DE10239268A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle von Rohrleitungen innerhalb von Rohren - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle von Rohrleitungen innerhalb von RohrenInfo
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle von Rohrleitungen innerhalb von Rohren.
- Die RU 2018817, RU 2042946, RU 2108569 und US 4,162,635 offenbaren ein Verfahren zur Kontrolle innerhalb von Rohren mittels einer Fortbewegung eines Inspektionsgerätes mit daran angebrachten, gegen die diagnostischen Parameter einer Rohrleitung empfindlichen Kontrollgebern und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Messdaten im Innern der Rohrleitung, mit einem periodischen Zugriff zu den Kontrollgebern, welche Ultraschall-Suchimpulse ausstrahlen und betreffende rückgestrahlte Ultraschallimpulse empfangen.
- Die WO 96/13720, EP 0 304 053, EP 0 271 670, EP 0 616 692 und EP 0 561 867 offenbaren ein Verfahren zur Kontrolle innerhalb von Rohren bei Anwendung der Dickenmessung durch die Fortbewegung eines Inspektionsgerätes mit daran angebrachten Ultraschallgebern und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Messdaten innerhalb einer Rohrleitung, mit einem periodischen Zugriff zu den Ultraschallgebern, welche Ultraschall-Suchimpulse ausstrahlen und betreffende rückgestrahlte Ultraschallimpulse empfangen, und mit Messung der Laufzeit der genannten Impulse.
- Durch die Folgeperiode der Ultraschall-Suchimpulse und durch die Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes innerhalb einer Rohrleitung wird das longitudinale Auflösungsvermögen eines Defektoskopes definiert. Bei einer vorgegebenen Abtastperiode (einer Suchimpulsfolgeperiode) ist der Abtastschritt von der Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes abhängig, d. h. dass er bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit zunimmt und sich bei einer Senkung der Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes vermindert. Die Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes kann in einer Erdöl- und einer Erdölproduktleitung ca. 2 m/s (bei einem nicht stationären Wert: ca. 6 m/s) und in einer Gasleitung ca. 10 m/s (vorausgesetzt, eine akustische Verbindung ist zwischen den Ultraschallgebern und der Wandung der Rohrleitung z. B. mit Hilfe eines Flüssigpfropfens sichergestellt) betragen. Im Läufe der Fortbewegung des Inspektionsgerätes schwankt die Geschwindigkeit des Letzteren, und zur Sicherung eines longitudinalen Auflösungsvermögens, welches das maximal zulässige nicht übertrifft, wird die Suchimpulsfolgeperiode ausgehend von der maximalen Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes, welche bei der Untersuchung einer konkreten Rohrleitung möglich ist, ausgewählt.
- Infolge einer Geschwindigkeitsänderung des Inspektionsgerätes während dessen Fortbewegung in Abschnitten, in denen das Inspektionsgerät verzögert wird, tritt bei einer vorbestimmten Zugriffsperiode zu den Gebern eine redundante Abtastung ein, wodurch sich die Menge der Messdaten pro Einheit der Rohrleitungslänge vermehrt und somit der Datenspeicher nicht sinnvoll zum Einsatz gelangt.
- Die US 5,062,300 offenbart ein Verfahren zur Kontrolle dünnwandiger Rohre von Wärmeaustauschern durch die Fortbewegung einer an einem Rohr montierten Inspektions-Vorrichtung mit daran angebrachten Ultraschallgebern und Messmitteln innerhalb einer Rohrleitung, mit einem periodischen Zugriff zu den Ultraschallgebern, welche Ultraschall-Suchimpulse aussenden und betreffende rückgestrahlte Ultraschallimpulse empfangen, und mit einer Verarbeitung der Messdaten. Dieses Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass die Zugriffsperiode zu den Gebern (die Periode für die Betätigung der Ultraschallgeber) als Funktion der Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes innerhalb der Rohrleitung festgelegt und durch die Drehung eines Sondenkopfes vorgegeben wird.
- Nachteilig wirkt es sich bei diesem Verfahren aus, dass ein kurzzeitiger Schlupf des Sondenkopfes (bzw. des Rades eines Odometers), welcher bei einer Kontrolle einer Erdölleitung typisch ist, eine Auslassung von Abschnitten der Rohrleitung zur Folge hat, weil bei der Nicht-Drehung des Sondenkopfes (des Rades des Odometers) Suchimpulse ausbleiben. Hinzu kommt, dass das beschriebene Verfahren für die Kontrolle von Rohrleitungen mit großer Länge nicht geeignet ist, weil die zur Ausführung des Verfahrens benutzte Sondiereinrichtung nicht separat ausgebildet ist.
- Ein aus der EP 0 684 446 bekanntes gattungsgemäßes Verfahren ist ein Verfahren zur Kontrolle innerhalb von Rohren durch die Fortbewegung eines Inspektionsgerätes mit daran angebrachten, gegen die diagnostischen Parameter einer Rohrleitung empfindlichen Kontrollgebern und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Meßdaten innerhalb der Rohrleitung, mit einem periodischen Zugriff zu den Kontrollgebern und mit Verarbeitung und Speicherung der durch die genannten Geber gemessenen Daten.
- Der Hauptnachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, dass in den Abschnitten, in denen das Inspektionsgerät verzögert wird, bei der vorgegebenen Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern eine redundante Abtastung feststellbar ist, welche eine erhöhte Menge an gemessenen Daten pro Einheit der Rohrleitungslänge und somit einen nicht günstigen Einsatz des Datenspeichers nach sich zieht.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle von Rohrleitungen innerhalb von Rohren bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden.
- Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle von Rohrleitungen innerhalb von Rohren wird durch die Fortbewegung eines Inspektionsgerätes mit daran angebrachten, gegen die diagnostischen Parameter einer Rohrleitung empfindlichen Kontrollgebern und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Meßdaten innerhalb der Rohrleitung, durch einen periodischen Zugriff zu den Kontrollgebern und durch die Verarbeitung und Speicherung der mittels der erwähnten Geber gemessenen Daten ausgeführt.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine dynamische Abtastung praktiziert, bei welcher der Abtastungsbetrieb sowohl von der Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes als auch von der Art einer Geschwindigkeitsänderung des als Defektoskop fungierenden Inspektionsgerätes abhängig ist.
- Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, dass man während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes bei einer Periode, die nicht kürzer ist als die Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern, die Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes ermittelt und die Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern als Funktion von mindestens zwei, während der Fortbewegung bestimmten Geschwindigkeitswerten des Inspektionsgerätes festlegt.
- Das wichtigste technische Ergebnis, welches bei der Realisierung der beanspruchten Erfindung erzielbar ist, besteht darin, dass bei dem Zugriff zu den Gebern mit einer Periode, die von der Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes in der Rohrleitung abhängt, die Datenspeicherkapazität je nach der zu kontrollierenden Distanz der Rohrleitung berechnet und ein Überlauf der Datenspeicher bei einer verzögerten Bewegung des Inspektiosgerätes oder gar bei dessen Steckenbleiben in der Rohrleitung vermieden werden kann. Hinzu kommt, dass eine Änderung der Zugriffsperiode zu den Gebern in Abhängigkeit von mindestens zwei, während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes ermittelten Geschwindigkeitswerten des Letzteren, eine ungerechtfertigte Änderung der genannten Periode bei einer kurzzeitigen Geschwindigkeitsänderung des Inspektionsgerätes vermeidet.
- Während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes mit der zuvor angegebenen Periode (der Periode der Geschwindigkeitsbestimmung des Inspektionsgerätes) ermittelt man eine durchschnittliche Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes für eine gewisse Zeitspanne, welche die Periode für die Bestimmung der genannten durchschnittlichen Geschwindigkeit nicht übertrifft.
- Die Berechnung der durchschnittlichen Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes für kurze Zeitspannen (mit einer Größenordnung von 1 bis 10 s) gestattet es, der Einflußnahme der kurzzeitigen Änderungen der linearen Geschwindigkeit auf die Bewertung der gewünschten Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern auszuweichen.
- Die Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern legt man als Funktion der für die zuvor angegebene Zeitspanne bestimmten durchschnittlichen Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes und zumindest eines für eine vorangehende Zeitspanne bestimmten Wertes der durchschnittlichen Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes fest.
- Die Periode für die Bestimmung der zuvor angegebenen Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes legt man als Funktion der zuvor angegebenen Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern fest. Die Periode für die Bestimmung der zuvor angegebenen Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes beträgt N zuvor angegebene Zugriffsperioden zu den Kontrollgebern, wobei N vorzugsweise zwischen 200 und 2000 gelegen ist.
- Auf Grund dessen, dass die Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern als Funktion mehrerer gemessener Geschwindigkeitswerte des Inspektionsgerätes zur Sicherung eines stabilen Auflösungsvermögens nach der Länge der Rohrleitung festgelegt wird, ermöglicht die Bindung des Zeitpunktes für die Bestimmung der Geschwindigkeit an die Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern, Messungen der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit vorzunehmen, indem dabei homogene Messungen der Geschwindigkeit die Distanz über gewährleistet werden. Bei einem Wert N von über 2000 und bei großen Zugriffsperioden zu den Kontrollgebern (jeweils bei einer niedrigen Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes) wird bei einem rapiden Geschwindigkeitsanstieg die Information darüber weniger aktuell, so dass keine diagnostische Information durch den betreffenden Abschnitt der Rohrleitung zur Verfügung gestellt wird. Bei kleinen Werten N und einer hohen Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes werden die gemessenen Geschwindigkeitswerte durch kurzzeitige Beschleunigungen und Schwingungen verzerrt.
- Der zuvor angegebenen Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern wird ein Wert aus einer Reihe diskreter Werte zugeordnet, wobei die Zahl der diskreten Werte vorzugsweise mindestens 3 beträgt. Jedem diskreten Wert der Periode entspricht ein Bereich der zuvor angegebenen (durchschnittlichen oder augenblicklichen) Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht jedem der angegebenen diskreten Werte der Periode ein erster Geschwindigkeitsbereich, der für eine Änderung der Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern mit dem Zweck deren Verminderung (bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes binnen einer Zeitspanne) benutzt wird, und ein zweiter Geschwindigkeitsbereich, der für eine Änderung der Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern mit dem Zweck deren Erhöhung (bei einer Senkung der Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes binnen einer Zeitspanne) benutzt wird.
- Dank der Anwendung zweier Geschwindigkeitsbereiche für jeden Wert der Periode wird eine Hysterese in der Abhängigkeit der Periode von der Geschwindigkeit realisiert. So erfolgt beispielsweise bei der Überschreitung eines Grenzwertes der Geschwindigkeit und bei einer betreffenden Verminderung der Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern eine umgekehrte Erhöhung der Periode erst dann, wenn die Geschwindigkeit auf einen Wert herabgesetzt wird, der kleiner ist als der zuvor angegebene Grenzwert. Dies gestattet, die Betriebsweise der Elektronik, die für Messungen und Umwandlungen der Meßwerte gedacht ist, bei hinreichend homogener Bewegung des Inspektionsgerätes mit einer nahe dem Grenzwert liegenden und unwesentlich schwankenden Geschwindigkeit zu stabilisieren.
- Vorteilhafterweise wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert, bei welcher die untere Grenze des ersten Geschwindigkeitsbereiches die untere Grenze des zweiten Geschwindigkeitsbereiches übertrifft, die obere Grenze des ersten Geschwindigkeitsbereiches die obere Grenze des zweiten Geschwindigkeitsbereiches überschreitet, die untere Grenze des ersten Geschwindigkeitsbereiches geringer ist als die obere Grenze des zweiten Geschwindigkeitsbereiches und die Differenz zwischen den unteren Grenzen des ersten und des zweiten Geschwindigkeitsbereiches und/oder zwischen den oberen Grenzen des ersten und des zweiten Geschwindigkeitsbereiches nicht mehr als 0,5 m/s beträgt.
- Bei einer Geschwindigkeitsabnahme des Inspektionsgerätes innerhalb einer Zeitspanne, bei welcher der Geschwindigkeitswert über den betreffenden Bereich hinausgeht, verändert man die Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern bei einer Zeitverzögerung zwischen 10 und 100 s.
- Die Erfüllung der genannten Voraussetzung ermöglicht es, ein ausreichendes Auflösungsvermögen zu garantieren, wenn die Geschwindigkeitsabnahme provisorischer Art (bei einer Zeit von unter 10 s) ist. Eine Erhöhung der Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern um eine auf den Zeitpunkt der Messung (Bestimmung) der Geschwindigkeit folgende Zeitspanne würde hingegen bei einem Geschwindigkeitsanstieg des Inspektionsgerätes in dieser Zeitspanne zu einer nicht erwünschten Erhöhung (Verschlechterung) der Auflösung führen.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes Ultraschall- Suchimpulse ausgestrahlt und zurückgestrahlte, den genannten Suchimpulsen entsprechende Impulse empfangen, wobei die Suchimpulsfolgeperiode gleich der zuvor angegebenen Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern ist.
- Die zuvor angegebene durchschnittliche Geschwindigkeit bei einer gewissen Zeitspanne ermittelt man durch das Messen der im Innern der Rohrleitung während der erwähnten Zeitspanne zurückgelegten Distanz, wobei diese Distanz mit Hilfe eines oder mehrerer Odometer bestimmt wird.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die genannte Distanz mittels mindestens zweier Odometer ermittelt, wobei man eine Änderung der Anzeigen jedes der Odometer innnerhalb der zuvor angegebenen Zeitspanne ermittelt und aus beiden Werten den höheren Wert als innerhalb der angegebenen Zeitspanne zurückgelegte Distanz auswählt. Der erwähnte höhere Wert wird als Inkrement der innerhalb der Rohrleitung zurückgelegten Distanz eingeschrieben, wobei man sich während der zuvor angegebenen Bestimmung der durchschnittlichen Geschwindigkeit für eine Zeitspanne des genannten Inkrementes der Distanz bedient.
- Der Einsatz des angegebenen Algorithmus für die Bestimmung der Geschwindigkeit gestattet es, den nachteiligen Wirkungen durch den Schlupf eines der Odometer und folglich einer ungerechtfertigten Änderung der Zugriffsperiode zu den Kontrollgebern (der Suchimpulsfolgeperiode) auszuweichen.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert, in der
- Fig. 1 ein Defektoskop zum Einsatz innerhalb von Rohren in einer seiner Ausgestaltungen,
- Fig. 2 ein Schema, welches einen Ultraschall-Suchimpulslauf in einem fehlerfreien Rohrabschnitt und in einem Abschnitt mit einem Fehler der Art "Abschichtung" veranschaulicht,
- Fig. 3 eine Abhängigkeit der Geschwindigkeit eines Inspektionsgerätes innerhalb einer Rohrleitung von dessen Laufzeit in einem Abschnitt der untersuchten Rohrleitung,
- Fig. 4 eine Abhängigkeit der linearen Längsbeschleunigung des Inspektionsgerätes innerhalb einer Rohrleitung von dessen Laufzeit in einem Abschnitt der untersuchten Rohrleitung,
- Fig. 5 eine graphische Darstellung der gemessenen Daten zur Wanddicke einer Rohrleitung in einem Abschnitt der untersuchten Rohrleitung, welche Schweißnähte identifizieren läßt, und
- Fig. 6 eine graphische Darstellung der gemessenen Daten zur Wanddicke einer Rohrleitung in einem Abschnitt der untersuchten Rohrleitung, welche Metallkorrosionsverluste identifizieren läßt, zeigt.
- Im Laufe von Forschungen, bei denen nach Lösungen gesucht wurde, welche die Menge an Messdaten pro Einheit der Rohrleitungslänge bei Anwendung von entwickelten und gebauten Inspektionsgeräten zur Untersuchung von Rohrleitungen mit einer Nennweite von 10" bis 56" in deren Innerem zu reduzieren ermöglichen, wurde das vorliegende Verfahren zur Kontrolle innerhalb von Rohren sowie die dementsprechende Vorrichtung geschaffen.
- Bei der Bewältigung der Aufgabe zur Ultraschall- Dickenmessung werden Ultraschallimpulse senkrecht zur Innenfläche einer Rohrleitung ausgesendet. Diese Impulse werden teilweise durch die Innenwand der Rohrleitung, die Außenwand der Rohrleitung oder durch einen Bereich mit einem Fehler wie etwa Metallabschichtung in der Rohrwand zurückgestrahlt. Zum Teil gehen Ultraschallimpulse durch eine durch die Außenwand der Rohrleitung gebildete Mediengrenze hindurch.
- Nach Ausstrahlung der Ultraschallimpulse schalten die Ultraschallgeber auf den Empfangsbetrieb der rückgestrahlten Impulse um und empfangen Impulse, welche durch die Innenwand rückgestrahlt sind, Impulse, die durch die Außenwand des Rohres rückgestrahlt sind oder Impulse, die durch den genannten Bereich mit dem Wandfehler rückgestrahlt sind.
- Um Wandrisse einer Rohrleitung zu erkennen, werden Impulse in einem Winkel von 17° bis 19° zur Normalen der Innenfläche der Rohrleitung ausgestrahlt. Diese Impulse werden z. T. durch die Innenwand der Rohrleitung, durch die Außenwand der Rohrleitung oder durch einen rißähnlichen Fehler zurückgestrahlt. Teilweise gehen die Ultraschallimpulse durch die Mediengrenze hindurch oder werden zurückgestrahlt, indem der rückgestrahlte Nutzimpuls abgeschwächt wird.
- Nach Ausstrahlung der Ultraschallimpulse schalten die Ultraschallgeber auf den Empfangsbetrieb der rückgestrahlten Impulse um und empfangen Impulse, die durch einen rißähnlichen Fehler zurückgestrahlt sind.
- Die gewonnenen digitalen Daten zu den Zeitspannen, welche der Laufzeit der Ultraschallimpulse entsprechen, und zu den Impulsamplituden werden umgewandelt und in einen Digitaldatenspeicher eines Bordcomputers eingeschrieben.
- Bei einer Magnetkontrolle der Wand einer Rohrleitung wird ein Bereich der Wand der Rohrleitung (bis auf die Sättigung) aufmagnetisiert, und mit Hilfe von Magnetfeldgebern werden die Magnetfeldkomponenten nahe dem aufmagnetisierten Bereich der Wand der Rohrleitung gemessen. Die Messung des Magnetfeldes erfolgt unter periodischem Zugriff zu den Magnetfeldgebern (durch eine Abfrage der Geber). Vorhandene Risse oder Fehler, die mit einem Metallverlust (Korrosion, Anrisse) in Verbindung stehen, ergeben eine Änderung der Größe und der Verteilungsart der Magnetinduktion.
- Auf ähnliche Art und Weise kontrolliert man innerhalb von Rohren bei periodischem Zugriff zu den Gebern eines anderen Typs (magnetooptischen, optischen, elektromagnetoakustischen Gebern, Rohrleitungsquerschnittsprofilgebern, beispielsweise durch einen periodischen Zugriff zu den Gebern für Drehwinkel der gegen die Innenfläche der Rohrleitung gedrückten Hebel und anderen Gebern).
- Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle innerhalb von Rohren unter Anwendung eines Ultraschalldefektoskopes zur Untersuchung einer Rohrleitung mit einem Durchmesser von 38" bis 56" und einer Wanddicke von 4,0 bis 23,5 mm beschrieben, welches Defektoskop in einer der bevorzugten Ausgestaltungen in Fig. 1 gezeigt ist. Das Inspektionsgerät hält in seiner vorteilhaften Ausgestaltung einem Mediumdruck von ca. 80 atü bei einer Passierbarkeit von etwa 85% der Nennweite der Rohrleitung stand und wird bei einer Temperatur des geförderten Mediums von 0 bis +50°C und bei einem passierbaren Krümmungshalbmesser von ca. 1,5 des Rohrleitungsdurchmessers betrieben. Bei dem Inspektionsgerät sind folgende Arten des Explosionsschutzes realisiert: "Druckfeste Kapselung" und "Besonderer Explosionsschutz". Das Inspektionsgerät umfaßt ein Gehäuse 1, welches eine druckfeste Kapselung bildet, innerhalb welcher eine Speisequelle und elektronische Geräte zur Messung, Verarbeitung und Speicherung der gewonnenen Meßdaten auf Grundlage eines Bordcomputers, welcher die Betriebsweise des Inspektionsgerätes während seiner Fortbewegung innerhalb einer Rohrleitung steuert, vorgesehen sind. Als Speisequelle werden Akku- oder galvanische Batterien mit einer Gesamtkapazität von bis zu 1000 Ah in Anspruch genommen.
- Im Heck des Inspektionsgerätes befinden sich Ultraschallgeber 2, welche abwechselnd Ultraschallimpulse ausstrahlen und empfangen. Die am Gehäuse des Inspektionsgerätes angebrachten Polyurethan-Manschetten 3 sorgen für eine Zentrierung des Inspektionsgerätes innerhalb der Rohrleitung und für die Fortbewegung des Letzteren unter Einwirkung des Stromes des über die Rohrleitung geförderten Mediums. Die Räder der am Gehäuse des Defektoskopes angeordneten Odometer 4 sind an die Innenfläche der Rohrleitung angedrückt. Bei der Bewegung des Inspektionsgerätes wird die Information über die durch die Odometer gemessene Länge der zurückgelegten Strecke in den Speicher des Bordcomputers eingetragen und ermöglicht nach Beendigung der diagnostischen Fortbewegung und der Verarbeitung der gesammelten Daten die Lage von Fehlern an der Rohrleitung und somit die Stelle für die spätere Ausbaggerung und die Reparatur der Rohrleitung zu ermitteln.
- Die Vorrichtung funktioniert wie folgt.
- Ein Inspektionsgerät wird in eine Rohrleitung eingebracht, und das Fördern des Produktes (des Erdöles, eines Erdölproduktes) wird über die Rohrleitung eingeleitet. Während der Bewegung des Ultraschalldefektoskopes innerhalb der Rohrleitung senden die Ultraschallgeber diskontinuierlich Ultraschallimpulse 24, 27, Fig. 2, aus, die teilweise durch die Innenwand der Rohrleitung 21, die Außenwand der Rohrleitung 22 oder durch einen Bereich mit einem Fehler 23 wie etwa einer Metallabschichtung in der Wand der Rohrleitung zurückgestrahlt werden. Nach Ausstrahlung der Ultraschallimpulse schalten die Ultraschallgeber auf den Empfangsbetrieb der rückgestrahlten Impulse um und empfangen Impulse 25, 28, die durch die Innenwand rückgestrahlt sind, Impulse 26, die durch die Außenwand des Rohres rückgestrahlt sind, oder Impulse 29, die durch den genannten Bereich mit dem Wandfehler rückgestrahlt sind.
- Der elektrische Impuls, welcher den Ultraschallgeber zur Ausstrahlung eines Ultraschallimpulses betätigt, aktiviert gleichzeitig auch einen Zähler für die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt der Impulsausstrahlung und dem Zeitpunkt des Empfanges des betreffenden, durch die Innenwand des Rohres rückgestrahlten Ultraschallimpulses. Der elektrische Impuls, der durch die Mittel zur Signalverarbeitung als durch den Ultraschallgeber empfangenes Ultraschallsignal identifiziert wurde, stoppt den Zähler für die Zeitspanne, die dem Ultraschallimpulslauf bis zur Innenwand und zurück entspricht, und aktiviert um die gleiche Zeit einen Zähler für die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt des Empfanges eines durch die Innenwand des Rohres rückgestrahlten Ultraschallimpulses und dem Zeitpunkt des Empfanges eines betreffenden, durch die Außenwand des Rohres oder einen fehlerhaften Bereich rückgestrahlten Ultraschallimpulses.
- Die gewonnenen digitalen Daten zu den Zeitspannen, welche der Ultraschallimpulslaufzeit entsprechen, werden umgewandelt und in einen mit Festkörperbausteinen bestückten Digitaldatenspeicher des Bordcomputers eingetragen.
- Fig. 3 zeigt eine typische Abhängigkeit der Geschwindigkeit V eines Inspektionsgerätes innerhalb einer Rohrleitung in m/s von der Zeit t seiner Bewegung in Minuten. Bei der Geschwindigkeit (von ca. 0,8 m/s), mit welcher sich das Inspektionsgerät die meiste Zeit bewegte, darf die Suchimpulsfolgeperiode nicht mehr als 4,1 ms sein. Bei einer Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes von etwa 7,2 m/s gemäß dem Bezugszeichen 31 und bei einer maximalen Auflösung von 3,3 mm längs des Rohres darf die Suchimpulsfolgeperiode nicht mehr als 0,46 ms sein. Bei einer unveränderlichen Suchimpulsfolgeperiode von 4,1 ms würde ein Geschwindigkeitssprung 31 einen Datenverlust in einem Abschnitt von über 50 m zur Folge haben. Dafür würde eine Kontrolle innerhalb des Rohres bei einer Impulsfolgeperiode von 0,46 ms keinen Datenverlust hervorrufen, wobei jedoch die Menge an den gemessenen Daten um das 8- bis 9fache bei einer Auflösung im Hauptteil der Rohrleitung von 0,4 mm, also bei einer um den gleichen Faktor geringeren, höher wäre als es für die Identifikation von Fehlern und für die Bestimmung von deren Parametern bei späterer Datenverarbeitung notwendig ist (das um so mehr bei einer starken Bremsung des Inspektionsgerätes, wie dies mit dem Bezugszeichen 32 gezeigt ist).
- Fig. 4 zeigt eine typische Abhängigkeit einer linearen Längsbeschleunigung eines Inspektionsgerätes innerhalb einer Rohrleitung a, ausgedrückt in Einheiten g, von der Zeit t seiner Bewegung, ausgedrückt in Sekunden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermittelt man während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes mit einer Periode, welche 512 Suchimpulsfolgeperioden umfaßt, eine durchschnittliche Geschwindigkeit für diese 512 Perioden.
- Die genannte Geschwindigkeit bestimmt man durch die Messung der im Innern der Rohrleitung zurückgelegten Distanz binnen der angegebenen Zeitspanne mit Hilfe zweier Odometer, wobei eine Änderung der Anzeigen jedes der Odometer in der angegebenen Zeitspanne bestimmt und der höhere der beiden angegebenen Werte als in der angegebenen Zeitspanne zurückgelegte Distanz ausgewählt wird.
- Der angegebene höhere Wert wird als Inkrement der innerhalb der Rohrleitung zurückgelegten Distanz in den Speicher eingeschrieben. Der im Inspektionsgerät eingebaute Bordcomputer errechnet die durchschnittliche Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes in der angegebenen Zeitspanne V. Vn ist der gemessene Geschwindigkeitswert n des Inspektionsgerätes.
- Für jede Messung (Bestimmung) n der Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes errechnet man die funktionelle Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes Vfn ausgehend von der Rekursionsbeziehung:
Vfn = K.Vn + Vfn-1/K + 1)
wobei Vfn-1 eine funktionelle Geschwindigkeit bedeutet, die bei der früheren Messung (n-1) der Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes errechnet wurde,
die Größe K einen der beiden Werte je nach dem Differenzzeichen ΔVn zwischen der gemessenen Geschwindigkeit n des Inspektionsgerätes Vn und der bei der Messung (n-1) bestimmten funktionellen Geschwindigkeit Vfn-1 annimmt.
ΔVn = Vn - Vfn-1,
wobei K = 0,1 bei ΔVn < 0, K = 0,5 bei ΔVn ≥ 0. - Nach Errechnung des Wertes der funktionellen Geschwindigkeit Vfn bestimmt man, welchem Geschwindigkeitsbereich der gefundene Wert zugeordnet ist.
- So kann z. B. bei einer bevorzugten realisierten Ausführungsform die Ultraschallsuchimpulsfolgeperiode 8 Werte wie folgt annehmen. 1,66 ms, 2,05 ms, 2,5 ms, 3,3 ms, 4,67 ms, 8,22 ms, 16,45 ms, 54,85 ms.
- Jedem von diesen 8 Werten entsprechen je zwei Bereiche:
- Jedem angegebenen diskreten Wert der Periode entspricht ein erster Geschwindigkeitsbereich, der bei einem Geschwindigkeitsanstieg des Inspektionsgerätes binnen einer Zeitspanne benutzt wird, und ein zweiter Geschwindigkeitsbereich, der bei einer Geschwindigkeitsabnahme des Inspektionsgerätes binnen einer Zeitspanne benutzt wird.
- Bei allen 8 Werten der Suchimpulsfolgeperiode übertrifft die untere Grenze des ersten Geschwindigkeitsbereiches die untere Grenze des zweiten Geschwindigkeitsbereiches; die obere Grenze des ersten Geschwindigkeitsbereiches übertrifft die obere Grenze des zweiten Geschwindigkeitsbereiches.
- Hierbei ist bei allen Werten der Periode die untere Grenze des ersten Geschwindigkeitsbereiches kleiner als die obere Grenze des zweiten Geschwindigkeitsbereiches.
- Die Differenz zwischen den unteren Grenzen des ersten und des zweiten Geschwindigkeitsbereiches und/oder zwischen den oberen Grenzen des ersten und des zweiten Geschwindigkeitsbereiches beträgt höchstens 0,5 m/s.
- Anders gesagt, jedem von 8 zuvor angegebenen Werten der Suchimpulsfolgeperiode entsprechen je zwei Grenzwerte:
- Die benutzte Beziehung für die Abhängigkeit der Geschwindigkeit Vfn des Inspektionsgerätes von den gemessenen Geschwindigkeitswerten erbringt eine funktionelle Abhängigkeit, die sich dadurch auszeichnet, daß bei einer Geschwindigkeitsabnahme des Inspektionsgerätes in einer gewissen Zeitspanne, bei welcher der Geschwindigkeitswert über einen einschlägigen Bereich hinausgeht, eine Änderung der Suchimpulsfolgeperiode bei einer Zeitverzögerung vorgenommen wird, deren Dauer je nach der Impulsfolgeperiode und somit je nach der Bestimmungsperiode der Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes von 10 bis 100 s beträgt.
- So ist bei einer Geschwindigkeitsabnahme des Inspektionsgerätes dVfn/dVn gleich 0,091, so dass eine Änderung der Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes während nur einer Messung der Geschwindigkeit eine um eine Zehnerpotenz geringere Änderung der funktionellen Geschwindigkeit hervorruft, wobei eine Änderung der funktionellen Geschwindigkeit, die gleich der stationären Änderung des gemessenen Geschwindigkeitswertes des Inspektionsgerätes ist, und jeweils eine Änderung der Suchimpulsfolgeperiode schätzungsweise nach zehn Geschwindigkeitsmeßperioden eintritt. Bei einer typischen Impulsfolgeperiode von 3,3 ms (was einer Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes von ca. 1 m/s entspricht) und bei einer Geschwindigkeitsmeßperiode von 512 Suchimpulsfolgeperioden tritt eine Änderung ungefähr in 20 Sekunden ein.
- Bei einem Geschwindigkeitsanstieg des Inspektionsgerätes ergibt es sich dagegen, dass dVfn/dVn gleich 0,33 ist, so dass eine Änderung der Suchimpulsfolgeperiode in etwa um das Vierfache schneller erfolgt als bei einer Geschwindigkeitsabnahme.
- Nach Beendigung der Kontrolle des vorbestimmten Abschnittes der Rohrleitung wird das Inspektionsgerät herausgezogen, und die bei der diagnostischen Fortbewegung des Inspektionsgerätes gesammelten Daten werden auf einen außerhalb des Inspektionsgerätes befindlichen Computer übertragen.
- Eine spätere Auswertung der eingeschriebenen Daten ermöglicht es, Wandfehler der Rohrleitung zu identifizieren und deren Lage an der Rohrleitung mit dem Zweck der späteren Reparatur der fehlerhaften Abschnitte der Rohrleitung zu ermitteln.
- Fig. 5 und 6 zeigen Fragmente einer graphischen Darstellung der bei einer diagnostischen Fortbewegung eines Inspektionsgerätes gewonnenen Daten, welche Besonderheiten der Rohrleitung und deren Wandfehler erkennen lassen. An einer Achse L, Fig. 5 und 6, ist die Länge einer Rohrleitung längs ihrer Achse und an einer Achse LR die Umfangslänge in einer Schnittebene der Rohrleitung abgetragen. Die schwarzen Punkte auf der Abbildung deuten an, dass an diesen Stellen des Rohres die Abweichung der gemessenen Wanddicke des Rohres von der Nenndicke dieses Abschnittes der Rohrleitung einen Grenzwert übertrifft. In Fig. 5 sind typische Besonderheiten von Rohrleitungen wie Längsschweißnähte 51 und 52 von Rohren, eine Schweißnaht zwischen Rohren 53 und ein Rohrbelüfter 54 erkennbar. Fig. 6 zeigt typische Korrosionsschäden 61 von Rohrleitungen, welche bei der Durchführung der Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohren gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren identifizierbar sind.
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