DE102016223774A1

DE102016223774A1 - System zur Bestimmung der Lage von Rohrleitungen

Info

Publication number: DE102016223774A1
Application number: DE102016223774.8A
Authority: DE
Inventors: Josef Alois Birchbauer; Uwe Linnert; Klaus Ludwig; Markus Richter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-05-30
Also published as: RU2716864C1; CA3043138A1; US11237289B2; US20200012005A1; CA3043138C; CN110023791B; EP3513223A1; CN110023791A; WO2018099699A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Bestimmung der Lage von Rohrleitungen mit zumindest einem Geomolch, der in eine Rohrleitung eingebracht wird, sich darin fortbewegt und eine Magnetquelle zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist, wobei zumindest ein unbemanntes Flugobjekte (UAV) mit Magnetfeldsensoren (MFS) und Positionsbestimmungseinrichtungen vorgesehen ist und wobei Steuerungsmittel zur Bestimmung des Feldstärkeverlaufs des Magnetfeldes (MF) und zur Positionierung des unbemannten Flugobjektes (UAV) in definiertem Abstand zum Geomolch (GM) vorgesehen sind und wobei Mittel zur Bestimmung der Lage des Geomolches (GM) aus der Position des unbemannten Flugobjektes (UAV)und dem definierten Abstand zwischen Geomolch (GM) und unbemanntem Flugobjekt (UAV)vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Bestimmung der Lage von Rohrleitungen mit zumindest einem Geomolch, der in eine Rohrleitung eingebracht wird, sich darin fortbewegt und eine Magnetquelle zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist.
Die Lage von unterirdischen Rohrleitungen wie Pipelines für Gas, Öl, Wasser, etc. muss für Inspektionsaufgaben hochgenau bekannt sein, üblicherweise sind diese Pipelines und insbesondere die Lage ihrer Oberkante nach der Verlegung und Wiederherstellung des Erdreiches nicht mehr von außen einsehbar.
Bei der Neuverlegung von Pipelines werden diese während der Verlegung, also vor der Wiederaufschüttung des Erdreichs mittels zeitgemäßen Methoden in Katastergenauigkeit eingemessen. Ältere Pipelinebestände wurden bei der Verlegung in der Vergangenheit hingegen nicht in ausreichender Genauigkeit erfasst. Zudem kann es durch instabile Untergründe wie z.B. Moore, Wüstensand, etc. geschehen, dass sich die Lage der Pipeline im eingebetteten Untergrund verändert.
Aus dem Stand der Technik sind Methoden bekannt die Pipeline bzw. ihre metallische Struktur im Erdreich zu orten.
Dies geschieht erdoberflächennah beispielsweise mittels Handmessgeräten, wie sie von der CORROCONT Group vertrieben werden (http://www.corrocont.com/surveys/pipeline-locating-anddepth-measurement), was die Übertragung des eingekoppelten Messsignals und somit die Sensitivität der Messung begünstigt.
Weiter bekannte Verfahren für die interne Inspektion von Pipelines nutzen sogenannte Geomolche, die in die Pipeline eingebracht werden und durch den Strom des transportierten Mediums in der Pipeline fortbewegt werden. Die Bestimmung der Position des Geomolchs erfolgt durch Inertialmesssysteme.
Diese Systeme sind mit dem Nachteil behaftet, dass sie eine Drift des Messergebnisses, also eine Fehlerfortpflanzung durch die inkrementelle Vorschubbestimmung aufweisen.
Dieses Fehlerverhalten kann mangels des Kontaktes zur Außenwelt nicht trivialerweise durch externe und somit absolute Messungen kompensiert werden, wobei insbesondere die zumeist metallische Struktur der Pipeline ein Hindernis darstellt,, welche die Übertragung von Funksignalen (elektrischen Feldern) stört (Faradayscher Käfig).
Bekannt sind aus dem Stand der Technik wie beispielsweise aus https://en.wikipedia.org/wiki/Pigging an der Außenhaut der Pipeline angebrachte akustische, magnetische oder auf Funktechnik beruhende Ortungseinrichtungen welche die Passage es Geomolchs detektieren können.
Diese Form von Sensorik ist aber gerade bei schlecht eingemessenen Altbeständen nicht vorhanden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik weiterzuentwickeln und insbesondere den Einsatz von Geomolchen zur Vermessung von Pipelines zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem System gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeb sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen beispielhaft:

1 den Einsatz eines erfindungsgemäßen Systems in einer schematischen und seitlichen Darstellung.
2 den Einsatz des erfindungsgemäßen Systems in Draufsicht..

Die Darstellungen zeigen den Einsatz eines Geomolches GM zur Bestimmung der Lage einer Rohrleitung RL.
Der Geomolch GM ist mit einer Magnetquelle MQ ausgestattet, die ein Magnetfeld MF erzeugt. Der Feldstärkeverlauf des Magnetfeldes wird mit einem, an einem unbemannten Flugobjekt UAV angebrachten Magnetfeldsensor MFS detektiert und räumlich zugeordnet.
Das unbemannte Flugobjekt UAV folgt dem Maximum des magnetischen Signales in einer vorgegebenen Flughöhe und positioniert sich jeweils in definiertem Abstand zum Geomolch GM, beispielsweise direkt über diesem.
Durch die Bewegung des Geomolches GM in der Rohrleitung RL wird daher auch das unbemannte Flugobjekt UAV dem Verlauf der Rohrleitung RL folgen.
Aus der mittels Satellitennavigation laufend bestimmten Position des unbemannten Flugobjektes UAV und dem aus dem Feldstärkeverlauf des Magnetfeldes MF bestimmbaren Abstand zwischen Geomolch GM und unbemanntem Flugobjekt UAV werden Lage und Verlauf der Rohrleitung RL ermittelt.
Dabei ist es zweckmäßig wenn die mittels Inertialmesssystemen erhaltenen Informationen zur Position des Geomolches ebenfalls in die Ermittlungen von Lage und Verlauf der Rohrleitung RL herangezogen werden.
Als Magnetquelle sind beispielsweise Permanentmagnete oder Magnetspulen denkbar.
Vorteilhaft ist der Einsatz einer mit Wechselstrom beaufschlagten Spule als Magnetquelle MQ zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes MF mit einer aufgeprägten Frequenzsignatur, sodass die Unterscheidung von Störsignalen ermöglicht wird.
Dazu ist es zweckmäßig, wenn Frequenz und Feldstärke des Magnetfeldes MF so an die Eigenschaften der Rohrleitung RL angepasst werden, dass die in derselben induzierten Wirbelströme ein Minimum werden.
Vorteilhaft kann auch die Ausgestaltung des Magnetfeldes MF als ein durch ein Wechselfeld überlagertes Gleichfeld sein, da die Wechselfeld-Durchlässigkeit von magnetischen Materialien durch die Überlagerung eines Gleichfeldes, welches das Material an entsprechender Stelle magnetisch sättigt, verbessert werden kann.
Um ein magnetisches Ankleben des Molches an das Umgebende Rohr zu vermeiden, sollte weiterhin das magnetische Gleichfeld möglichst symmetrisch innerhalb des Rohres verlaufen.
Bei der Bestimmung der Position des Geomolches GM ist es zweckmäßig, wenn dazu sowohl die Position
Es kann auch vorteilhaft sein, das unbemannte Flugobjekt UAV mit einer Mehrzahl von Magnetfeldsensoren MFS auszustatten, und diese kreuzförmig anzuordnen, wie dies in 2 dargestellt ist. Damit wird die Lokalisierung des Geomolches GM und damit der Rohrleitung RL in lateraler Richtung durch die Detektion eines Maximums verbessert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Magnetfeld auch gleichzeitig zur Detektion von Schwachstellen in der Rohrleitungshülle oder von Unregelmässigkeiten im darüber liegenden Erdreich (z.B. „illegal Tapping“ durch Anbringen von Ableitungen) verwendet wird.
Denkbar wäre auch eine bidirektionalen Messung, indem das durch die Magnetfeldsonde MFS gemessene Signal beispielsweise auf einer anderen, niedrigeren Frequenz an den Geomolch GM zurückgesandt wird. Dadurch kann mit geeigneter Codierung über die Laufzeit der Signale der Abstand zwischen unbemanntem Flugobjekt UAV und Geomolch GM bestimmt werden.
Alternativ wäre auch eine Abstandmessung über den Vergleich der Phasenlage der Signale denkbar.
Die mit dem erfindungsgemäßen System erzielten Vorteile liegen insbesondere in einer hohen Genauigkeit der Positionsbestimmung des Geomolches GM vor allem bei vergleichsweise langen Rohrleitungen RL durch Elimination des Driftverhaltens der inkrementellen Messung mittels Inertialmesssystem.
Damit können auch vergleichsweise einfache und kostengünstige Messsysteme im Geomolch GM zum Einsatz kommen.
Das System ermöglicht weiterhin eine vollständige Automatisierung des Meßvorganges.
Bezugszeichenliste

GM: Geomolch
UAV: Unbemanntes Flugobjekt
RL: Rohrleitung
MF: Magnetfeld
MFS: Magnetfeldsensor
MQ: Magnetquelle

Claims

System zur Bestimmung der Lage von Rohrleitungen (RL) mit zumindest einem Geomolch (GM), der in eine Rohrleitung (RL) eingebracht wird, sich darin fortbewegt und eine Magnetquelle (MQ) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (MF) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein unbemanntes Flugobjekte (UAV) mit Magnetfeldsensoren (MFS) und Positionsbestimmungseinrichtungen vorgesehen ist und dass Steuerungsmittel zur Bestimmung des Feldstärkeverlaufs des Magnetfeldes (MF) und zur Positionierung des unbemannten Flugobjektes (UAV) in definiertem Abstand zum Geomolch (GM) und Mittel zur Bestimmung der Lage des Geomolches (GM) aus der Position des unbemannten Flugobjektes (UAV)und dem definierten Abstand zwischen Geomolch (GM) und unbemanntem Flugobjekt (UAV) vorgesehen sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmungseinrichtungen des unbemannten Flugobjektes (UAV) Mittel zur Satellitennavigation umfassen.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Geomolch (GM) durch den Strom des transportierten Mediums in der Rohrleitung fortbewegt wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Abfolge von ermittelten Positionen des sich bewegenden Geomolches (GM) die Lage der Rohrleitung bestimmt wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetquelle (MQ) eine mit Wechselstrom beaufschlagte Spule vorgesehen ist und dass der Wechselstrom ein typisches und unterscheidbares Frequenzmuster aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetfeld (MF) ein durch ein Wechselfeld überlagertes Gleichfeld vorgesehen ist.