DE10214678A1

DE10214678A1 - Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Bestimmung von Belägen und Inkrustationen in flüssigkeitsgefüllten Behältern und Rohrleitungen

Info

Publication number: DE10214678A1
Application number: DE2002114678
Authority: DE
Inventors: Santer Zur Horst-Meyer; Hans-Joachim Muench
Original assignee: Sonotec Dr Zur Horst Meyer & M
Current assignee: Sonotec Dr Zur Horst Meyer & M
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: DE10214678B4

Abstract

In Behältern und Rohrleitungen mit Flüssigkeiten bestehen latent die Gefahren von Belagbildung und Inkrustationsbildung. DOLLAR A Zur zerstörungsfreien Bestimmung solcher Beläge werden bisher radioaktive Isotope und Röntgenstrahlen verwendet. Hinsichtlich Messgenauigkeit bzw. Aufwand sind diesen Methoden Grenzen gesetzt. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zur zerstörungsfreien Bestimmung der Stärke von Belegen und Inkrustationen an der Innenseite von mit Flüssigkeit gefüllten Behältern und Rohrleitungen zu entwickeln, welches eine Bestimmung der Schichtdicke und Restwandstärken mit hoher Genauigkeit und mehrfache Bestimmungen mit geringem Aufwand ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung einer geeigneten Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. DOLLAR A Erfindungsgemäß erfolgt die zerstörungsfreie Bestimmung indirekt von außen mittels Ultraschall durch Durchschallung von Wandungen, Ablagerungen und Medien bis zur Oberfläche der gegenüber empfindlichen Ablagerungen. Verwendet werden Ultraschall-, Impuls-Echo-Verfahren im Frequenzbereich von 250 kHz bis 2 MHz. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem außen angeordneten Ultraschall-Wandler, angekoppelt am jeweiligem Behälter bzw. an der jeweiligen Rohrleitung, verbunden mit einer externen Ansteuer- und Auswerteschaltung. Der Ultraschall-Wandler arbeitet sowohl als Sender als auch Empfänger. Die elektronische Ansteuer- und Auswerteschaltung ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Stärke von Belägen und Inkrustationen an der Innenseite von Rohrleitungen und Behältern, die mit Flüssigkeiten gefüllt sind sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

In Behältern und Rohrleitungen, die mit Flüssigkeit gefüllt bzw. von Flüssigkeiten durchflossen werden, besteht latent die Gefahr einer Belagbildung und der Herausbildung von Inkrustationen an den Innenseiten. Diese Bildung von Belägen und Inkrustationen ist insbesondere akut, wenn die Flüssigkeiten Lösungen von anorganischen Salzen sind und die Ablagerungen aus mehreren Schichten bestehen.

Bei Nichtbeachtung solcher Ablagerungen verringert sich das Innenvolumen der Behälter und Rohrleitungen und es müssen bei stillgelegten Anlagen diese Beläge und Inkrustationen aufwendig mechanisch entfernt werden. Problematisch ist dies vor allem bei Rohrleitungen mit Krümmungen.

Eine weitere latente Gefahr für mit Flüssigkeiten gefüllten metallischen Behältern und Rohrleitungen ist insbesondere bei aggressiven und/oder dissoziierten Medien die Korrosion der Innenwandoberflächen und damit die Verminderung der Wandstärken von Behältern und Rohrleitungen.

Es sind zwar bereits zerstörungsfreie Methoden zur Bestimmung von inneren Belägen, Inkrustationen und Wandstärken, wie die Anwendung radioaktiver Isotope und die Nutzung von Röntgenstrahlen bekannt. Ungeachtet mehrerer Vorteile stoßen die letztgenannten zerstörungsfreien Methoden hinsichtlich der Messgenauigkeit und des erforderlichen Aufwandes an ihre Grenzen.

Auch die Anwendung einfacher Ultraschall-Messungen zur Feststellung von Wandstärken der Behälter und Rohrleitungen ist bekannt. Derartige Methoden sind jedoch nicht anwendbar bei Behältnissen mit Belägen bzw. Inkrustationen, da durch die akustischen Eigenschaften der inneren Ablagerungen eine direkte Bestimmung mit herkömmlichen Ultraschallmessungen nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur zerstörungsfreien Bestimmung der Stärke von Belägen und Inkrustationen an der Innenseite von mit Flüssigkeiten gefüllten Behältern und Rohrleitungen zu entwickeln, welches eine Bestimmung der Schichtdicke und Restwandstärken mit hoher Genauigkeit und mehrfache Bestimmungen mit geringem Aufwand ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung einer geeigneten Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es wurde nun überraschend gefunden, dass entgegen bekannter Methoden diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 bis 3 gelöst wird.

Danach erfolgt die zerstörungsfreie Bestimmung indirekt von außen mittels Ultraschall durch Durchschallung von Wandungen, Ablagerungen und Medien bis zur Oberfläche der gegenüber befindlichen Ablagerungen. Verwendet werden Ultraschall-Impuls-Echo- Verfahren im Frequenzbereich von 250 kHz bis 2 MHz. Die Ansteuerung der Ultraschall-Impulse und die Auswertung der Signale der Ultraschall-Echos erfolgt über eine elektronische Ansteuer- und Auswerteschaltung.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht gemäß Patentanspruch 4 aus einem außen angeordneten Ultraschall-Wandler, angekoppelt am jeweiligen Behälter bzw. an der jeweiligen Rohrleitung, verbunden mit einer externen Ansteuer- und Auswerteschaltung. Der Ultraschall-Wandler arbeitet nach Patentanspruch 5 sowohl als Ultraschall-Sender als auch als Ultraschall-Empfänger. Die elektronische Ansteuer- und Auswerteschaltung enthält eine Ansteuerung der Ultraschallimpulse, eine Auswertung der Ultraschallechos und Anordnung zur Datenausgabe.

Das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht mit geringem Aufwand Messungen innerer Beläge, Inkrustationen und Restwandstärken in verschiedenen Positionen. Dazu wird auch der bisher übliche Frequenzbereich gegenüber dem Bereich bei Wandstärkenmessungen verschoben. Die Durchschallung von Wandungen, Ablagerungen und Medien mit Ausnutzung der Reflexion von Ultraschall-Impulsen an gegenüber befindlichen Oberflächen von Ablagerungen ermöglicht überraschend eine indirekte Bestimmung der Stärke von inneren Ablagerungen unter Nutzung bekannter Parameter als Differenzmessung. Das Verfahren kann vorteilhaft bei schwer zugänglichen Rohrleitungen mit mehreren Krümmungen angewendet werden. Die erfindungsgemäße Nutzung akustischer Unterschiede zwischen Wandung, Ablagerungen und Flüssigkeiten ermöglicht Messungen mit einer Genauigkeit von 1-5 mm. Das Verfahren ermöglicht auch Messungen an Behältnissen aus faserverstärkten Polymeren oder Behältnissen mit inline-Auskleidungen. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass mit geringem Aufwand durch kontinuierliche Messungen die Entwicklung der Belags- bzw. Inkrustationsbildung sowie Restwandstärke festgestellt werden kann. Dazu werden stationär, am Behältnis angebrachte und gegen äußere Einflüsse geschützte Ultraschallwandler mit geschützten Verbindungsleitungen zur Ansteuer- und Auswerteschaltung verwendet und es können rechtzeitig geeignete Maßnahmen zur Entfernung bzw. Verminderung störender Schichten eingeleitet sowie die Entwicklung der Korrosion der Wandungen verfolgt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einer Rohrleitung
An einer Rohrleitung, die von einer anorganischen Salzlösung durchströmt wird, ist außen ein Ultraschallwandler 1 in der 12°°-Position angeordnet, der über ein geeignetes Ankoppelmedium 7, z. B. ein handelsübliches Ultraschallkontaktgel, an die Rohrleitungswandung 3 angekoppelt und mit einer externen elektronischen Ansteuer- und Auswerteschaltung 2 verbunden ist.
In der Ansteuer- und Auswerteschaltung 2 werden elektrische Impulse erzeugt - zum Ultraschallwandler 1 geleitet und dort in Ultraschall-Impulse 5 umgewandelt. Der Frequenzbereich umfasst 250 kHz bis 2 MHz in Abhängigkeit von vorliegenden Werkstoffen. Die Ultraschall-Impulse 5 breiten sich durch die Rohrleitungswandung 3 und durch die Inkrustationsschicht 4,1 und die Flüssigkeit 8 bis zur gegenüberliegenden Inkrustationsschicht 4,2 aus. An der Oberfläche dieser Schicht 4,2 werden sie in Folge unterschiedlicher akustischer Impedanzen reflektiert und gelangen als Ultraschall-Echos 6 zurück zum Ultraschall-Wandler 1, der jetzt als Ultraschall-Empfänger arbeitet. Die Ultraschall-Echos werden in elektrische Signale umgewandelt und zur externen Ansteuer- und Auswerteschaltung 2 weitergeleitet. Auf einer Zeitskala werden die Ultraschall- Impulse und die Ultraschall-Echos angezeigt. Aus der entnehmbaren Zeitdifferenz werden unter Verwendung bekannter Parameter, wie Rohrdurchmesser, Dicke der Rohrleitungswandung, Schallgeschwindigkeiten in Rohrwandung, Flüssigkeit und Inkrustationsschicht über eine Auswerteschaltung mit einem speziellen Rechenalgorithmus die durchschnittliche Stärke der Inkrustation ermittelt. Die Ausbildung der Inkrustation ist in Rohrleitungen sehr unterschiedlich, deshalb können vorteilhaft Ultraschall-Messungen gem. der Erfindung auch in den 3°°- und 6°°-Positionen durchgeführt werden.
Die einfache Möglichkeit für kontinuierliche Messungen ermöglicht die Entwicklung von Belägen und Inkrustationen und auch die Unebenheiten von deren Oberflächen zu berücksichtigen.

Claims

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Bestimmung der Stärke von Belägen und Inkrustationen an den Innenseiten von flüssigkeitsgefüllten Behältern und Rohrleitungen sowie Restwandstärken dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Stärke der Ablagerungen indirekt von außen mittels Ultraschall erfolgt, wobei Wandungen, Ablagerungen und Medien durchschallt werden.

2. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ultraschallverfahren ein Impuls-Echo-Verfahren im Frequenzbereich von 250 kHz bis 2 MHz verwendet wird.

3. Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Ultraschall-Impulse und die Auswertung der Ultraschall- Echos und damit die Bestimmung der Stärke der Ablagerungen mittels einer elektronischen Ansteuer- und Auswerteschaltung erfolgt.

4. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Bestimmung der Stärke von Belägen und Inkrustationen an den Innenseiten von flüssigkeitsgefüllten Behältern und Rohrleitungen gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus einem Ultraschall-Wandler (1), der über ein Ankoppelmedium (7) mit der Außenwand (3) eines Behälters, einer Rohrleitung verbunden ist und einer externen elektronischen Ansteuerungs- und Auswerteschaltung (2) besteht.

5. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschall-Wandler (1) sowohl als Ultraschall-Sender als auch als Ultraschall-Empfänger arbeitet.

6. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschall-Wandler (1) stationär angeordnet und eine geschützte Verbindungsleitung zur externen Ansteuer- und Auswerteschaltung (2) aufweisen.