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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Handgerät sowie (allgemein) ein Verfahren zum Durchdringen einer Wärme-Isolationssschicht eines korrosionsanfälligen metallischen Gegenstands und zum Untersuchen des Gegenstands auf Korrosion, vorzugsweise (speziell) zum Durchdringen einer Wärme-Isolationsschicht einer korrosionsanfälligen metallischen Rohrleitung und zum Untersuchen der Rohrleitung auf Korrosion. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die entsprechende Verwendung des erfindungsgemäßen Handgeräts.
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Die Verwendung des Handgeräts zum Untersuchen wärmeisolierter korrosionsanfälliger metallischer Rohrleitungen (nachfolgend auch einfach „Rohrleitungen” genannt) ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt; der Einsatz des erfindungsgemäßen Handgeräts ist aber nicht auf die Untersuchung solcher Rohrleitungen beschränkt.
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US 6,054,038 A offenbart einen flexiblen Korrosions-Sensor als Handgerät, welcher elektrochemische Impedanz-Spektroskopie einsetzt, um die Beschichtungs-Degradation und die Korrosion beschichteter und unbeschichteter Metalle zu detektieren. Der handbetriebene und flexible Korrosions-Sensor wird gegen die Oberfläche des zu inspizierenden Musters gedrückt. Ein EIS-Spektrum ist auf diese Weise erhältlich, mittels dessen der Grad der Beschichtungs- oder Materialdegradation bestimmbar ist.
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CA 2 146 744 offenbart eine Boden-Sonde, welche die Untersuchung des Bodens in Außenbereichen, insbesondere in der Nähe von Öl- oder Erdgaspipelines ermöglicht. Die Sonde ermöglicht die Überwachung von Bodeneigenschaften, welche korrosiven Umgebungen zugeordnet werden. Insbesondere erleichtert die Sonde das Messen der Boden-Resistivität in verschiedenen Tiefen.
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US 2003/055326 A1 offenbart Vorrichtungen und Verfahren zum Entnehmen von Proben eines biologischen Fluids und zum Messen eines vorgegebenen Bestandteils innerhalb des biologischen Fluids. Im Allgemeinen beinhalten diese Vorrichtungen ein Entnahme-Mittel, welches zum Durchdringen einer Hautoberfläche eingerichtet ist, um Zugang zu dem biologischen Fluid zu verschaffen, sowie konzentrisch beabstandete Arbeits- und Referenzelektroden, welche innerhalb des länglichen Entnahme-Mittels positioniert sind, welche eine elektrochemische Zelle zum Messen der Konzentration des Analyten innerhalb des biologischen Fluids definieren.
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Das Auftreten von Korrosion an wärmeisolierten Rohrleitungen tritt in Raffinerien, petrochemischen Anlagen, Kernkraftanlagen, sowie in allgemeinen Anlagen der On- und Off-Shore-Industrie oder auch in anderen verfahrenstechnischen Anlagen auf. Unter Korrosion wird hierbei die an der Außenfläche eines Rohrs auftretende Korrosion z. B. infolge der Durchdringung des Materials der Isolationsschicht mit Kondensationswasser verstanden. Betroffene Rohrmaterialien sind häufig Kohlenstoffstahl, Manganstahl, niedriglegierter sowie austenitischer rostfreier Stahl. Bei austenitischen Stahl-Legierungen manifestiert sich die Korrosion auch als Lochkorrosion.
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Besonders gefährdet sind all jene Bereiche, in denen sich auf Grund einer Störung der Isolationsschicht größere Mengen von Kondensationswasser in Rohrnähe sammeln können. Dies betrifft Bereiche stillgelegter Rohrenden, Rohrhänger, Ventile, Fittings, und so weiter. Jedoch tritt Korrosion auch in allen anderen Bereichen unterhalb von Isolationsschichten auf.
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Ein wesentliches Problem bei wärmeisolierten Rohrleitungen ist darin zu sehen, dass die Korrosion aufgrund der sie überdeckenden Isolationsschicht häufig unentdeckt bleibt. Folglich werden Rohrleitungen in der Praxis in bestimmten Intervallen oder auf bloßen Korrosionsverdacht hin von der sie umgebenden Isolationsschicht befreit, um im Anschluss eine Korrosionsuntersuchung durchführen zu können. Dies ist mit enormem Wartungsaufwand verbunden.
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Andere bekannte Untersuchungsmethoden zur Feststellung von Korrosion, wie beispielsweise Ultraschall- oder Wirbelstromprüfung, erfordern ebenfalls ein Entfernen der Isolationsschicht von der Rohrleitung.
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Zwar existieren Verfahren, die ein Entfernen der Isolationsschicht nicht erfordern, wie beispielsweise thermografische Verfahren. Diese sind aber nur in besonderen Fallkonstellationen einsetzbar und bieten darüberhinaus entweder keine verlässlichen Hinweise auf Korrosionsschäden, oder sind nicht während des Betriebes einer Anlage einsetzbar.
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Radiografische Verfahren sind zwar in der Lage, Korrosionsschäden ohne Entfernen der Isolationsschicht nachzuweisen, können jedoch aus Sicherheitsgründen nicht während des Betriebs einer Anlage zum Einsatz gebracht werden; sie erfordern außerdem einen immensen Geräte- und Arbeitsaufwand.
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Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche die Untersuchung auf Korrosion bei wärmeisolierten korrosionsanfälligen metallischen Gegenständen im Allgemeinen und Rohrleitungen im Besonderen zuverlässig ermöglichen, und den Arbeitsaufwand zum Durchführen der Korrosionsuntersuchung möglichst gering halten.
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Die Erfindung wird nachfolgend insbesondere unter Bezugnahme auf die spezielle Aufgabenstellung (Rohrleitung) erläutert; für die Untersuchung anderer korrosionsanfälliger metallischer Gegenstände gelten die Erläuterungen entsprechend.
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Die Erfindung löst die ihr zu Grunde liegende Aufgabe bei einem Handgerät der eingangs genannten Art, indem das Handgerät einen Durchdringungskörper aufweist, der einen Spitzenabschnitt zum Verdrängen der Isolationsschicht und einen Halteabschnitt zur Aufnahme einer Antriebskraft aufweist, und eine Detektionseinrichtung zur Erzeugung eines Signals als Antwort auf einen korrosionsbedingten Stimulus aufweist, wobei die Detektionseinrichtung proximal zudem Spitzenabschnitt des Durchdringungskörpers angeordnet ist. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass eine Isolationsschicht, wie sie typischerweise in Rohrleitungen zur Wärmeisolierung eingesetzt wird, bis zu einem bestimmten Grad plastisch und elastisch verformbar ist. Folglich ist das Material der Isolationsschicht in der Lage, sich infolge des Eindringens eines Durchdringungskörpers von diesem Durchdringungskörper verdrängen lässt, und nach dem Entfernen des Durchdringungskörpers wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, wodurch das zuvor von dem Durchdringungskörper beanspruchte Volumen wieder – zumindest größtenteils – von dem Material der Isolationsschicht eingenommen wird, so dass die Isolationsschicht ihre isolierende Wirkung weiter ausüben kann, ohne ersetzt werden zu müssen. Einen solchen minimalinvasiven Eingriff erlaubt das Handgerät gemäß der vorliegenden Erfindung, indem es einen Durchdringungskörper aufweist, der einen Spitzenabschnitt zum Verdrängen der Isolationsschicht aufweist. Das Handgerät kann mittels einer Kraftübertragung von einem Bediener auf den Halteabschnitt in die Wärmeisolationsschicht eingebracht werden, welche die Rohrleitung umgibt, wodurch die Isolationsschicht teilweise verdrängt wird. Dadurch, dass proximal zu dem Spitzenabschnitt des Durchdringungskörpers eine Detektionseinrichtung angeordnet ist, ist es möglich, in unmittelbarer Nähe der Rohrleitung oder jedenfalls in dem Abschnitt, in welchem die Detektionseinrichtung nach Erreichen einer bestimmten, gewünschten Durchdringungstiefe angeordnet ist, eine Detektion auf Korrosion durchzuführen. Unter dem Untersuchen einer Rohrleitung auf Korrosion wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass eine Untersuchung auf Korrosionsprodukte erfolgt.
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Hierbei macht sich die Erfindung auch zu Nutze, dass beim Auftreten von Korrosion Korrosionsprodukte entstehen, beispielsweise Eisen-Ionen, die sich im Anschluss auf der oder in der näheren Umgebung der Rohrleitung befinden. Üblicherweise dringen die Korrosionsprodukte auch in das Material der Isolationsschicht vor. Das erfindungsgemäße Handgerät ist in der Lage, durch Eindringen in die Isolationsschicht in gewünschter Tiefe die Anwesenheit von Korrosionsprodukten zu erfassen und mittels der vorgesehenen Detektionseinrichtung ein Signal als Antwort auf den durch die Anwesenheit der Korrosionsprodukte bedingten Stimulus zu erzeugen.
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Als Material der Isolationsschicht kommen im Sinne der Erfindung alle Materialien in Betracht, die mittels des erfindungsgemäß ausgebildeten Handgeräts durchdringbar sind. Hierbei kann die Wärme-Isolationsschicht vorzugsweise aus einem Material mit einer Dichte im Bereich von 16 bis 200 kg/m3 bestehen. Beispielhaft seien Mineralwolle mit einer Dichte im Bereich von 16 bis 50 kg/m3, Elastomerschaum mit einer Dichte im Bereich von 60 bis 80 kg/m3, PU-Schaum mit einer Dichte im Bereich von 65 bis 75 kg/m3 und Schaumglas mit einer Dichte im Bereich von 100 bis 200 kg/m3 genannt, wobei die Aufzählung nicht abschließend ist.
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Der Spitzenabschnitt eines erfindungsgemäßen Handgeräts ist vorzugsweise reversibel lösbar an einem Basiselement des Durchdringungskörpers angeordnet. Auf diese Weise kann der Spitzenabschnitt nach einer durchgeführten Untersuchung beliebig ausgetauscht werden. Vorzugsweise weist der Spitzenabschnitt einen Kopplungsabschnitt auf, der mit einem korrespondierend ausgebildeten Abschnitt im Basiselement des Durchdringungskörpers eine Schraubverbindung, eine Steckverbindung, einen Bajonettverschluss oder eine Klemmverbindung bildet. Auf dieses Weise sind eine mit hoher Wiederholgenauigkeit beschaffene Positionierung des Spitzenabschnitts relativ zum Basiselement des Durchdringungskörpers sowie eine einfache Montage und Demontage gewährleistet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Handgerätes weisen der Durchdringungskörper und/oder der Spitzenabschnitt einen kreisförmigen, elliptischen oder polygonalen Querschnitt auf. Die zu wählende Querschnittsform des Durchdringungskörpers hängt dabei im Wesentlichen davon ab, welche Anforderungen an die Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit zu stellen sind, was wiederum von der Dichte des zu durchdringenden Materials der Isolationsschicht bestimmt ist. Ein kreisförmiger oder elliptischer Querschnitt weist im Verhältnis zu seiner Fläche einen geringen Umfang auf. In Bezug auf den gesamten Durchdringungskörper und/oder den Spitzenabschnitt bedeutet dies, dass eine solche Querschnittsgeometrie eine geringe Hüllfläche im Verhältnis zum inneren Volumen aufweist. Dies beeinflusst positiv den Durchdringungswiderstand des Durchdringungskörpers bzw. des Spitzenabschnitts. Sofern es bezüglich des Durchdringungswiderstands in Kauf genommen werden kann, auch eine polygonale Querschnittsfläche auszuwählen, so geht hiermit der Vorteil einher, dass die Biege- und Torsionssteifigkeit auf Grund des mehr-eckigen Profils bei identischen Körpervolumina vergleichsweise höher ist als bei kreisförmigen oder elliptischen Querschnittsflächen.
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Das erfindungsgemäße Handgerät wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass der Durchdringungskörper und/oder der Spitzenabschnitt gerade, kreisbogenförmig oder spiralförmig ausgebildet ist beziehungsweise sind. Ein gerade ausgebildeter Durchdringungskörper ist vorteilhaft, wenn das Material der Wärme-Isolationsschicht in Richtung des innenliegenden, zu untersuchenden Rohres auf kürzestem Wege durchgedrungen werden soll. Durch Zurücklegen des kürzestmöglichen Weges innerhalb des Materials der Isolationsschicht wird dem Isolations-Material auch nur ein minimaler Schaden zugefügt. In bestimmten Situationen kann es allerdings notwendig sein, bestimmten, ebenfalls im Inneren des Materials der Wärme-Isolationsschicht angeordneten Hindernissen, wie beispielsweise Signalleitungen oder mechanischen Bauteilen, auszuweichen, um diese nicht mittels des Durchdringungskörpers zu beschädigen oder umgekehrt den Durchdringungskörper und/oder den Spitzenabschnitt mittels dieser Hindernisse zu beschädigen. Für einen solchen Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn der Durchdringungskörper kreisbogenförmig ausgebildet ist. Durch eine konstante Krümmung des Verlaufs des Durchdringungskörpers und/oder des Spitzenabschnitts weist auch der vom kreisbogenförmig ausgebildeten Durchdringungskörper und/oder Spitzenabschnitt durchdrungene Abschnitt des Materials der Isolationsschicht einen im Querschnitt dem eindringenden Handgerät entsprechenden Kanal mit verdrängtem Material auf. Der zurückgelegte Weg innerhalb der Isolationsschicht ist zwar im Vergleich zu der geraden Ausbildung des Durchdringungskörpers und/oder des Spitzenabschnitts größer, was aber im Einzelfall hingenommen werden kann, wenn es dafür gelingt, bestimmten Hindernissen auszuweichen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, Materialien nicht auf geradem oder kreisbogenförmigem Weg, sondern in einer spiralförmigen Vorwärtsbewegung zu durchdringen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Dichte des zu durchdringenden Isolations-Material so hoch ist, dass eine einfache Stoßbewegung in Durchdringungsrichtung nicht ausreicht, um das Material der Isolationsschicht ausreichend zu verdrängen und eine Beschädigung des Handgeräts drohen würde. Beim Durchdringen des Materials der Wärme-Isolationsschicht in spiralförmiger Weise kann ähnlich wie bei einem üblichen Korkenzieher eine hohe Torsionskraft aufgebracht werden, mittels derer sich der Durchdringungskörper und/oder der Spitzenabschnitt schraubengangartig in die Isolations-Schicht hineingraben.
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Vorzugsweise weisen der Durchdringungskörper und/oder der Spitzenabschnitt der erfindungsgemäßen Handgeräts einen maximalen Querschnitts-Durchmesser im Bereich von 4 bis 20 mm auf. Es ist hierbei bevorzugt, dass der maximale Querschnitts-Durchmesser im Bereich von 4 bis 16 mm liegt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen der Durchschnittskörper und/oder der Spitzenabschnitt einen maximalen Querschnitts-Durchmesser im Bereich von 4 bis 12 mm auf.
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In einem bevorzugten Handgerät liegt der Abstand zwischen dem Durchdringungsende des Spitzenabschnitts des Durchdringungskörpers und dem Halteabschnitt im Bereich von 150 bis 1000 mm. Es ist vorteilhaft, den Durchdringungskörper und den Spitzenabschnitt für bestimmte Anwendungsfälle so auszugestalten, dass durch ein schräges Durchdringen des Materials der Isolationsschicht einer Rohrleitung eine Untersuchung auf Korrosion in einem größeren Bereich durch ein und dieselbe Eintrittsöffnung durchgeführt werden kann. Auch sind Rohrleitungen hiermit noch gut erreichbar, die in größeren Höhen montiert sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Abstand zwischen dem Durchdringungsende des Spitzenabschnitts des Durchdringungskörpers und dem Halteabschnitt im Bereich von 150 bis 600 mm liegt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen Handgeräts weist der Halteabschnitt eine Länge im Bereich von 110 bis 220 mm auf. Je nachdem, ob im Einsatzfall beabsichtigt ist, das Handgerät einhändig oder zweihändig zu führen, wird vorzugsweise eine entsprechende Länge des Halteabschnitts gewählt.
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Vorzugsweise ist der Spitzenabschnitt des erfindungsgemäßen Handgeräts an seinem Durchdringungsende als einseitig abgeschrägter oder mehrseitig abgeschrägter Keil, oder als kegelförmige oder projektilförmige Spitze, oder als Keil-, Kegel-, oder Projektiv-Stumpf ausgebildet.
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Vorzugsweise ist die Detektionseinrichtung eines erfindungsgemäßen Handgerätes als Austauschteil ausgestaltet. Diese Ausführungsform kann noch vorteilhaft dadurch weitergebildet werden, dass die Detektionseinrichtung austauschbar in einer Ausnehmung angeordnet ist, wobei die Ausnehmung in dem Durchdringungskörper, vorzugsweise in dem Spitzenabschnitt, ausgebildet ist. Die Anordnung der Detektionseinrichtung als Austauschteil in dem Durchdringungskörper ermöglicht es, den Spitzenabschnitt nach Gebrauch und/oder Beschädigung auszuwechseln, wobei die Detektionseinrichtung innerhalb der Ausnehmung im Durchdringungskörper verbleibt. Das mechanische Bauteil des Spitzenabschnitts ist folglich unabhängig von der Detektionseinrichtung austauschbar, wenn die Detektionseinrichtung nicht in dem Spitzenabschnitt, sondern in dem Basiselement eines erfindungsgemäßen Handgeräts angeordnet ist. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Spitzenabschnitt selbst verschlissen, beschädigt oder verbraucht ist, die Detektionseinrichtung selbst aber zum erneuten Einsatz noch geeignet ist. Bevorzugt ist allerdings die Ausnehmung in dem Spitzenabschnitt ausgebildet. Die Detektionseinrichtung wird dann in dem Spitzenabschnitt angeordnet, was den Vorteil mit sich bringt, dass eine Detektionseinrichtung, die beispielsweise zum einmaligen Gebrauch bestimmt ist, nach Gebrauch mit dem Spitzenabschnitt schnell und mit wenigen Handgriffen auswechselbar ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Detektionseinrichtung zur Signalerzeugung mehrere Elektroden und/oder einen oder mehrere Lichtleiter und/oder einen auf den zu identifizierenden Stimulus ansprechenden Indikator auf.
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Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Handgerät Mittel zum Transport und/oder Abtrennen oder Entfernen eines oder mehrerer Detektionsmittel auf. Das Detektionsmittel ist hierin beispielsweise ein Indikator-Fluid oder ein in Sollbruch-Abschnitte unterteilter Indikatorstab, der in dem Spitzenabschnitt nach außen in das den Spitzenabschnitt umgebende Milieu ausgeführt und nach Gebrauch abgetrennt wird. Der bereits benutzte Abschnitt wird vorzugsweise am Ort der Untersuchung abgetrennt und verbleibt dort oder wird nach Entfernen des Handgeräts aus der wärmeisolierten Rohrleitung abgetrennt. Das Mittel zur Nachführung von Detektionsmittel wird vorteilhaft z. B. zum Transport von Indikator-Fluid als Schlauch ausgebildet oder beispielsweise auch zur Nutzung eines in Sollbruch-Abschnitte unterteilten Indikator-Stabs als Anordnung von Führungsschienen, vorzugsweise gekoppelt mit einer Vorschub-Einrichtung.
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In der Detektionseinrichtung vorgesehene Elektroden können vorzugsweise zum Nachweis von Wasser beziehungsweise Feuchtigkeit verwendet werden. Dies kann beispielsweise geschehen, indem die Leitfähigkeit des umgebenden Mediums zwischen zwei oder mehreren Elektroden gemessen wird. Ausgehend von einer zuvor erfolgten Kalibrierung kann dann entsprechend der geänderten Leitfähigkeit ein repräsentatives Spannungssignal für die Anwesenheit von Wasser in der Umgebung der Detektionseinrichtung erzeugt werden. In der Detektionseinrichtung vorgesehene Lichtleiter können vorzugsweise als Elemente eines faseroptischen Detektionssystems eine veränderte Lichtwellenlänge registrieren und/oder Licht in die Umgebung der Detektionseinrichtung emittieren. Das emittierte Licht wird von der Umgebung des Spitzenabschnitts reflektiert. Das reflektierte Licht wird von einem Lichtleiter empfangen und als erzeugtes Antwortsignal übertragen. Vorzugsweise kommt bei einem faseroptischen Untersuchungsverfahren zusätzlich noch ein Indikator zum Einsatz, der die Anwesenheit von Korrosionsprodukten, beispielsweise Eisen-Ionen, anzeigt. Die Anzeige der Anwesenheit von Korrosionsprodukten ist dabei vorzugsweise ein Farbumschlag. Aufgrund des Farbumschlages wird vorzugsweise Licht mit einer veränderten Wellenlänge von dem Lichtleiter der Detektionseinrichtung erfasst, und das somit erzeugte Antwortsignal ist durch den Farbumschlag verändert. Die Farbveränderung, welche von der Detektionseinrichtung auf diese Weise detektiert wird, wird vorzugsweise farbmetrisch oder spektroskopisch ausgewertet. Durch Abgleich mit Kalibrierdaten kann somit zuverlässig auf die Anwesenheit von Korrosionsprodukten oder deren Abwesenheit geschlossen werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Handgerätes ist der Durchdringungskörper als Hohlkörper ausgebildet, wobei im Inneren des Hohlkörpers Signalleitungen zur Übertragung der für den zu identifizierenden Stimulus repräsentativen Signale und/oder Mittel zur Energieversorgung angeordnet sind. Die Signalleitungen und/oder Mittel sind vorzugsweise mit der Detektionseinrichtung verbunden.
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Die oben genannten Mittel zum Transport und/oder Abtrennen oder Entfernen eines oder mehrerer Detektionsmittel können gleichfalls im Inneren des Hohlkörpers angeordnet sein.
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Das erfindungsgemäße Handgerät besitzt vorzugsweise einen Halteabschnitt, der Mittel zur Energieversorgung und/oder Mittel zur Signalübertragungseinrichtung von der Detektionseinrichtung an eine Einrichtung zum Verarbeiten der Signale aufweist. Diese Ausführung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Handgerät selber keine aktive Energieversorgung aufweist, beziehungsweise keine eigene Einrichtung zum Verarbeiten von Signalen umfasst. Ein solches Handgerät zeichnet sich insbesondere durch eine besonders kompakte Bauform aus. Die von der Detektionseinrichtung erzeugten Signale werden vorzugsweise drahtlos oder per Kabelverbindung an ein externes Datenverarbeitungssystem übertragen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Handgerätes ist vorgesehen, dass das Handgerät eine Einrichtung zum Verarbeiten der Signale und gegebenenfalls eine Einrichtung zum Anzeigen von Ergebnissen der Signalverarbeitung aufweist, wobei die Einrichtung zum Verarbeiten der Signale und gegebenenfalls die Vorrichtung zum Anzeigen von Ergebnissen der Signalverarbeitung vorzugsweise innerhalb des Halteabschnitts und/oder des Durchdringungskörpers angeordnet ist. Insbesondere für Einsatzzwecke, bei denen ein zusätzliches Vorhalten einer externen Datenverarbeitungsanlage mit einer Einrichtung zum Verarbeiten der detektierten Signale nicht möglich oder sinnvoll ist, ist eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Handgerätes vorteilhaft, welche sowohl eine Einrichtung zum Verarbeiten von Signalen als auch eine Einrichtung zum Anzeigen der Ergebnisse der Signalverarbeitung umfasst. Mit einem solchen Handgerät ist unmittelbar nach Durchführung der Untersuchung auf das Vorhandensein von Korrosionsprodukten die Anzeige des Ergebnisses möglich. Hierbei wird es in manchen Fällen ausreichen, einen Zustand „Korrosion liegt vor” und einen Zustand „Korrosion liegt nicht vor” zu definieren und anzuzeigen, der es dem Benutzer ermöglicht, technisch sinnvolle Aussagen bezüglich der Untersuchung zu treffen. Die Kalibrierung in einem solchen Fall wird vorzugsweise so vorgenommen, dass zwar falsche Positivmeldungen möglich sind, aber keine falschen Negativmeldungen. Es ist nämlich in der Praxis zwar im Einzelfall hinnehmbar, eine Rohrleitung von ihrer Isolationsschicht zu befreien, um anschließend festzustellen, dass (entgegen der falschen Positivmeldung des erfindungsgemäßen Handgeräts) doch keine Korrosion vorliegt. Dahingegen ist es nicht hinnehmbar, eine Rohrleitung für korrosionsfrei zu befinden, wenn dies nicht der Fall ist (falsche Negativmeldung). Der Zeitabstand bis zum nächsten Wartungstermin kann dann schon zu lang sein, und es kann Rohrversagen auftreten. Dies muss aber unbedingt vermieden werden.
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Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Handgerät auch Mittel zur Energieversorgung auf, die vorzugsweise als Akkumulator ausgebildet sind, und/oder einen Anschluss an eine externe elektrische Energieversorgung aufweisen.
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Ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Handgerät enthält weiter eine Führungseinrichtung zum geführten Durchdringen der Isolationsschicht, mit einer Ausnehmung, durch welche hindurch sich de Spitzenabschnitt und der Durchdringungskörper (vorzugsweise spielfrei) erstrecken, wobei die Führungseinrichtung vorzugsweise einen Haltegriff aufweist. Ein solches erfindungsgemäßes Handgerät ist besonders bevorzugt, wenn der Abstand zwischen dem Durchdringungsende des Spitzenabschnitts des Durchdringungskörpers und dem Halteabschnitt größer als 500 mm ist. Die Führungseinrichtung kann beispielsweise eine mit einem Haltegriff versehene Hülse sein, die den Durchdringungskörper und/oder dessen Spitzenabschnitt spielfrei aufnimmt. Ein Bediener kann so auch eine besonders lang ausgebildete Variante des Handgeräts zweihändig und positionsgenau zu einer Untersuchungsstelle führen und die Durchdringung des Materials der Isolationsschicht vornehmen. Die Führungseinrichtung weist vorzugsweise einen Einführabschnitt auf, der trichterförmig ausgestaltet ist, um das Einführen des Spitzenabschnitts in die Ausnehmung zu erleichtern. Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die Führungseinrichtung im Bereich einer vorzunehmenden Untersuchung an einer Rohrleitung oder einer Isolationsschicht oder dergleichen ortsfest zu fixieren, so dass die Führungseinrichtung selber unmittelbar nicht mehr vom Bediener gehalten werden muss und dieser sich auf das Einführen in die Ausnehmung der Führungseinrichtung konzentrieren kann.
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Das erfindungsgemäße Handgerät ist vorzugsweise dergestalt weitergebildet, dass der Halteabschnitt zum Umgreifen mit einer oder zwei Händen ergonomisch konturiert ist und/oder an dem Halteabschnitt ein Verlängerungselement angeordnet ist. Das Verlängerungselement ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Reichweite für einen Bediener des Handgerätes zu verlängern, so dass der Bediener an schwer zugänglichen oder in größeren Höhen gelegenen Rohrleitungen eine Untersuchung auf Korrosion vornehmen kann. Die ergonomische Kontur für eine oder zwei Hände des Halteabschnitts ermöglicht ein ermüdungsärmeres Arbeiten und verbessert die Kraftübertragung von einem Bediener auf das Handgerät.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Untersuchen eines mit einer Wärme-Isolationssschicht versehenen korrosionsanfälligen metallischen Gegenstands auf Korrosion, vorzugsweise einer von einer Wärme-Isolationsschicht umgebenen Rohrleitung, mit folgenden Schritten:
- – Durchdringen der Wärme-Isolationsschicht mittels eines erfindungsgemäßen Handgeräts, vorzugsweise eines Handgeräts gemäß einer vorstehend als bevorzugt bezeichneten Ausgestaltung, so dass der Spitzenabschnitt in Anlage an den Gegenstand gelangt, oder einen Abstand zu dem Gegenstand im Bereich von unterhalb 50 mm aufweist, und
- – Untersuchen des Gegenstands auf Korrosion mittels der Detektionseinrichtung.
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Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Untersuchen einer von einer Wärme-Isolationsschicht umgebenen Rohrleitung auf Korrosion mit folgenden Schritten: Durchdringen der die Rohrleitung umgebenden Wärme-Isolationsschicht mittels eines erfindungsgemäßen Handgeräts, vorzugsweise eines Handgeräts gemäß einer vorstehend als bevorzugt bezeichneten Ausgestaltung, so dass der Spitzenabschnitt in Anlage an die Rohrleitung gelangt oder einen Abstand zu der Rohrleitung im Bereich von unterhalb 50 mm aufweist, und Untersuchen der Rohrleitung auf Korrosion mittels der Detektionseinrichtung.
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Das bevorzugte erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise einen oder mehrere der Schritte: Einbringen einer Öffnung in die Isolations-Decklage einer wärmeisolierten Rohrleitung; Durchdringen einer Abstandshalter-Schicht, welche die Wärmeisolationsschicht umgibt; Übertragen der erfassten Messwerte an eine Einrichtung zur Signalverarbeitung. Diese Schritte stellen jeweils voneinander unabhängige Alternativen zur Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, in manchen Fällen ist es jedoch vorteilhaft oder erforderlich, zwei oder mehr der Schritte zu kombinieren.
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Die Erfindung betrifft zudem die (im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugte) Verwendung eines erfindungsgemäßen Handgerätes, vorzugsweise eines Handgeräts gemäß einer vorstehend als bevorzugt bezeichneten Ausgestaltung, zum Untersuchen einer Rohrleitung auf Korrosion, vorzugsweise zusätzlich zur Detektion von Feuchtigkeit.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Rohrleitungssystem mit einer Einrichtung zur Detektion von Korrosionsprodukten, mit einer Rohrleitung, einer die Rohrleitung umgebenden Wärme-Isolationsschicht, und einem das Material der Wärme-Isolationsschicht durchdringenden erfindungsgemäßen Handgerät, vorzugsweise einem Handgerät gemäß einer vorstehend als bevorzugt bezeichneten Ausgestaltung.
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Das erfindungsgemäße Rohrleitungssystem weist in bevorzugten Ausgestaltungen eine Abstandshalter-Schicht aus einem konturierten Material auf, welche zwischen der Wärme-Isolationsschicht und einer Isolations-Decklage angeordnet ist, wobei das Handgerät die Abstandshalter-Schicht durchdringt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Handgeräts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
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2 eine schematische Darstellung eines Oberflächenausschnitts eines Handgeräts aus 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
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3 eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Handgeräts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
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4 eine schematische Querschnittsansicht einer Rohrleitung;
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5 eine ausschnittsweise schematische Schnitt-Darstellung einer Rohrleitung;
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6 eine schematische, räumliche Darstellung einer wärmeisolierten Rohrleitung; und
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7 eine schematische Detailansicht eines Querschnitts eines Rohrleitungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1. Gegenstandsbeschreibung
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Das in 1 dargestellte erfindungsgemäße Handgerät 1 weist einen Spitzenabschnitt 3 auf, an dessen in der Figur unterem Ende ein Durchdringungsende 5 vorgesehen ist. Das Durchdringungsende 5 ist als einseitig abgeschrägter Keil ausgebildet. An der abgeschrägten Fläche des Durchdringungsendes 5 ist eine Platte 7 angeordnet. Die Platte 7 ist zur Durchleitung von Licht transparent ausgestaltet. Die Platte 7 ist dazu ausgebildet, an ihrer Oberfläche einen Indikator 9 aufzunehmen, der (in nicht dargestellter Weise) als Film ausgebildet ist.
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In 1 ist weiterhin schematisch dargestellt, dass der Spitzenabschnitt 3 und insbesondere das Durchdringungsende 5 von Material einer Wärme-Isolationsschicht 11 umgeben sind. Die Wärmeisolationsschicht 11 reflektiert Licht, welches mittels eines Lichtleiters 13 in Emissionsrichtung 15 zum Durchdringungsende 5 des Handgeräts 1 geleitet wird und das Handgerät 1 durch die Platte 7 hindurch verlässt. Das in der Wärme-Isolationsschicht 11 reflektierte Licht tritt – durch Bezugszeichen 17 angedeutet – durch die Platte 7 erneut hindurch und wird mittels eines Lichtleiters 19 in Imissionsrichtung 20 innerhalb des Handgerätes weitergeleitet, beispielsweise zu einem (nicht dargestellten) Fotometer. Das (nicht dargestellte) Fotometer ist dazu ausgebildet, die Wellenlänge des imittierten Lichts zu messen und mit der bekannten Wellenlänge des emittierten Lichts zu vergleichen. Eine Veränderung des Indikatorfilms 9 infolge der Anwesenheit von Korrosionsprodukten bewirkt eine Wellenlängenänderung, die auf diese Weise feststellbar ist. Für weitere Ausführungen wird auf das weiter unten erläuterte Ausführungsbeispiel verwiesen.
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Die in 1 dargestellte Ausführungsform eines Handgeräts 1 weist weiterhin eine Elektrode 21 auf, die im vorliegenden Fall von der Außenwand des Spitzenabschnitts 3 gebildet ist.
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Eine zweite Elektrode 23 ist teilweise an der Oberfläche des Spitzenabschnitts 3 ausgeführt, und zur Stromleitung auch im Inneren des Spitzenabschnitts 3 des Handgeräts 1 ausgeführt. In 2 ist ein Beispiel für die Anordnung der Elektroden 21, 23 dargestellt.
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Die in 2 dargestellte Oberfläche des Spitzenabschnitts 3, welche als Elektrode 21 ausgebildet ist, ist mittels einer Isolierung 25 von der zweiten Elektrode 23 getrennt. Die zweite Elektrode 23 ist in Knopfform an der Oberfläche ausgebildet und im Weiteren innerhalb des Spitzenabschnitts 3 (siehe 1) ausgeführt. Die Elektroden 21, 23 sind weiterhin dazu ausgebildet, mittels Leiterbahnen 28 mit einer Einrichtung zur Widerstandsmessung 27 zu kommunizieren. Die Einrichtung zur Widerstandsmessung 27 kann als eigenständige Einheit vorliegen oder als Bestandteil einer Einrichtung zur Signalverarbeitung 31 (siehe 3) in das Handgerät integriert sein.
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In 3 ist ein schematischer Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform des Handgeräts 1 gemäß 1 dargestellt. Das dargestellte Handgerät 1 weist einen Spitzenabschnitt 3 (s. 1) mit einem Durchdringungsende 5 auf, der (in nicht dargestellter Weise) mit einem Basiselement 4 zu einem Durchdringungskörper 6 verbunden ist. Lichtleiter 13, 19 sind von dem Durchdringungsende 5 des Spitzenabschnitts des Durchdringungskörpers 6 durch das Basiselement 4 hindurchgeführt und signalleitend mit einer Einrichtung zur Signalverarbeitung 31 verbunden, die im Inneren eines als Haltegriff ausgebildeten Halteabschnitts 29 angeordnet ist. Die Lichtleiter 13, 19 dienen hierbei jeweils zur Emmission in Richtung des Pfeils 15 oder zur Immission in Richtung des Pfeils 20. Sowohl die Immission als auch die Emission werden mittels Durchtritt durch die Platte 7 gewährleistet. Weiterhin sind Leiterbahnen 28 vorgesehen, die sich zwischen den Elektroden 21, 23 und der Einrichtung zur Signalverarbeitung 31 erstrecken. Von der Signalverarbeitung-Einrichtung 31 verarbeitete Signale werden mittels einer Signalleitung 34 als Ergebnis-Signal, vorzugsweise als elektrisches Signal, an eine Einrichtung 39 zur Anzeige der Ergebnisse der Signalverarbeitung übertragen. Im Inneren des Halteabschnitts 29 ist weiterhin eine Einrichtung 35 zur Energieversorgung vorgesehen. Die Einrichtung 35 zur Energieversorgung ist mittels Leiterbahnen 33 mit der Einrichtung 31 zur Signalverarbeitung und mit Leiterbahn 37 mit der Einrichtung 39 zur Anzeige von Ergebnissen der Signalverarbeitung verbunden, um die Funktion der Einrichtungen 31, 39 zu gewährleisten.
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Die Einrichtung 31 zur Signalverarbeitung ist weiterhin dazu ausgebildet, die in sie eingeleiteten Signale mittels der Signalleitungen 28, 13, 19 zu einer Einrichtung 41 zur Übertragung von Signalen durchzuleiten. Die Einrichtung 41 zur Übertragung von Signalen kann eine drahtlose Übertragungseinrichtung oder eine kabelgebundene Übertragungseinrichtung sein. Die Signale können in ihrer ursprünglichen Signalform, oder umgewandelt in analoge oder digitale repräsentative Signale von der Einrichtung 41 an eine externe Einrichtung zur Datenverarbeitung übertragen werden.
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Die 4 bis 6 zeigen beispielhafte Ausführungen von wärme-isolierten Rohrleitungen, für deren Untersuchung das erfindungsgemäße Handgerät 1 eingerichtet ist. So zeigt 4 eine schematische Querschnittsansicht durch eine wärme-isolierte Rohrleitung 43. Die wärme-isolierte Rohrleitung 43 weist eine Isolations-Decklage 45 auf, die aus Aluminium, Stahl oder Kunststoff bestehen kann. Innerhalb der wärme-isolierten Rohrleitung 43 ist eine Wärme-Isolationsschicht 47 vorgesehen. Die Wärmeisolationsschicht 47 und die Isolations-Decklage 45 sind mittels einer konturierten Abstandshalter-Schicht 49 voneinander getrennt. Die Abstandshalter-Schicht 49 weist eine Mehrzahl von Konturelementen 61 auf, die sich zwischen der Wärme-Isolationsschicht 47 und der Isolations-Decklage 45 erstrecken und somit einen Ringspalt bilden. Innerhalb der Wärme-Isolationsschicht 47 ist eine Rohrleitung 51 angeordnet. Die Rohrleitung ist um eine Symmetrieachse 53 rotationssymmetrisch ausgebildet und wird von der Wärmeisolationsschicht 47 im Wesentlichen vollständig umgeben.
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Wie in 5 zu erkennen ist, sind in die Isolations-Decklage 45 eine Mehrzahl von Öffnungen 55 angebracht. Die Öffnungen 55 können in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen in die Isolations-Decklage 45 eingebracht sein und dienen im regulären Betrieb einer Anlage zum Entlüften des Inneren der Wärme-Isolationsschicht 47 und des Ringspalts. Die Öffnungen 55 dienen weiterhin zum Ablass von Kondensationswasser, welches sich im Inneren der Wärme-Isolationsschicht, und insbesondere in der Nähe der Rohrleitung 51, bildet. Erfindungsgemäß kommen die Öffnungen 55 allerdings auch zum Einführen des Spitzenabschnitts 3 und des Durchdringungskörpers 5 zum Einsatz (siehe 7).
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Der räumliche Aufbau einer wärme-isolierten Rohrleitung 43 ist in 6 abgebildet. Die strukturellen Elemente entsprechen größtenteils denen aus den 4 und 5 bekannt, weshalb auf die dortigen Ausführungen verwiesen wird. Zu erkennen ist in 6 allerdings zusätzlich, dass die Abstandshalter-Schicht 49 mit den konturierten Elementen 61 mittels eines Spannrings 57 um die Wärme-Isolationsschicht herum fixiert ist. Je nach Stärke der Spannkraft des Spannrings 57 kann dieser auch eine Kompression des Materials der Wärme-Isolationsschicht 47 bewirken. Die Isolations-Decklage 45 ist mittels zweier Schrauben 59 verschlossen.
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7 zeigt schematisch ein Rohrleitungssystem, welches eine Rohrleitung 51 aufweist, die von einer Wärme-Isolationsschicht 47 umgeben ist. Die Wärme-Isolationsschicht 47 ist Ihrerseits von einer Abstandshalter-Schicht 49 umgeben, welche konturierte Elemente 61 aufweist, die einen Ringspalt zwischen der Wärme-Isolationsschicht 47 und einer Isolations-Decklage 45 bilden. In die Isolations-Decklage ist in Querschnittsebene eine Öffnung 55 eingebracht, durch welche ein erfindungsgemäßes Handgerät 1 mit einem Durchdringungskörper 6 (mit einem Durchdringungsende 5 an einem Spitzenabschnitt 3) eingeführt ist. Das Handgerät 1 ist in 7 in einer Position angeordnet, in welcher es sowohl die Abstandshalter-Schicht 49 als auch die Wärme-Isolationsschicht 47 durchdringt und der Halte-Abschnitt 29 in Anlage mit der Isolations-Decklage 45 kommt. Die in 7 dargestellte Ausführungsform weist einen Abstand zwischen dem Durchdringungsende 5 des Spitzenabschnitts 3 und dem Halteabschnitt 29 auf, der eine Annäherung des Durchdringungsendes 5 und der in dem Spitzenabschnitt angeordneten Detektionseinrichtung 63 in unmittelbarer Nähe der Rohrleitung 51 ermöglicht. Die in 7 dargestellte Durchdringung der Wärme-Isolationsschichten 47 ist im Wesentlichen in radialer Richtung erfolgt. Es ist allerdings ersichtlich, dass bei anderer Einführungsrichtung in des Handgerätes 1 in die Öffnung 55 auch abweichende Durchdringungspfade innerhalb der Wärme-Isolationsschicht 47 wählbar sind.
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2. Ausführungsbeispiel (kombinierter Nachweis von Korrosion und Nässe)
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Das Handgerät gem. 1 weist einen als Lanzenrohr ausgebildeten Durchdringungskörper 6 auf. Der Durchdringungskorper 6 besteht aus einem zylindrisch geformten Rohr aus korrosionsbeständigem Material, zum Beispiel nichtrostendem Stahl oder einer Titanlegierung.
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Das Handgerät 1 wird mit dem Durchdringungskörper 6 durch eine Öffnung 55, welche eine Entlüftungsbohrung der äußeren Isolier-Decklage 45 oder eine eigens dafür eingebrachte Bohrung sein kann, oder ohne vorherige Bohrung in das Material der Wärmeisolationsschicht 47 eingebracht. An dem Spitzenabschnitt 3 des Durchdringungskörpers 6 befinden sich Detektionsmittel, beispielsweise Indikatoren 9, mittels derer Korrosionsprodukte bzw. korrosionsrelevante Bedingungen wie z. B. Nässe nachgewiesen werden können. Dazu sind in dem Handgerät 1 als Detektionsmittel zusätzlich elektrische (28) und optische Leiter 13, 19 integriert, um Signale der Detektionseinrichtung zu übertragen bzw. ein notwendiges Träger- oder Anregungssignal in die Umgebung einzubringen.
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Ein Nässenachweis gelingt dergestalt, dass an dem Spitzenabschnitt 3 des Durchdringungskörpers 6 zwei voneinander isolierte Elektroden 21, 23 (Abstand geringer als 1–2 mm) angeordnet sind. Dabei ist die eine Elektrode 21 der als Lanzenrohr ausgebildete Durchdringungskorper 6 selber, und die andere Elektrode 23 kann oberflächenintegriert sein. Bei dieser Ausführung hat sich gezeigt, dass Nässe in der Wärme-Isolationsschicht 47 eindeutig anhand der Messung des elektrischen Widerstandes nachgewiesen werden kann. Sehr hohe Widerstandswerte (> 1 MOhm) charakterisieren die Wärmeisolationsschicht als trocken (nicht nass). Widerstandswerte unter 1 kOhm zeigen an, dass die Wärme-Isolationsschicht nass ist.
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Der Nachweis von Korrosionsprodukten des Materials der Rohrleitung 51, insbesondere Rost bzw. Fe-Ionen, gelingt mittels der Lichtleiter 13, 19 farbmetrisch oder alternativ spektroskopisch über einen chemischen Indikator 9. Dazu wird mittels des im als Lanzenrohr ausgebildeten Durchdringungskörper 6 befindlichen Lichtleiters 13 Licht bis vor das Durchdringungsende 5 des Lanzenrohres gebracht. Bei der farbmetrischen Analyse wird das zurückfallende Licht mittels eines anderen Lichtleiters 19 im als Durchdringungskörper 6 ausgebildeten Lanzenrohr einem VIS-Spektrometer zugeführt. Je nach Farbzusammensetzung des rückgestreuten und immitierten Lichtes wird ermittelt, ob sich in der Umgebung des Durchdringungsendes 5, proximal dessen die Detektionseinrichtung angeordnet ist, Rost befindet. Da auch das Material der Wärme-Isolationsschicht 47 eine Farbigkeit aufweist, ist es für diesen Nachweis erforderlich, die Lichtzusammensetzung hinsichtlich des Farbspektrums für den Rostnachweis zu kalibrieren. Dazu werden diese Messwerte mit Werten einer Normfarbtafel verglichen, um so den optischen Bereich für den Rostnachweis zu bestimmen.
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Neben der Farbnachweismethode gelingt ein bevorzugter Nachweis von Rost bzw. Fe-Ionen innerhalb der Wärme-Isolationsschicht 47 dadurch, dass auf das Durchdringungsende 5 des als Lanzenrohr ausgebildeten Durchdringungskörpers 6, vorzugsweise eine Platte 7, ein transparentes Trägermaterial (Gel, Vlies o. ä.) aufgetragen ist, welches einen chemischen Indikator zum Nachweis von Fe-Ionen enthält. Dieser Indikator färbt sich spezifisch beim Kontakt mit Fe-Ionen. Diese Verfärbung kann dann mittels VIS-Spektrometer nachgewiesen werden. Das Trägermaterial muss so beschaffen sein, dass es nicht abreibt oder mechanisch geschützt ist, wenn der Durchdringungskörper 6 in die Wärme-Isolationsschicht 47 gestoßen wird. Es muss hinreichend flüssig sein, um Fe-Ionen aufnehmen zu können. Für den Nachweis von trockenem Rost kann in dem Trägermaterial der pH-Wert abgesenkt werden, um Rost schnell aufzulösen und die freiwerden Fe-Ionen nachzuweisen. Um einen Angriff bzw. ein Anlösen beispielsweise eines Stahlsubstrates selbst zu vermeiden, wird dem Trägermaterial zusätzlich ein Inhibitor, z. B. Urotropin zugegeben.
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Der chemische Nachweis kann auf gängigen Fe-Indikatoren basieren, so z. B. Hexacyanoferrat-Komplex, welcher sich bei Fe-Anwesenheit blau färbt (”Berliner Blau”), oder Kaliumthiocyanat (KSCN), welches sich bei Anwesenheit von Fe-Ionen rot färbt.
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Da die Verfärbung des Indikators irreversibel ist, ist der Spitzenabschnitt 3 bevorzugt austauschbar, um weiteres Trägermaterial mit Indikator aufbringen zu können.
