag
neten angebrachten Bürsten aus einem ferromagnetischen Werkstoff, welche mit der Innen
fläche der Rohrleitung in Kontakt stehen, wobei die angegebenen Mehrelementen-
Halbleitermagnetfeldwandler zwischen den genannten Bürstengürteln in Form eines Gür
tels von den Wandlern angeordnet sind und an die Innenfläche der Rohrleitung längs einer
Umfangslinie des Querschnittes der Rohrleitung angrenzen, im hinter der genannten Bürs
tengürtel gelegenen Bereich ein zweiter Gürtel von den Mehrelementen-Halbleitermagnet
feldwandlern vorgesehen ist, wobei weiter im hinter dem angegebenen zweiten Gürtel der
Mehrelementen-Halbleitermagnetfeldwandler gelegenen Bereich mindestens ein Temperatur
sensor angeordnet ist. Jeder der genannten Mehrelementen-Halbleitermagnetfeldwandler
enthält mehrere Hall-Elemente, die an die angegebenen Mittel zur Messung, Bearbeitung
und Registrierung von Meßdaten angeschaltet sind, wobei die Innenräume des Temperatur
sensors mit einer Kompoundmasse befüllt sind. Die angegebenen Mittel zur Messung, Be
arbeitung und Registrierung von Meßdaten umfassen Mittel zur Digitalumwandlung von
Daten, wobei das Defektoskopgehäuse mindestens einen hermetisch abgedichteten Mantel
mit einer axialen Symmetrie besitzt, der die genannten Mittel zur Digitalumwandlung von
Daten aufnimmt, der genannte Temperatursensor an der Außenseite des genannten Man
tels angebracht ist. Die angegebene kegelförmige Manschette besteht aus Polyurethan und
befindet sich vor den angegebenen Mitteln zur Magnetisierung der Wand der Rohrleitung
und vor den angegebenen Magnetfeldsensoren. Am Defektoskopgehäuse sind mindestens 4
und höchstens 10 genannte elastische Manschetten angebracht, die eine Kontaktfläche zur
Kontaktierung mit der Innenfläche der Rohrleitung ausbilden, wobei vor der genannten ke
gelförmigen Manschette höchstens drei genannte elastische Manschetten vorgesehen sind
und hinter der genannten kegelförmigen Manschette mindestens zwei genannte elastische
Manschetten angeordnet sind. Die vorgenannte Mantellinie des Kegels bildet mit der
Hauptachse der Rohrleitung einen Winkel zwischen 20 und 50°, wobei die Länge der ge
nannten Mantelfläche des Zylinders in Richtung zur Hauptachse der Rohrleitung hin min
destens 0,2 des Durchmessers des genannten Zylinders beträgt. Der Durchmesser des ge
nannten Zylinders liegt zwischen 0,94 und 0,97 des Außendurchmessers der zu kontrollie
renden Rohrleitung, während die Dicke des frei verformbaren Teiles der genannten Man
schette 0,03 bis 0,08 des Außendurchmessers der Rohrleitung beträgt. Der vor der kegel
förmigen Manschette gelegene Bereich des über die Rohrleitung transportierten Mediums
kommuniziert mit dem hinter der kegelförmigen Manschette gelegenen Bereich des trans
portierten Mediums - in Richtung von der Nase des Defektoskopgehäuses her gesehen -
über Öffnungen in der Manschette und/oder dem Defektoskopgehäuse, wobei der summari
sche Durchlaßquerschnitt der angegebenen Öffnungen zwischen 0,4 und 4% der Quer
schnittsfläche der Rohrleitung liegt. Im kegelförmigen Teil der genannten kegelförmigen
Manschette sind im Bereich, gelegen zwischen einem Außendurchmesser von 0,8 des Ma
ximaldurchmessers und dem Maximaldurchmesser, Durchgangsöffnungen vorgesehen,
deren summarischer Durchlaßquerschnitt 0,4 bis 4% der Querschnittsfläche der Rohrleitung
ausmacht.
Der angegebene Temperatursensor ist ein integraler Temperatursensor.
Die Wärmeaustauschzahl des Temperatursensors für den Wärmeaustausch mit dem
beförderten Medium übertrifft dieselbe des empfindlichen Bereiches des Halbleiter-Magnet
feldwandlers für den Wärmeaustausch mit dem beförderten Medium höchstens um das
5fache.
Die elastischen Manschetten einschließlich der kegelförmigen Manschette bestehen aus
einem Polyurethan mit einer Shorehärte zwischen 70 und 100 A.
Am besten ist ein solches in Rohren anwendbare Defektoskop für die Kontrolle von
Rohrleitungen mit einem Außendurchmesser von höchsten 600 mm geeignet.
Es zeigen:
Fig. 1 ein in Rohren anwendbares magnetisches Defektoskop;
Fig. 2 ein Schema, welches die Funktionsweise des in Rohren anwendbaren magne
tischen Defektoskopes veranschaulicht;
Fig. 3 ein Schema, welches die Funktionsweise eines Mehrelementen-Magnet
feldwandlers veranschaulicht;
Fig. 4 einen Teil eines Defektoskopgehäuses mit einer daran angebrachten kegel
förmigen Manschette;
Fig. 5 eine graphische Abbildung der Daten, die durch einen zweiten Gürtel der
Mehrelementen-Magnetfeldwandler - von der Nase des Defektoskopgehäuses her gesehen -
unter Bindung an einen gemessenen, innerhalb einer Rohrleitung zurückgelegten Abstand
geliefert sind;
Fig. 6 eine graphische Abbildung der Daten, die durch einen ersten Gürtel der
Mehrelementen-Magnetfeldwandler - von der Nase des Defektoskopgehäuses her gesehen -
unter Bindung an einen gemessenen, innerhalb einer Rohrleitung zurückgelegten Abstand
geliefert sind;
Fig. 7 eine graphische Abbildung der Daten, die durch das Defektoskop im Bereich
eines Wandfehlers einer Rohrleitung in Form eines Risses gewonnen sind;
Fig. 8 eine graphische Abbildung der Daten, die durch das Defektoskop im Bereich
eines Metallverlustes durch eine Korrosion der Wandung einer Rohrleitung gewonnen sind.
Fig. 1 zeigt ein in Rohren anwendbares magnetisches Defektoskop bei einer Unter
suchung von Rohrleitungen mit einem (bedingten) Außendurchmesser von 20" (529 mm),
dessen Wirkungsweise auf einer Methode zur Messung von Magnetflußverlusten beruht.
Das entwickelte, in Rohren anwendbare magnetische Defektoskop fit eine zerstörungsfreie
Kontrolle von Rohrleitungen hat erfolgreich Tests bestanden und ist zur Zeit in Betrieb.
Das Defektoskop ist in drei Hauptsektionen, nämlich eine Batteriesektion 1, eine magneti
sche Sektion 2 und eine Gerätesektion 3 unterteilt. Die Vorrichtung besitzt zwei Gürtel von
an der magnetischen Sektion 2 angebrachten Magneten 4 und 5, die für eine Magnetisierung
der Wand einer Rohrleitung sorgen, einen Gürtel von Magnetfeldwandlern 6, die an der
magnetischen Sektion 2 zwischen den Magnetgürteln angeordnet sind, einen Gürtel von
Magnetfeldwandlern 7, die an der Gerätesektion montiert sind, wobei die Vorrichtung fer
ner Weggeber für eine in der Rohrleitung zurückgelegte Weglänge (Odometer) 28, 29 (
Fig. 1, 2 und) enthält, die durch die Gerätesektion 3 getragen werden.
Elektronische Mittel für eine digitale Bearbeitung von Meßdaten sind in explosions
geschützten Gehäusemänteln des Defektoskopes untergebracht, wobei die Länge einer
Spalte bei den Verbindungen mindestens 12,5 mm, die Länge der Spalte bis an eine Öffnung
mindestens 8 mm und die Breite der Spalte max. 0,15 mm beträgt.
Im Mantel der Batteriesektion 1 (Fig. 2) sind ein Batteriespeiseblock 21, ein Modul 22
zur Umformung der Batteriespannung zu einer Spannung für die Stromversorgung der elekt
ronischen Module und ein eigensicheres Modul 23 vorgesehen.
Ein Ausgang des Batteriespeiseblockes 21 ist auf einen Eingang des Spannungsum
formmoduls 22 geschaltet, dessen Ausgänge über das eigensichere Modul 23 an ein Spei
severteilungsmodul 25 der Gerätesektion angeschlossen sind. Die Ausgänge des Speisever
teilungsmoduls 25 sind mit allen elektronischen Modulen und den Elementen der Geräte
sektion verbunden.
Am Gehäuse der magnetischen Sektion 2 (Fig. 1 und 2) befinden sich ein Gürtel
6 der Mehrelementen-Halbleitermagnetfeldwandler, welche an die Innenfläche der Rohr
leitung durch eine Halterung der Magnetfeldwandler angedrückt werden, und
Analog-Digitalumsetzblöcke 24 zur Umsetzung von Meßdaten.
Die Magnetfeldwandler sind an die Analog-Digitalumsetzblöcke angeschaltet, deren
Ausgänge mit Modulen 32 zur Datendigitalumsetzung der Gerätesektion 3 verbunden sind.
In der Gerätesektion 3 (Fig. 2) befinden sich ein Speiseverteilungsmodul 25, ein
Bordcomputer 25 mit einem Speicherblock 27 mit einer Festkörperspeicherung, ein
Außendruckgeber 30, ein Geber 31 für den Drehwinkel des Defektoskopes um die Haupt
achse einer Rohrleitung und Datendigitalumsetzmodule 32.
Am Gehäuse der Gerätesektion 3 (Fig. 1, 2 und 3) sind ein Gürtel von den
Mehrelementen-Halbleitermagnetfeldwandlern 7, die an die Innenfläche der Rohrleitung durch
eine Halterung der Wandler angedrückt werden, Odometer 28, 29 und Daten-Analog-
Digitalumsetzblöcke 33 angeordnet, wobei in das Gehäuse aller angegebenen Blöcke ein
Temperatursensor 34 eingebaut ist. An die Daten-Analog-Digitalumsetzblöcke 33 sind die
Magnetfeldwandler und die Odometer angeschaltet.
An die Blöcke 33 sind fernerhin der Außendruckgeber 30, der Drehwinkelgeber 31
und die in die Gehäuse der Blöcke 33 eingebauten Temperatursensoren 34 angeschlossen.
Die Ausgänge der Analog-Digitalumsetzblöcke 33 sind mit den Digitalumsetzmo
dulen 32 verbunden, deren Ausgänge an den Bordcomputer gelegt sind.
Die Sektionen des Defektoskopes sind untereinander mit Hilfe eines gelenkigen
Triebes und elektrischer Kabel, die mit dem im Innern der Rohrleitung transportierten Me
dium in Kontakt stehen, verbunden, wobei in die Kabelkreise die eigensicheren Module 23
eingebaut sind.
Es werden integrierte Temperatursensoren Analog Devices und Hall-Elemente mit
einer Magnetempfindlichkeit von mindestens 350 µV/mT und einem Temperaturkoeffi
zienten für die Magnetempfindlichkeit von max. 0,05 5/°C benutzt. Die Hall-Elemente sind
in den Magnetfeldwandlern mit einer Epoxydkompoundmasse eingegossen.
Alle Mehrelementen-Wandler (Fig. 3) enthalten Hall-Elemente 71, 72, 73, 74, einen
Stromstabilisator 75, einen Multiplexer 76 und einen Differentialverstärker 77. Das Daten
digitalumsetzmodul 32 besitzt einen Adressengenerator 35 für das abzufragende Hall-
Element. Die Hall-Elemente 71 bis 74 sind in Reihe auf einen Speisekreis geschaltet, der
durch die Ausgänge des Stromstabilisators 75 gebildet sind. Die ersten Ausgänge der Hall-
Elemente sind mit den ersten Eingängen des Multiplexers und die zweiten Ausgänge der
Hall-Elemente mit den zweiten Eingängen des Multiplexers 76 verbunden. Ein erster Aus
gang des Multiplexers (welcher die Daten von den ersten Eingängen des Multiplexers her
durchläßt) ist an einen ersten Eingang des Differentialverstärkers 77 angeschaltet. Ein
zweiter Ausgang des Multiplexers (welcher die Daten von den zweiten Eingängen des Mul
tiplexers her durchläßt) ist an einen zweiten Eingang des Differentialverstärkers 77 ange
schlossen. Ein Ausgang des Differentialverstärkers 77 ist an einen der Eingänge des Daten-
Analog-Digitalumsetzblockes 33 angeschaltet.
Die Ausgänge der Odometer 28, 29 sind an die entsprechenden Eingänge des Daten-
Analog-Digitalumsetzblockes 33 angeschaltet. Der Ausgang des Daten-Analog-
Digitalumsetzblockes 33, der den digitalisierten, von einem der Odometer 28, 29 geliefer
ten Daten entspricht, ist an einen Eingang des Adressengenerators für das abzufragende
Element 35 angeschlossen, dessen digitaler Ausgang an einen digitalen Steuereingang des
Multiplexers 76 angeschaltet ist. Der Signalpegel am Ausgang des Generators 35 entspricht
um die gleiche Zeit der Norm "Transistor-Transistor-Logik" und "Komplementärstruktur:
Metall-Oxid-Halbleiter".
An jeder Sektion (Fig. 1 und 4) sind treibende Polymermanschetten 10 ange
bracht, von denen jede eine Kontaktfläche zur Kontaktierung mit der Innenfläche einer
Rohrleitung bildet, wobei im Bereich der Nase des Defektoskopgehäuses eine kegelförmige
Manschette 9 aus Polyurethan vorgesehen ist. Die Außenfläche der Manschette 9 bildet
eine Mantelfläche eines Zylinders 41 (Fig. 4) und eine daran anstoßende Mantelfläche eines
Kegels 42. Ein Teil 43 der kegelförmigen Manschette 9 ist am Defektoskopgehäuse starr
befestigt und ist nicht befähigt, sich frei zu verformen, während sich der Manschettenrest
beim Durchlauf des Defektoskopes innerhalb einer Rohrleitung frei verformt. Der Durch
messer der Mantelfläche des Zylinders beträgt 505 mm, die Mantellinie des Kegels bildet
mit der Hauptachse der Rohrleitung einen Winkel von 40°, die Länge der Mantelfläche des
Zylinders in Richtung zur Hauptachse der Rohrleitung hin beträgt 0,23 des Zylinderdurch
messers, im kegelförmigen Teil der kegelförmigen Manschette sind im Bereich des
Außendurchmessers der Manschette, der 0,85 des Maximaldurchmessers beträgt, Durch
gangsöffnungen vorgesehen, deren summarischer Durchlaßquerschnitt 0,5 der Querschnitts
fläche der Rohrleitung ausmacht. Die elastischen Manschetten bestehen aus einem Polyu
rethan mit einer Shorehärte von 85 A. Der Durchmesser der treibenden Manschetten 10 be
trägt im Querschnitt des größten Durchmessers 527 mm.
Die Vorrichtung funktioniert wie folgt.
Ein magnetisches Defektoskop wird in einer Rohrleitung untergebracht, Gas (Öl,
Ölprodukte) wird (werden) über die Rohrleitung fortgepumpt. Während der Bewegung des
magnetischen Defektoskopes in der Rohrleitung wird eine Magnetinduktion nahe der Innen
fläche der Rohrleitung erzeugt und gemessen, die Meßdaten werden bearbeitet und in den
Speicher 27 des Bordcomputers 26 eingetragen.
Das Magnetisieren der Wand der Rohrleitung geschieht innerhalb der Zone, die
zwischen den Drahtbürsten 4 und 5 der magnetischen Sektion 2 gelegen ist. In derselben
Zone befinden sich die Mehrelementen-Wandler 6 zur Magnetinduktionsmessung.
Die Methode für die magnetische Defektoskopie besteht darin, daß die Wand einer
Rohrleitung bis auf einen gesättigten Zustand magnetisiert und die Magnetinduktion in der
Nähe von dem magnetisierten Abschnitt gemessen wird. Das Magnetisieren wird mit Hilfe
von Permanentmagneten in Richtung, die sich mit einer Längsachse der Rohrleitung legt,
vorgenommen. Die Größe der magnetischen Induktion, welche oberhalb eines fehlerfreien
Abschnittes gemessen worden ist, trägt eine Information über die Wanddicke der Rohrlei
tung. Das Vorhandensein von Rissen bzw. Fehlern, die auf einen Metallverlust (Korrosion,
Grate) zurückzuführen sind, ergeben eine änderung der Größe und der Verteilungsart der
magnetischen Induktion.
Nach Beendigung eines diagnostischen Durchlaufes im vorliegenden Abschnitt der
Rohrleitung wird das magnetische Defektoskop aus der Rohrleitung herausgezogen, und
die während der Diagnose erfaßten Daten werden in einen außerhalb des Defektoskopes
befindlichen Computer eingetragen.
Eine spätere Auswertung der gespeicherten Daten läßt über das Vorhandensein von
Fehlern schließen und deren Maße definieren.
Während einer Bewegung des Defektoskopes innerhalb der Rohrleitung werden die
Räder der Odometer 28 und 29 an die Wand der Rohrleitung durch Federn angedrückt, und
an den Ausgängen der Odometer bilden sich Analogimpulsfolgen, die im Daten-Analog-
Digitalumsetzblock 33 digitalisiert werden. Die digitalisierten Daten der Odometer werden
in den Speicherblock 27 des Bordcomputers eingetragen. Darüber hinaus kommen beim
Datendigitalumsetzblock 32 die digitalisierten Daten eines der Odometer an den Adressen
generator für das abzufragende Element 35. Nach Ankommen eines jeden Impulses des
Odometers 35 bildet sich an einem zweistelligen Ausgang des Generators 35 ein Zyklus aus
vier Adressen, von denen jede Adresse an einem Steuereingang des Multiplexers 76 Daten
eines von vier Hall-Elementen 71 bis 74 zum Durchlaß öffnet. Die Signale der Hall-
Elemente werden mit Hilfe des Differentialverstärkers direkt im integrierten Mehrelemen
ten-Magnetfeldwandler verstärkt und gelangen an den Daten-Analog-Digitalumsetzblock
33, der an der Außenseite der Gehäusemäntel des Defektoskopes angebracht ist.
Bei der Verwendung des beanspruchten Defektoskopes bei einer bevorzugten Aus
führungsform verursacht ein Druckgefälle an der kegelförmigen Manschette eine Ausdeh
nung der Manschette, eine Deckung des Durchlaßquerschnittes zwischen der Außenfläche
der Manschette und der Innenfläche einer Rohrleitung, eine Ausgleichung der Geschwin
digkeitsabnahme und ein Absperren eines aus den hinter der kegelförmigen Manschette
gelegenen Bereichen kommenden expandierenden Gasstromes.
Fig. 5 bis 8 zeigen Ergebnisse der Bearbeitung der Daten, die nach einem dia
gnostischen Durchlauf des beanspruchten, in Rohren anwendbaren magnetischen Defek
toskopes gewonnen wurden. An einer Abszissenachse L ist ein innerhalb einer Rohrleitung
zurückgelegter Abstand und an einer Ordinatenachse Fi ein Winkel um die Hauptachse der
Rohrleitung herum dargelegt, wobei durch die Kurven die gemessene Abweichung der
Magnetfeldintensität dH in der Nähe von der Innenfläche der Rohrleitung wiedergegeben
ist. In den abgebildeten Abschnitten (Fig. 5 und 6) werden transversale Schweißnähte
51, 52, eine Zweigleitung 53 und ein Metallgrat 54 nach Schweißen des zu kontrollierenden
Rohres und der Zweigleitung 53 identifiziert. In Abschnitten, die in Fig. 7 und 8 gezeigt
sind, sind ein Fehler 55 in Form eines Risses in der Wand der Rohrleitung, ein Metallver
lust 56 infolge einer Korrosion der Wand der Rohrleitung und eine transversale
Schweißnaht 57 erkennbar. Eine Korrelationsanalyse der durch den ersten und zweiten
Gürtel der Magnetfeldsensoren gelieferten Daten gestattet unter Anwendung mathemati
scher Fehlermodelle die Lage von Fehlern in der Rohrtiefe eindeutig zu identifizieren, deren
Parameter zu definieren und eine Festigkeitsberechnung für in Betrieb befindliche Rohrlei
tungen vorzunehmen.