DE102014101368A1

DE102014101368A1 - Inspektionsgerät zur Messung der Dicke einer Wand einer Rohrleitung

Info

Publication number: DE102014101368A1
Application number: DE102014101368.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel Molenda; Werner Thale; Bernhard Reining
Original assignee: Rosen Swiss AG
Current assignee: Rosen Ip Ag Ch
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2015-08-06
Also published as: WO2015117719A1

Abstract

Inspektionsgerät zur Messung der Dicke einer Wand (2) einer Rohrleitung, welches aktiv oder passiv angetrieben durch die Rohrleitung bewegbar ist, mit zumindest einem Magneten (11), der zur Induktion eines statischen oder quasi-statischen Magnetfelds in der Wand (2) ausgebildet ist, mit wenigstens einem Sendewandler, der zumindest eine Sendespule (10) zur berührungslosen Erzeugung eines variierenden Magnetfelds in einem oberflächennahen Bereich der Wand (2) aufweist, wobei das variierende Magnetfeld zur Erzeugung wenigstens einer Ultraschallwelle in der Wand (2) mit dem statischen oder quasistatischen Magnetfeld wechselwirkt, wobei dass in einer senkrecht zu einer Längsmittelachse (7) des Inspektionsgeräts gedachten Ebene (12) Sendespule (10) und Magnet (11) nebeneinander angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Inspektionsgerät zur Messung der Dicke einer Wand einer Rohrleitung, welches aktiv oder passiv angetrieben durch die Rohrleitung bewegbar ist, mit zumindest einem Magneten, der zur Induktion eines statischen oder quasi-statischen Magnetfeld in der Wand ausgebildet ist, mit wenigstens einem Sendewandler, der zumindest eine Sendespule zur berührungslosen Erzeugung eines variierenden Magnetfelds in einem oberflächennahen Bereich der Wand aufweist, wobei das variierende Magnetfeld zur Erzeugung wenigstens einer Ultraschallwelle in der Wand mit dem statischen oder quasi-statischen Magnet wechselwirken kann bzw. wechselwirkt.
Ein solches auf Basis der Ultraschalltechnik arbeitendes Inspektionsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise in der DE 10 2005 060 582 A1 beschrieben. Bei dem in das Objekt eingebrachten statischen bzw. quasi-statischen Magnetfeld handelt es sich um ein parallel zur Rohrleitungswandoberfläche verlaufendes Magnetfeld, welches aufgrund eines hufeisenförmigen und entsprechend großen Magneten erzeugt wird. Für kleine Rohrleitungen, deren Wanddicken es zu überprüfen gilt, sind die Sensoren aus dem Stand der Technik in Richtung Längsachse des Molches vergleichsweise lang. Die Bogengängigkeit ist insbesondere aufgrund der hufeisenförmigen Magnete eingeschränkt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Inspektionsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer verbesserten Bogengängigkeit auszustatten.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Gegenstand gemäß Anspruch 1, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Sendespule und Magnetfeld in einer senkrecht zu einer Längsmittelachse des Inspektionsgeräts gedachten Ebene nebeneinander angeordnet sind, d. h. in einer Projektion der Sendespule sowie des Magneten auf die Ebene, liegen diese nebeneinander und überdecken sich nicht. Insbesondere wird also unter Verzicht auf einen hufeisenförmigen Magneten und unter Einsatz eines vorzugsweise stab- oder stegförmigen Magneten das Inspektionsgerät in Richtung der Längsmittelachse kürzer ausgebildet. Die Bogengängigkeit ist hierdurch verbessert. In Kauf genommen wird hierbei, dass bei der Ultraschallerzeugung über im Wesentlichen Lorentzkräfte und eine vertikale Ausrichtung des Magnetfeldes in der Rohrleitungswand, d. h., senkrecht zu dessen Oberfläche das Magnetfeld am Rohr der Spule konzentriert ist. An ferromagnetischen Materialien führt dies zu einer Anziehung des Magnetfeldes bzw. auch des Magneten zur Rohrleitungswand, so dass höhere Anstrengungen hinsichtlich eines Verschleißschutzes vorgenommen werden müssen.
Unter einem quasi-statischen Magnetfeld wird ein Magnetfeld verstanden, welches in den Berechnungen gegenüber dem variierenden und insbesondere hochfrequenten Magnetfeld als statisch angesehen werden kann. Insbesondere variiert ein quasi-statisches Magnetfeld mit einer Frequenz ≤ 200 Hz, bevorzugt ≤ 10 Hz, so dass auch elektromagnetisch erzeugte Magnetfelder als statisches Magnetfeld angesehen werden können. Bei dem hochfrequenten Magnetfeld handelt es sich insbesondere um ein oszillierendes Magnetfeld.
Vorteilhafterweise erfolgt die Anregung des variierenden Magnetfeldes mit einer Frequenz im Bereich von 500 kHz bis 6 MHz. Diese Frequenzen sind für berührungslose, d. h. ohne wesentliche akustische Kopplung der anregenden Spule mit der Rohrleitungswand erfolgende Wanddickenmessungen auf Ultraschallbasis besonders geeignet. Alternativ zu diesen Frequenzen können auch peakartige, z. B. rechteckförmige, Anregungen beispielsweise aufgrund einer Kondensatorentladung verwendet werden. Solcherart Peaks liegen zeitlich im Bereich einer Halbwelle einer Anregung mit den vorbeschriebenen Frequenzen. Entsprechend sind Anregungen mit nur geringem Energieverbrauch möglich.
Vorteilhaft ist insbesondere die Anordnung von Magnet und Sendewandler in einem Gehäuse, so dass beide gemeinsam als Sensor- oder Prüfkopf verbaut werden können. Dieser Prüfkopf ist dann entsprechend dem Vorbeschriebenen mit einer Schutzschicht zum Schutz vor hohem Verschleiß an der Rohrleitungsinnenwand ausstattbar. Durch die Anziehung zur Rohrwand hin wird allerdings auch einem Abheben des Sensorkopfes und somit einer Abschwächung des Signals entgegengewirkt.
Vorzugsweise ist der Magnet dergestalt ausgerichtet, dass eine von einem Pol des Magneten zu dessen anderen Pol verlaufende Grade unter einem Winkel < 45%, vorzugsweise < 30%, die Ebene schneidet. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung eines vertikal zur Rohrleitungswand ausgerichteten und mithin senkrecht auf der Längsmittelachse des Inspektionsgerätes stehenden Magneten.
Für die Einbringung eines auf EMAT oder EMUS-Technologie basierenden Signals in die Oberfläche der Rohrleitungswand ist es vorteilhaft, wenn die Sendespule auf der von der Längsmittelachse des Inspektionsgeräts abgewandten Seite angeordnet ist, mithin der Magnet bezüglich der Sendespule auf der zur Längsmittelachse hin gerichteten Seite der Spule angeordnet ist.
Vorteilhafterweise sind eine Empfangsspule eines Empfangswandlers und der Magnet in einer senkrecht zur Längsmittelachse des Inspektionsgeräts gedachten Ebene nebeneinander angeordnet. Entsprechend sind die für den Empfang von aufgrund von reflektierten Ultraschallsignalen der Rohrleitungswand entstandenen Signale besser detektierbar bei gleichzeitig kompakten Setup.
Vorteilhafterweise sind die Empfangsspule eines Empfangswandlers und der Magnete gemeinsam in dem Sensorkopf angeordnet, insbesondere sind Sender und Empfangsspule durch dieselbe Spule ausgebildet. Entsprechendes kann auch bei einer Mehrzahl von Spulen gelten. Die zugehörige Elektronik schaltet die Spule zwischen Sende- und Empfangsbetrieb um.
Zusätzlich zu dem Sende- bzw. Empfangswandler kann für eine zusätzliche Magnetfeldstreuflussmessung wenigstens ein Magnetfeldsensor dicht an der Empfangsspule und vorzugsweise in dem Sensorkopf angeordnet sein, so dass eine Detektion eines aufgrund von Wanddickenänderungen, Fehlstellen od. dgl. entstehender Streufluss des Magnetfeldes aufgenommen werden kann. Als dicht ist hierbei eine Anordnung mit einem Abstand kleiner 10 cm, vorzugsweise kleiner 5 cm zu verstehen. Im vorliegenden wie auch den nachfolgend beschriebenen Setups sind Sende- und Empfangsspule durch dieselbe(n) Spule(n) ausgebildet.
Insbesondere ist eine Ausbildung eines Inspektionsgerätes vorteilhaft, bei der zwei Magnetfeldsensoren auf einander gegenüberliegenden Seiten des Magneten angeordnet sind. Durch Auswertung eines Differenzsignals und/oder durch Auswertung der jeweiligen Signale kann zwischen internen und externen Fehlstellen an der Rohrwandoberfläche unterschieden werden.
Eine gute Abdeckung und Empfindlichkeit des Inspektionsgeräts für die Wanddickenmessung ist besonders dann realisiert, wenn in dem Sensorkopf eine Mehrzahl von sich teilweise überlappenden Spulen angeordnet ist. Vorzugsweise sind die sich überlappenden Spulen in Umfangsrichtung um die Längsmittelachse herum angeordnet, wobei sie nicht vollständig umlaufend angeordnet sein müssen, sondern beispielsweise nur einen geringen Umfangswinkel von 5° oder 10° überdecken. Entsprechend kann eine Vielzahl von mit Sendewandler und Magnet versehenen Sensorköpfen jeweils über einen starren oder flexiblen Auslegerarm an einem Molchkörper angeordnet sein.
Anstelle eines Überlappens oder ergänzend hierzu können Spulen in einem Sensorkopf auch zumindest teilweise nebeneinander angeordnet sein.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, zur Identifikation eines Abhebens des Sensorkopfes bzw. der Sensoreinheit von der Rohrleitungsinnenwandoberfläche an dem Auslegerarm einen Winkelsensor anzubringen bzw. eine Krümmung des Auslegerarms im Falle eines flexiblen Auslegerarms zu detektieren.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung zu entnehmen. In den schematischen Darstellungen der Figuren zeigt:
1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Molch,
2 eine alternative Ausbildung eines an einem Auslegerarm befindlichen Sensorkopfes,
3 den Sensorkopf nach 2 in einer Draufsicht,
4 ein alternatives Ausführungsbeispiels eines Sensorkopfes,
5 eine Prinzipdarstellung eines weiteren Sensorkopfes,
6 einen Sensorkopf eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
7 einen Sensorkopf eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
8 einen Sensorkopf eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
9 einen Sensorkopf eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
Einzelne technische Merkmale der nachbeschriebenen Ausführungsbeispiele können auch in Kombination mit vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sowie den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs und etwaiger weiterer Ansprüche zu erfindungsgemäßen Gegenständen kombiniert werden. Sofern sinnvoll, werden funktional gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugsziffern versehen.
Ein erfindungsgemäßes Inspektionsgerät ist schematisch in 1 dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen passiv durch eine Rohrleitung getriebenen Molch, der an seinem vorderen und hinteren Ende jeweils sogenannte Cups 1 besitzt, über die der Molch von der Strömung innerhalb der eine Rohrleitungswand 2 aufweisenden Rohrleitung mitgenommen wird. An einem Molch- bzw. Inspektionsgerätkörper 3 sind in der Darstellung zwei Sensorköpfe 4 gelenkig über Auslegerarme 5 angeordnet. In Gelenken 6 ist ein Winkelsensor vorhanden, der die Auslenkung des unter Federdruck nach außen in Richtung der Rohrleitungswand 2 drückenden Arme detektiert. Eine Elektronik zur Detektion des Winkels sowie zur Aufnahme und Speicherung sowie zum Antrieb der Sende- und Empfangswandler sind ebenfalls innerhalb des Molchkörpers 3 angeordnet. Die Sensorköpfe sind auf gegenüberliegenden Seiten einer Längsmittelachse 7 des Molches angeordnet. Zusätzlich zu den gezeigten Sensorköpfen können in Umfangsrichtung auf derselben Höhe um die Längsmittelachse 7 herum weitere an Auslegerarmen befestigte Sensorköpfe angeordnet sind, um eine vollständige Abdeckung der Rohrleitung zu erreichen.
Jeder Sensorkopf umfasst eine beispielsweise aus Keramik bestehende Schutzschicht als zur Rohrleitungswand gerichtete Außenseite eines Sensorkopfgehäuses sowie ein weiteres Gehäuse 9. Innerhalb des aus der Schutzschicht 8 und dem weiteren Gehäuse 9 aufgebauten Sensorkopfgehäuses sind eine Sendespule 10 sowie ein Magnet 11 angeordnet.
In einer senkrecht zur Mittelachse 7 gedachten Ebene 12 sind (projiziert auf diese Ebene) Sendespule und Magnet nebeneinander angeordnet.
Entsprechend kann der Sensorkopf in Längsrichtung, d. h. in Richtung der Längsmittelachse betrachtet, kürzer ausgebildet werden, was zu einem kompakteren Aufbau des Inspektionsgerätes und somit zu einer erhöhten Bogengängigkeit führt. Darüber hinaus ist eine Detektion in kurvigen Abschnitten aufgrund des kleineren Sensorkopfes verbessert möglich, da ein Abheben des Sensorkopfes besser vermieden wird.
Der Sensorkopf gemäß der 2 eines weiteren erfindungsgemäßen Inspektionsgeräts weist neben der Sendespule 10 Hallelemente 13 auf, die auf beiden Seiten des Magneten 11 angeordnet sind und zur intern/extern-Unterscheidung etwaiger Wandstärkenreduktionen und mithin etwaiger Schadstellen in der Rohrleitungswand 2 verwendet werden. Somit wird zusätzlich ermittelt, ob eine Schadstelle, die zu einer Wandstärkenreduktion führt von der Außen- oder von der Innseite der Rohrleitungswand ausgeht. Eine zwischen Nord- und Südpol gedachte Gerade 12.1 ist ebenfalls senkrecht zur Längsmittelachse 7 ausgerichtet und somit parallel zur Ebene 12.
In der Draufsicht gemäß 3 ist erkennbar, dass sowohl der Magnet 11 als auch die Spule 10 im Querschnitt eckig ausgebildet sind. Ebenfalls ist in der Draufsicht erkennbar, dass ein Auslegerarm 5 auch zweiteilig mit Teilen 5.1 und 5.2 ausgebildet sein kann.
In dem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Sensorkopf als ein in Umfangsrichtung länger und vorzugsweise mit einer gebogenen äußeren Oberfläche ausgebildeter Sensorkopf 4 ausgebildet, der einen länglichen, stegartigen Magneten 11 umfasst sowie vier nebeneinander befindliche Spulen 10. Hierdurch kann in Umfangsrichtung ein größerer Rohrleitungsabschnitt abgedeckt werden.
Ein weiterer Aufbau eines Sensorkopfes eines erfindungsgemäßen Inspektionsgeräts umfasst eine Spule 10, die spiralförmig ausgebildet ist (5 und 6). Die Spule deckt einen Magneten 11 großflächig ab.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung gemäß 7, wobei in einem Sensorkopf 4 mit einem vergleichsweise lang und ähnlich wie in 4 ausgebildeten Magneten 11 eine Mehrzahl von sich teilweise überlappenden Sende- bzw. Empfangsspulen 10 angeordnet. Gestrichelt dargestellt sind die in der Draufsicht unten liegenden und zum Magneten 11 hin liegenden Spulen 10, während die über eine halbe Spulenbreite versetzt auf diesen gestrichelt dargestellten Spulen angeordneten weiteren Spulen 10 durchgezogen dargestellt sind. Die Auflösung der Wanddickenmessung in Umfangsrichtung ist erhöht.
Anstelle der Verwendung von spiralförmigen Spulen können auch sogenannte ”Butterfly”-Spulen, d. h. mit zwei Flügeln 14 versehenen Spulen verwendet werden (8). Diese Spulen können entsprechend auch gemäß der 9 versetzt übereinander angeordnet werden, so dass entsprechende hohe Empfindlichkeiten erreicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005060582 A1 [0002]

Claims

Inspektionsgerät zur Messung der Dicke einer Wand (2) einer Rohrleitung, welches aktiv oder passiv angetrieben durch die Rohrleitung bewegbar ist, mit zumindest einem Magneten (11), der zur Induktion eines statischen oder quasistatischen Magnetfelds in der Wand (2) ausgebildet ist, mit wenigstens einem Sendewandler, der zumindest eine Sendespule (10) zur berührungslosen Erzeugung eines variierenden Magnetfelds in einem oberflächennahen Bereich der Wand (2) aufweist, wobei das variierende Magnetfeld zur Erzeugung wenigstens einer Ultraschallwelle in der Wand (2) mit dem statischen oder quasistatischen Magnetfeld wechselwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer senkrecht zu einer Längsmittelachse (7) des Inspektionsgeräts gedachten Ebene (12) Sendespule (10) und Magnet (11) nebeneinander angeordnet sind.
Inspektionsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine von einem Pol N des Magneten zu dessen anderen Pol S verlaufenden Gerade (12.1) unter einem Winkel ≤ 45°, vorzugsweise ≤ 30° die Ebene (13) schneidet.
Inspektionsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (11) bezüglich der Sendespule (10) auf der zur Längsmittelachse (7) gerichteten Seite der Sendespule (10) angeordnet ist.
Inspektionsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sendespule (10) und Magnet (11) gemeinsam in einem Sensorkopf (4) angeordnet sind.
Inspektionsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Empfangsspule eines Empfangswandlers und der Magnet (11) in der senkrecht zur Längsmittelachse des Inspektionsgeräts gedachten Ebene (12) nebeneinander angeordnet sind.
Inspektionsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche unter Einschluss von Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Empfangsspule eines Empfangswandlers und der Magnet (11) gemeinsam in dem Sensorkopf (4) angeordnet sind.
Inspektionsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sende- und Empfangsspule durch dieselbe Spule (10) ausgebildet werden.
Inspektionsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur zusätzlichen Magnetfeldstreuflussmessung wenigstens ein Magnetfeldsensor (13) dicht an der Empfangsspule und vorzugsweise in dem Sensorkopf (4) angeordnet ist.
Inspektionsgerät nach Anspruch 8 mit zwei Magnetfeldsensoren (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (13) auf einander gegenüberliegenden Seiten des Magneten (10) angeordnet sind.
Inspektionsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sensorkopf (4) eine Mehrzahl von sich teilweise überlappenden und/oder nebeneinander befindlichen Spulen (10) angeordnet ist.
Inspektionsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die sich überlappenden Spulen (10) in Umfangsrichtung um die Längsmittelachse (7) herum angeordnet sind.
Inspektionsgerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von mit Sendewandler (10) und Magnet (11) versehenen Sensorköpfen (4), die jeweils über einen starren oder flexiblen Auslegerarm (5) an einem Molchkörper (3) angeordnet sind.