DE102004035333B3

DE102004035333B3 - Verfahren zur Ortung von Leckagen

Info

Publication number: DE102004035333B3
Application number: DE200410035333
Authority: DE
Inventors: Gerd Scholz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-07-22
Also published as: WO2006007806A1

Abstract

Ein Verfahren zur Ortung von Leckagen (2) in einem flüssigkeits- oder gasbefüllten Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1) umfasst folgende Schritte: Einbringen eines Verdrängungskörpers (3) in das befüllte Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1) an einer Eingabestelle (4), Verfolgen eines Weges (7) des Verdrängungskörpers (3) im Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1), bis der Verdrängungskörper (3) die Position im Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1) nur noch geringfügig oder gar nicht mehr verändert, und Identifizieren der Position der Leckage (2) mit der Position des Verdrängungskörpers (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung von Leckagen in einem flüssigkeits- oder gasbefüllten Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem, welches eine Mehrzahl von Hydraulikabschnitten oder Rohrleitungsabschnitten aufweist, welche an Knotenpunkten miteinander vermascht sind.

Ein derartiges Verfahren ist z.B. durch die DE 41 28 750 A1 oder die DE 40 17 238 A1 bekannt geworden.

Das aus der DE 41 28 750 A1 bekannte Verfahren beschreibt die Ortung eines Lecks, das in einem Fluid-Rohrleitungsnetz zu einem geschätzten Leckentstehungszeitpunkt festgestellt wurde. Hierzu wird ein Druckprofil des Rohrleitungsnetzes erstellt, indem an Messstellen sowohl eine Druckmessung als auch eine Durchflussmessung durchgeführt wird.

Aus der DE 40 17 238 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Orten von Undichtigkeiten in nichtmetallischen, unterirdischen Rohrleitungen bekannt. Hierzu wird die Rohrwand mittels hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung abgetastet. Zum Aussenden bzw. Empfangen der Strahlung wird ein Fahrgestell mit Eigenantrieb durch das Rohrleitungsnetz bewegt, an dem eine Sende- und/oder Empfangsantenne angebracht ist.

In der US 3 298 339 A ist eine Vorrichtung zum Detektieren und vorübergehenden Verschließen einer Leckage in einer Pipeline beschrieben. Die Vorrichtung (Molch) wird in die Pipeline eingebracht und mit dem transportierten Fluid frei von einer festen physischen Verbindung zu den Enden der Pipeline bewegt. Zur Leckdetektion isoliert der Molch an seiner jeweiligen Position ein Segment der Pipeline und testet dieses auf die Fähigkeit, Druck zu halten. Zum Verschließen des Lecks weist der Molch Verschließungsmittel auf. Beim Verschließen des Lecks ändern sich die Druckverhältnisse in der Pipeline. Aus der Pumprate des Fluids und der seit dem Einbringen des Molchs vergangenen Zeit kann auf die Position des Lecks geschlossen werden.

Nachteilig an den oben genannten Verfahren ist der hohe technische Aufwand, der zur Ortung des Lecks notwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zur Ortung von Leckagen in flüssigkeits- oder gasbefüllten Hydrauliksystemen oder Rohrleitungssystemen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Varianten der Erfindung dar.

Das Verfahren zur Ortung von Leckagen in einem flüssigkeits- oder gasbefüllten Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem umfasst folgende Schritte: Einbringen eines Verdrängungskörpers in das befüllte Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem an einer Eingabestelle, verfolgen des Weges des Verdrängungskörpers im Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem bis der Verdrängungskörper die Position im Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem nur noch geringfügig oder gar nicht mehr verändert, wobei der Verdrängungskörper den Weg durch das Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem selbständig zurücklegt. Die Position des Verdrängungskörpers ist auch gleichzeitig die Position der Leckage.

Das Verfahren macht sich die Tatsache zunutze, dass bei einem Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem, welches mit einer Flüssigkeit oder einem Gas befüllt ist, ein eingebrachter Verdrängungskörper sich ohne eigenen Antrieb auf das Leck zu bewegt, da das Leck eine Strömung in der Flüssigkeit oder dem Gas in Richtung auf die Position der Leckage erzeugt. Für einen absolut fehlerfreien Ablauf des Verfahrens ist es notwendig, dass kein anderer Gas- bzw. Flüssigkeitszufluss in dem Rohrleitungssystem als der definierte Zufluss vorhanden ist. Ideale Voraussetzung für die Durchführung des Verfahrens ist das Vorhandensein einer im Wesentlichen statischen Flüssigkeit oder eines Gases im Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem, deren Bewegung im Wesentlichen durch das Leck entsteht.

Hat der Verdrängungskörper die Position des Lecks erreicht, hält er diese Position und verlässt sie aufgrund der Strömungsveränderung, -reduzierung bzw. – unterbrechung nur noch geringfügig oder gar nicht mehr, sodass aus der Position des Verdrängungskörpers im Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem auf die Position der Leckage geschlossen werden kann. Das Verfahren lässt sich bei vermaschten Hydrauliksystemen oder Rohrleitungssystemen anwenden, da der Verdrängungskörper den Weg durch das Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem zum Leck selbständig zurücklegt.

Hat der Verdrängungskörper gegebenenfalls die Eigenschaft, die hydraulischen Gegebenheiten in einem Hydraulikabschnitt oder Rohrleitungsabschnitt zu verändern, kann der Fall auftreten, dass der Verdrängungskörper die Position des Lecks nicht erreicht, da sich durch die veränderten hydraulischen Gegebenheiten das Medium hydraulisch einfachere Wege zum Leckageort sucht, wenn zwischen zwei benachbarten Knotenpunkten mehrere Hydraulikabschnitte oder Rohrleitungsabschnitte vorhanden sind und durchströmt werden.

Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens werden in einem Verfahrensschritt vor Schritt (a) Vermaschungen des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems durch Schließen von Absperrorganen in den hydraulischen Systemen aufgehoben, sodass zwischen den benachbarten Vermaschungen respektive Knotenpunkten des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems jeweils nur eine Verbindung besteht, über die das Medium zum anderen Knotenpunkt nachströmen kann.

Bei der Aufhebung der Vermaschungen ist darauf zu achten, dass der Verdrängungskörper weiterhin das gesamte Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem erreichen kann. Es dürfen also durch die Betätigung der Absperrorgane keine hydraulischen Toträume oder abgetrennte Rohrleitungsabschnitte entstehen. Die Absperrorgane müssen den Durchfluss von Flüssigkeit oder Gas nicht vollständig unterbinden, es genügt vielmehr, durch die Absperrorgane den Strömungswider stand des Hydraulikabschnitts oder Rohrleitungsabschnitts, der hydraulisch beeinflusst werden soll, so weit zu erhöhen, dass der Verdrängungskörper einen anderen Weg durch das Rohrleitungssystem wählt.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird in einem Verfahrensschritt vor Schritt (a) ein Rohrleitungsabschnitt vom Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem abgetrennt und die Eingabestelle des Verdrängungskörpers befindet sich im Hydraulikabschnitt oder Rohrleitungsabschnitt. Bei Vorhandensein von weiteren Zu- oder Abflüssen im Rohrleitungssystem bzw. Hydrauliksystem kann durch Abtrennen des Rohrleitungsabschnitts bzw. des Hydraulikabschnitts vom Rest des Rohrleitungssystems bzw. Hydrauliksystems ein nahezu statischer Zustand der Flüssigkeit oder des Gases erreicht werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Variante füllt der Verdrängungskörper einen Hydraulikquerschnitt oder Rohrquerschnitt des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems vollständig aus, die Eingabestelle des Verdrängungskörpers ist ein Ende des Hydraulikabschnitts oder Rohrleitungsabschnitts, in Schritt (b) wird an der Eingabestelle ein Medium wie beispielsweise eine Flüssigkeit eingebracht und zur Verfolgung des Weges des Verdrängungskörpers wird das Volumen des eingebrachten Mediums gemessen. Hierdurch kann bei gegebenem Hydraulikquerschnitt oder Rohrquerschnitt die Position des Verdrängungskörpers auf besonders einfache Weise ermittelt werden.

In einer anderen Variante des Verfahrens wird zum Verfolgen der Position in Schritt (b) der Verdrängungskörper mit einer Signaleinrichtung ausgerüstet und Signale der Signaleinrichtung werden von einer Signalempfangseinrichtung außerhalb des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems empfangen. Durch das Registrieren der Signale des Verdrängungskörpers kann eine kontinuierliche Positionsbestimmung stattfinden. Die Signaleinrichtung des Verdrängungskörpers kann aktiv Signale aussenden (Sender), es kann sich aber auch um eine passive Signaleinrichtung handeln, z.B. einen Eisenkern. Im letzteren Fall sendet eine Sendeinrichtung außerhalb des Rohrleitungssystems aktiv Signale aus, die auf den Eisenkern treffen und von der Signalempfangseinrichtung detektiert werden.

Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens wird ein Verdrängungskörper ausgewählt, der einen Querschnitt aufweist, der wesentlich geringer ist als der Hydraulikquerschnitt oder Rohrquerschnitt des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems. Hierdurch kann vermieden werden, dass der Verdrängungskörper an Stellen, an denen sich Ablagerungen an den Wänden des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems gebildet haben, stecken bleibt.

In einer weiteren bevorzugten Variante wird ein Verdrängungskörper ausgewählt, der ganz oder teilweise aus an unterschiedliche Hydraulikgeometrien oder Rohrleitungsgeometrien anpassbaren Werkstoffen, insbesondere aus Kunststoff. Ein Verdrängungskörper aus diesem Material hat ein geringes Gewicht und ist kostengünstig herzustellen.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Variante erfolgt in einem auf Schritt (c) folgenden Verfahrensschritt ein Ausbringen des Verdrängungskörpers aus dem Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem an einer Ausgabestelle. Hierzu kann der Verdrängungskörper beispielsweise durch die gezielte Öffnung einer geeigneten Entnahmestelle des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems aus dem Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem heraus gebracht werden.

In einer weiteren bevorzugten Variante wird mehr als ein Verdrängungskörper in das Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem eingebracht. Sind in dem zu untersuchenden Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem mehrere Leckagen vorhanden, wird wahrscheinlich zuerst die Leckage bestimmt, die die größte Leckagemenge aufweist. Durch Einbringung zusätzlicher Verdrängungskörper können weitere Leckagen bestimmt werden.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den schematischen Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

Es zeigt:
1 eine stark schematische Darstellung eines Rohrleitungssystems mit einem Leck und einem Verdrängungskörper;
2 eine schematische Seitenansicht eines Rohrleitungsabschnitts mit einem Leck und einem Verdrängungskörper.
In der 1 ist ein Rohrleitungssystem 1 mit einem Leck 2 gezeigt. Beim Rohrleitungssystem 1 handelt es sich um einen Teil eines Wasserversorgungsnetzes, welches mit Wasser befüllt ist. Insbesondere während der Nachtstunden ab ca. 2 Uhr morgens ist die Zahl der Abnehmer gering, sodass kein kontinuierliches abfließen des Wassers im üblichen Maße aus dem Rohrleitungssystem 1 stattfindet. Die Bedingungen für die Durchführung des Verfahrens sind daher günstig.
In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Verdrängungskörper 3 an einer Eingabestelle 4 in das Rohrleitungssystem 1 über eine Zuführungsleitung 5 eingebracht. Der Verdrängungskörper 3 besteht aus Kunststoff und weist eine Signaleinrichtung 6 auf, mit deren Hilfe sich seine Position im Rohrleitungssystem 1 über einen nicht bildlich dargestellten Empfänger verfolgen lässt. Der Weg 7 des Verdrängungskörpers 3 im Rohrleitungssystem 1 wird durch die kontinuierliche Positionsbestimmung in einem weiteren Verfahrensschritt nachvollzogen. Nachdem der Verdrängungskörper 3 das Leck 2 erreicht hat, verändert er seine Position nur noch geringfügig oder gar nicht mehr. Aus der Tatsache, dass der Verdrängungskörper 3 seine Position nur noch geringfügig oder gar nicht mehr verlässt, wird in einem weiteren Verfahrensschritt geschlossen, dass er die Position des Lecks 2 erreicht hat.
Das Rohrleitungssystem 1 weist eine Vielzahl von Rohrleitungsabschnitten auf, welche an Knotenpunkten miteinander verbunden sind. Exemplarisch sind ein erster und ein zweiter Rohrleitungsabschnitt 8a, 8b des Rohrleitungssystems 1 gezeigt, welche einen ersten und einen zweiten, benachbarten Knotenpunkt 9a, 9b verbinden. Der Verdrängungskörper 3 kann vom ersten Knotenpunkt 9a zum zweiten Knotenpunkt 9b entweder über den ersten Rohrleitungsabschnitt 8a oder über den zweiten Rohrleitungsabschnitt 8b gelangen.
Werden durch den Verdrängungskörper die hydraulischen Gegebenheiten des Rohrleitungsabschnittes 8b erheblich verändert, so kann dies zur Folge haben, dass der Verdrängungskörper an einer Position im Rohrleitungsabschnitt 8b stehen bleibt, die nicht der Position des Lecks 2 entspricht, da das Medium aufgrund der hydraulischen Veränderung im Rohrleitungsabschnitt 8b den hydraulisch einfacheren Weg zur Leckage über den Rohrleitungsabschnitt 8a wählt. Damit das nachströmende Medium nicht über den Rohrleitungsabschnitt 8a zur Leckage nachströmt und somit nicht den Transport des Verdrängungskörpers im Rohrleitungsabschnitt 8b zur Leckage unterbricht, wird das Absperrorgan 10 in dem Rohrleitungsabschnitt 8a geschlossen oder die hydraulischen Gegebenheiten derart verändert, dass der Verdrängungskörper 3 nur den Weg über den Rohrleitungsabschnitt 8b zur Leckage 2 nehmen kann.
Beim Schließen von Absperrorganen ist darauf zu achten, dass kein Teil des Rohrleitungssystems 1, das auf Leckage hin detektiert werden soll, hydraulisch abgetrennt wird, da dieser das Leck 2 enthalten könnte, sodass im Anschluss eine Detektion der Leckage unmöglich wäre. Selbstverständlich können einer oder mehrere Rohrleitungsabschnitte abgetrennt werden, wenn sichergestellt ist, dass sich das Leck nicht in diesen Abschnitten befindet.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines mit Wasser befüllten Rohrleitungsabschnitts 11 mit einem Leck 12. Der Rohrleitungsabschnitt 11 ist Teil eines nicht gezeigten, unterirdischen Rohrleitungsnetzes und weist eine Länge von ca. 1000 m auf.
Eine Eingabestelle 13 und eine Ausgabestelle 14 werden von den beiden Enden des Rohrleitungsabschnitts 11 gebildet. Diese stehen über einen ersten und einen zweiten Zugangsschacht 15, 16 mit der Oberfläche 17 in Verbindung. Ein über die Eingabestelle 13 eingebrachter Verdrängungskörper 18 aus Kunststoff befindet sich im Rohrleitungsabschnitt 11. Über einen Wasserzufluss 19 wird an der Eingabestelle 13 Wasser in den Rohrleitungsabschnitt eingeleitet. Aufgrund der Tatsache, dass der Verdrängungskörper 18 einen Querschnitt aufweist, der mit dem Querschnitt des Rohrleitungsabschnitts 11 bündig abschließt, kann aus der eingeleiteten Wassermenge bei bekanntem Rohrquerschnitt die Position des Verdrängungskörpers 18 bestimmt werden. Alternativ kann die Position des Verdrängungskörpers z.B. durch eine mit diesem verbundene Schnur bestimmt werden, deren Länge gemessen wird.
Die Verwendung eines Verdrängungskörpers, welcher bündig mit der Rohrinnenseite abschließt, wird dadurch erleichtert, dass der Rohrleitungsabschnitt 11 aus Kunststoff hergestellt ist, sodass nur wenige Ablagerungen auf der Innenseite der Rohrwände vorhanden sind. Bei Metallrohren bilden sich hingegen häufig Ablagerungen an den Innenwänden der Rohre, welche gegebenenfalls die Bewegungsmöglichkeit des Verdrängungskörpers 18 hemmen könnten.
Der Verdrängungskörper 18 bewegt sich aufgrund der sich ergebenden Strömung im Rohrleitungsabschnitt 11 auf das Leck 12 zu. Sobald er dieses erreicht hat, verändert er seine Position nicht mehr, da er das Leck 12 verschließt, bzw. die Leckagemenge erheblich verändert. Das Leck 12 wird aufgrund der Tatsache detektiert, dass kein Wasser mehr bzw. nur noch erheblich kleinere Wassermengen als vor der Positionserreichung über den Wasserzufluss 19 in den Rohrleitungsabschnitt 11 fließen.
Das Leck 12 kann über die zugelaufene Wassermenge und die bekannte Dimension der Rohrleitung bestimmt werden. Bei der Durchführung der erforderlichen Reparaturarbeiten kann der Verdrängungskörper 18 ausgebracht werden. Alternativ kann nach der Bestimmung der Leckage 12 über den Wasserzufluss 19 durch Abfluss einer Wasserentnahmemenge über den Zugangsschacht 15, die größer als die Leckagemenge ist, der Verdrängungskörper aus dem Rohrleitungsabschnitt 11 entfernt werden.

1: Rohrleitungssystem
2: Leckage/Leck
3: Verdrängungskörper
4: Eingabestelle
5: Zuführungsleitung
6: Signaleinrichtung
7: Weg
8a,b: Rohrleitungsabschnitt
9a,b: Knotenpunkt
10: Absperrorgan
11: Rohrleitungsabschnitt
12: Leckage/Leck
13: Eingabestelle
14: Ausgabestelle
15: Zugangsschacht
16: Zugangsschacht
17: Oberfläche
18: Verdrängungskörper
19: Wasserzufluss

Claims

Verfahren zur Ortung von Leckagen (2; 12) in einem flüssigkeits- oder gasbefüllten Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1), welches eine Mehrzahl von Hydraulikabschnitten oder Rohrleitungsabschnitten (8a, 8b) aufweist, welche an Knotenpunkten (9a, 9b) miteinander vermascht sind, mit folgenden Schritten: (a) Einbringen eines Verdrängungskörpers (3; 18) in das befüllte Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1) an einer Eingabestelle (4; 13); (b) Verfolgen eines Weges (7) des Verdrängungskörpers (3; 18) im Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1), bis der Verdrängungskörper (3; 18) die Position im Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1) nur noch geringfügig oder gar nicht mehr verändert, wobei der Verdrängungskörper (3; 18) den Weg durch das Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1) selbständig zurücklegt; und (c) Identifizieren der Position der Leckage (2; 12) mit der Position des Verdrängungskörpers (3; 18).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt vor Schritt (a) Verknüpfungen des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems (1) durch Betätigung eines oder mehrerer Absperrorgane (10) des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems (1) aufgehoben werden, sodass zwischen zwei benachbarten Knotenpunkten (9a, 9b) des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems (1) jeweils nur eine Hydraulikverbindung oder Rohrleitungsverbindung besteht, die den Verdrängungskörper mit Hilfe des Mediums zum anderen Knotenpunkt transportiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt vor Schritt (a) ein Hydraulikabschnitt oder Rohrleitungsabschnitt (11) vom Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1) abgetrennt wird, und dass die Eingabestelle (13) des Verdrängungskörpers (18) sich im Hydraulikabschnitt oder Rohrleitungsabschnitt (11) befindet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (18) einen Hydraulikquerschnitt oder Rohrquerschnitt des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems (1) vollständig ausfüllt, dass die Eingabestelle (13) des Verdrängungskörpers (18) ein Ende des Hydraulikabschnitt oder Rohrleitungsabschnitts (11) ist, dass in Schritt (b) an der Eingabestelle (13) ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, eingebracht wird, und dass zur Verfolgung des Weges des Verdrängungskörpers (18) das Volumen des eingebrachten Mediums gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verfolgen der Position in Schritt (b) der Verdrängungskörper (3) mit einer Signaleinrichtung (6) ausgerüstet wird, und dass Signale der Signaleinrichtung (6) von einer Signalempfangseinrichtung außerhalb des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems (1) empfangen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdrängungskörper (3) gewählt wird, der einen Querschnitt aufweist, der wesentlich geringer ist als der Hydraulikquerschnitt oder Rohrquerschnitt des Hydrauliksystems oder Rohrleitungssystems (1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdrängungskörper (3; 18) gewählt wird, der ganz oder teilweise aus an unterschiedliche Hydraulikgeometrien oder Rohrleitungsgeometrien anpassbaren Werkstoffen, insbesondere aus Kunststoffen, besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem auf Schritt (c) folgenden Verfahrensschritt ein Ausbringen des Verdrängungskörpers (3;18) aus dem Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1) an einer Ausgabestelle (14) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Verdrängungskörper (3;18) in das Hydrauliksystem oder Rohrleitungssystem (1) eingebracht wird.