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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Dicke von jeglicher Materialablagerung an einer Innenwand einer Struktur, beispielsweise einer Öl-Rohrleitung. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung oder ein entsprechendes System.
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Hintergrund der Erfindung
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Wachsablagerung an der Innenwand von Öl-Rohrleitungen ist ein schwerwiegendes Problem in heutigen Ölförderungseinrichtungen. Wenn warmes Öl durch eine Rohrleitung mit kalten Wänden fließt, wird Wachs abgeschieden und haftet an den Wänden an. Dies wiederum wird die Querschnittsfläche der Rohrleitung reduzieren, was ohne Gegenmaßnahmen zu einem Druckverlust und schließlich zu einer kompletten Verstopfung der Rohrleitung führen wird.
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Um zu wissen, wann Sanierungsmaßnahmen (z. B. Molchten, Erwärmen, usw.) angewendet werden müssen, ist es notwendig, die gegenwärtige Dicke der Wachsschicht zu kennen. Bekannte Maßnahmen zum Bestimmen oder Messen der gegenwärtigen Wachsschichtdicke umfassen den Gebrauch von Rohrleitungs-Inspektionsgeräten (Molche), Druckimpulstechniken und Druckabfallmessungen (über die gesamte Rohrleitung). Jedoch weist jedes dieser bekannten Maßnahmen mehrere Nachteile auf. Beispielsweise bieten Molche und Druckimpulstechniken keine durchgängigen Messungen, sie können das Betriebsverfahren stören und sie sind teuer. Ein Druckabfallmessungsansatz bietet nur eine integrale Messung über die gesamte Rohrlänge, und der gemessene Druckabfall wird durch eine Vielzahl von Parametern zusätzlich zu der Wachsdicke beeinflusst (z. B. die Rauigkeit der Innenseite der Rohrleitung), so dass kein direkter Zusammenhang zu der Wachsdicke besteht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zumindest teilweise die zuvor genannten Probleme zu beheben und ein verbessertes Ablagerungs-Dickenmessverfahren bereitzustellen.
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Diese Aufgabe, und andere aus der folgenden Beschreibung deutlich werdenden Aufgaben, werden durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der angefügten unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den angefügten abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Messung der Dicke einer Materialablagerung an einer Innenwand einer Struktur bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:
- (a) Erwärmen eines Teilbereichs der Struktur;
- (b) Erfassen von Schwingungen an dem erwärmten Teilbereich;
- (c) Erfassen von Schwingungen an einem nicht erwärmten Teilbereich der Struktur;
- (d) Bestimmen einer Resonanzfrequenz oder Frequenzen der Struktur basierend auf den in (c) erfassten Schwingungen; und
- (e) Bestimmen der Dicke einer Materialablagerung an der Innenwand der Struktur an dem nicht erwärmten Teilbereich unter Verwendung der bestimmten Resonanzfrequenz oder Frequenzen, wobei der Schritt die in (b) erfassten Schwingungen als Kalibrierdaten verwendet.
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Eine Resonanz oder Resonanzfrequenz bedeutet hier die niedrigste charakteristische Frequenz der Struktur und/oder jede ihrer Oberschwingungen oder Harmonischen. Die niedrigste charakteristische Frequenz der Struktur kann auch als die Eigenfrequenz des Systems bezeichnet werden. Die Resonanzfrequenz kann auch näherungsweise gleich der Eigenfrequenz der Struktur sein.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Verständnis, dass die Resonanzfrequenz der Struktur sich ändern wird, sobald beispielsweise eine Wachsschicht beginnt sich an der Innenseite der Struktur zu bilden. Diese Änderung der Resonanzfrequenz erfolgt aufgrund des geänderten Gesamtelastizitätskoeffizienten (Schwingungsdämpfung aufgrund der viskos-elastischen Wachsschicht). Daher kann die gemessene Resonanzfrequenz mit der Wachsschichtdicke korreliert werden. Das vorliegende Verfahren bietet vorteilhafterweise geringe Kosten, kontinuierliche Wachsdickenmessungen, die wiederum Wachssanierungsmaßnahmen (gerade) zur rechten Zeit erlaubt.
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Die Schwingungen in der Struktur können beispielsweise mittels eines Gerätes erzeugt werden, welches zum Aufbringen eines mechanischen Impulses auf die Struktur eingerichtet ist, z. B. ähnlich wie ein die Struktur schlagender Hammer. Alternativ können die Schwingungen in der Struktur mittels eines in der Struktur strömenden Mediums erzeugt werden. Z. B. kann eine unregelmäßige Zweiphasen-Schwallströmung mechanische Energie mit der Struktur austauschen, wobei die Struktur in Schwingung versetzt wird. Ebenfalls können Schwingungen in der Struktur über Änderung der Strömungsrate eines in der Struktur strömenden Mediums erzeugt werden, falls die Strömung nicht unregelmäßig genug ist.
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Weiterhin können die Schwingungen in der Struktur mittels eines mit der Struktur, und auch mit einem festen (Referenz-)Punkt mechanisch verbundenen Sensor zur Messung der Distanzunterschiede zwischen der Struktur und dem festen Punkt erfasst werden. Alternativ können die Schwingungen in der Struktur mittels eines optischen Detektors erfasst werden. Hierbei ist kein mechanischer Kontakt notwendig. Als eine weitere Alternative kann ein an der Außenseite der Struktur befestigter Beschleunigungssensor verwendet werden.
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In einer Ausführungsform ist die zum Bestimmen der Dicke jeglicher Materialablagerung an der Innenwand der Struktur verwendete Resonanzfrequenz die niedrigste charakteristische Frequenz der Struktur. Dies führt zu höchster Genauigkeit.
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In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin (e) ein Voraussagen der Dicke jeglicher Materialablagerung an einem oder mehreren Teilbereichen der Struktur entfernt von dort, wo die Schwingungen unter Verwendung eines Materialablagerungsmodells der Struktur erfasst werden. Somit kann, auch wenn das vorliegende Verfahren im Wesentlichen eine Punktmessung bereitstellt, eine genaue Voraussage der Ablagerungsdicke an anderen Teilbereichen oder Teilen der Struktur vorteilhaft bereitgestellt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Durchführen der Schritte (a)–(d) für verschiedene Teilbereiche der Struktur, z. B. an bestimmten Orten entlang der Struktur. Abgesehen von dem Bereitstellen von Informationen über die genaue Ablagerungsdicke an den Stellen, können die Informationen vorteilhaft genutzt werden, um das zuvor erwähnte Materialablagerungsmodell in Echtzeit zu aktualisieren, um die Genauigkeit des Modelloutputs zu steigern.
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In einer Ausführungsform wird eine Resonanzfrequenz der Struktur durch Bestimmung der Frequenz, bei der die Struktur mit einer maximalen Amplitude schwingt, bestimmt.
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In einer Ausführungsform wird die Dicke jeglicher Materialablagerung an der Innenwand der Struktur durch Vergleichen der (gegenwärtig) bestimmten Resonanzfrequenz mit einer vorher bestimmten Resonanzfrequenz der Struktur bestimmt, wobei für die vorher bestimmte Resonanzfrequenz die Dicke jeglicher Materialablagerung an der Innenwand der Struktur bekannt ist. Die vorherige Resonanzfrequenz kann beispielsweise für eine saubere Struktur bestimmt werden.
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In einer Ausführungsform ist die Struktur eine Rohrleitung, beispielsweise eine Öl-Rohrleitung.
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In einer Ausführungsform ist das Material Wachs. Wachs kann sich auf Feststoffe beziehen, die aus Flüssigkeiten aufgrund thermodynamischer Änderungen abgeschieden werden. Diese Feststoffe schließen Feststoffe ein, welche sich üblicherweise in Erdöl bei Bohrlochbedingungen aufgelöst sind, wie Asphaltene, höhere Paraffine, Hydrate und anorganische und organische Salze. Die Zusammensetzung des Wachses wird von dem Ursprung des Fluidstroms abhängen.
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In einer Struktur wie einem Rohr sollte die Erwärmung die innere Rohrwand über der Ablagerungserscheinungstemperatur halten, um somit Ablagerungen in dem erwärmten Teilbereich vorzubeugen. Die Erwärmung kann beispielsweise durch lokal um das Rohr angebrachte elektrische Heizkabel erreicht werden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Bestimmung der Resonanzfrequenz genauer sein kann, da unerwünschte, durch die Rohrströmung erzeugte Schwingungen, vorzugsweise Mehrphasen-Rohrströmungen mit Strömungsbildern wie Wellenströmung oder Schwallströmung, welche angewendet werden, erhebliche dynamische Kräfte an der Rohrwand ausmachen können. Das wiederum schließt nicht aus, dass die innere Strömung tatsächlich als Quelle zur Erzeugung von Schwingungen angewendet werden kann, wie es von einem Fachmann verstanden wird.
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Die in Bezug auf die erwärmten und nicht erwärmten Teilbereiche der Struktur durchgeführten Schritte können durch Verwendung jeweiliger verschiedener Messvorrichtungen durchgeführt werden, so dass die Kalibrierung in Echtzeit durchgeführt werden kann, wodurch die Genauigkeit der Messung gesteigert wird.
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Das vorliegende Verfahren kann umfassen weiterhin ein Bestimmen von wenigstens einem der Folgenden: (i) der Stärke einer Dämpfung der Schwingungen bei der Resonanzfrequenz, d. h. wie die Amplitude der Resonanzfrequenz über eine Zeit abnimmt; (ii) der Verschiebung der Frequenzen der Harmonischen der Struktur; und (iii) der Stärke einer Dämpfung der Schwingungen bei den Harmonischen der Struktur, basierend auf den erfassten Schwingungen. Messwertergebnisse von wenigstens einem der Schritte (i)–(iii) können dann zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls (sowohl die reale als auch die imaginäre Komponente) jedweder Materialablagerung an der Innenwand der Struktur verwendet werden. Beispielsweise wird sich die Stärke der Dämpfung für jede harmonische Frequenz in Abhängigkeit von dem Elastizitätsmodul unterscheiden. Ein Bestimmen des Elastizitätsmoduls der Materialablagerung an der Innenwand der Struktur ist vorteilhaft darin, dass es eine Feststellung ermöglicht, aus welchem Material die Ablagerung gebildet ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen der Steifigkeit eines an einer Innenwand einer Struktur abgelagerten Materials vorgeschlagen, wobei das Verfahren umfasst:
Erfassen von Schwingungen in der Struktur;
Bestimmen einer Resonanzfrequenz oder Frequenzen der Struktur basierend auf den erfassten Schwingungen; und
Bestimmen einer Steifigkeit eines abgelagerten Materials durch Überwachung von Änderungen in der Resonanzfrequenz/Frequenzen oder der Resonanzamplitude/Amplituden über einer Zeit.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Messung der Dicke einer Materialablagerung an einer Innenwand einer Struktur vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung umfasst:
einen an der Außenseite der Struktur platzierbaren Sensor zum Erfassen von Schwingungen in der Struktur;
einen Signalprozessor zum Bestimmen einer Resonanzfrequenz der Struktur basierend auf den durch das Sensormittel bestimmten Schwingungen; und
einen Analysator zum Bestimmen der Dicke einer Materialablagerung an der Innenwand der Struktur basierend auf der durch den Signalprozessor bestimmten Resonanzfrequenz.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird einer Vorrichtung zum Bestimmen der Steifigkeit eines an der Innenwand einer Struktur abgelagerten Materials vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung umfasst:
einen Sensor zum Erfassen von Schwingungen in der Struktur;
einen Signalprozessor zum Bestimmen einer Resonanzfrequenz oder Frequenzen der Struktur basierend auf den erfassten Schwingungen; und
einen Analysator zum Bestimmen einer Steifigkeit eines abgelagerten Materials durch Überwachung von Änderungen in der Resonanzfrequenz/Frequenzen oder Resonanzamplitude/Amplituden über einer Zeit.
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Die Vorrichtung des obigen dritten oder vierten Aspekts der Erfindung kann weiterhin eine zum Aufbringen eines mechanischen Impulses auf die Struktur vorbereitete Vorrichtung umfassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt einen beispielhaften x-y(Ablagerungsdicke gegen Resonanzfrequenz)-Diagramm-Typ.
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4 zeigt einen beispielhaften x-y(E-Modul gegen Resonanzfrequenz)-Diagramm-Typ.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung, die eine Rohrleitung und mehrere Mess-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung, die eine Rohrleitung und zwei Mess-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
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8 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Bestimmen der Dicke einer Ablagerung und zum Bestimmen der Steifigkeit der Materialablagerung darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung der Dicke von Materialablagerung an einer Innenwand der Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist die Vorrichtung der 1 ein zum Messen der Wachsschichtdicke an der Innenwand 12 eines Rohres oder einer Rohrleitung 14 zum Transportieren von Öl 16 eingerichtete Mess-Vorrichtung 10. Die Rohrleitung 14 kann beispielsweise aus Stahlrohren gefertigt sein.
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Die Mess-Vorrichtung 10 umfasst ein Gerät 18, welches zum Aufbringen eines mechanischen Impulses auf die Rohrleitung 14 eingerichtet ist. Das Gerät 18 kann z. B. ähnlich wie ein Hammer funktionieren. Das Gerät 18 ist an der Außenseite der Rohrleitung 14 platzierbar.
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Die Mess-Vorrichtung 10 umfasst weiterhin einen ebenfalls an der Außenseite der Rohrleitung 14 platzierbaren Sensor oder Detektor 20. Der Sensor 20 ist eingerichtet, um Schwingungen zu erfassen und die Schwingungen in entsprechende elektrische Energie umzuwandeln. Um Schwingungen in elektrische Energie umzuwandeln, kann der Sensor 20 beispielsweise einen piezoelektrischen Wandler (nicht gezeigt) umfassen.
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Während der Verwendung sind das Gerät 18 und der Sensor 20 beide mechanisch mit einer äußeren Fläche 22 der Rohrleitung 14 an einem bestimmten Teilbereich der Rohrleitung 14, entweder direkt oder durch einige Trägermittel (nicht gezeigt), verbunden. Weiterhin sind der Generator 18 und der Sensor 20 nebeneinander oder nahe zueinander angeordnet, vorzugsweise auf derselben Seite der Rohrleitung 14, wie dargestellt.
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Die Mess-Vorrichtung 10 umfasst weiterhin einen ersten mit dem Sensor 20 verbundenen Bestimmer 24. Der erste Bestimmer 24 ist eingerichtet zum Bestimmen einer Resonanzfrequenz der Rohrleitung 14 basierend auf den durch den Sensor 20 erfassten Schwingungen.
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Die Mess-Vorrichtung 10 umfasst weiterhin einen mit dem ersten Bestimmer 24 verbundenen zweiten Bestimmer 26. Der zweite Bestimmer 26 ist eingerichtet zum Bestimmen der Dicke jeglicher an der Innenseite 12 der Rohrleitung 14 abgelagerten Wachsschicht 28 basierend auf der durch den ersten Bestimmer 24 bestimmten Resonanzfrequenz.
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Obwohl sie als einzelne Elemente dargestellt sind, können die Funktionen des ersten und zweiten Bestimmers 24, 26 durch eine einzelne Einheit 30, z. B. ein Computergerät, realisiert werden. Solch eine Einheit kann auch zur Steuerung des Gerätes 18 verwirklicht werden.
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Ein exemplarischer Ablauf der vorliegenden Mess-Vorrichtung 10 wird im Folgenden mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. In Schritt (a) wird das Gerät 18 anfänglich angeregt, um einen mechanischen Impuls auf die Rohrleitung 14 aufzubringen, wodurch Schwingungen in der Rohrleitung verursacht werden. Wenn die Rohrleitung 14 mit einer stoßartigen Funktion wie der Aufprall durch das Gerät 18 angeregt ist, schwingt die Rohrleitung 14 anfänglich in allen in dem Stoß auftretenden Frequenzen (eine stoßartige Funktion beinhaltet theoretisch „alle” Frequenzen). Allerdings werden alle Frequenzen außer der Eigenfrequenz und ihre Oberschwingungen schnell gedämpft, so dass nach einer sehr kurzen Zeit nach dem Stoß die Schwingung hauptsächlich aus den Resonanzfrequenzen bestehen wird.
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Die in der Rohrleitung erzeugten Schwingungen werden dann durch den Sensor 20 in Schritt (b) erfasst. Der Sensor 20 wandelt die erfassten Schwingungen in entsprechende elektrische Energie um und nimmt das Schwingungssignal über eine bestimmte Zeitdauer auf.
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Aus der elektrischen Energie, die die durch den Sensor erfassten Schwingungen darstellt, bestimmt dann der erste Bestimmer 24 eine Resonanzfrequenz der Rohrleitung 14, die jegliche Wachsablagerungen in Schritt (c) beinhaltet. Der erste Bestimmer 24 kann beispielsweise die erfassten Schwingungen über FFT (schnelle Fourier-Transformation) in den Frequenzbereich transformieren und den Output in einem x-y(Frequenz gegen Amplitude)-Diagramm-Typ graphisch darstellen und die Spitze bzw. Spitzen, die auftreten, überwachen. Jede Spitze ist eine Resonanz oder Resonanzfrequenz der Rohrleitung 14.
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Dann wird die Dicke jeglicher an der Innenseite der Rohrleitung abgelagerten Wachsschicht basierend auf der durch den ersten Bestimmer 24 bestimmten Resonanzfrequenz durch den zweiten Bestimmer 26 in Schritt (d) bestimmt. Der zweite Bestimmer 26 kann beispielsweise einen x-y-(Ablagerungsdicke gegen Resonanzfrequenz)-Diagramm-Typ für einen bestimmten Teilbereich der Rohrleitung 14 verwenden und die gegenwärtige Resonanzfrequenz (z. B. die erste Oberschwingung) eingeben, um die gegenwärtige Ablagerungsdicke zu bestimmen. Ein Beispiel eines solchen Diagramms ist in 3 gezeigt. Das Diagramm kann zunächst durch die Verwendung von FEM (Finite Elemente Methoden) vorbereitet werden, um die Eigenfrequenzen einer sauberen Rohrleitung für die Rohrleitungsgeometrie an dem bestimmten Teilbereich der Rohrleitung 14 zu bestimmen. Dann wird eine Schicht (Ablagerung) in die saubere Rohrleitung hinzugefügt und die Eigenfrequenzen werden erneut berechnet. Vorzugsweise können diese FEM-Berechnungen auch die Rohrleitungsumgebung berücksichtigen, d. h. entweder ist die Rohrleitung 14 dem freien Wasser ausgesetzt oder sie liegt auf dem Meeresgrund oder sie ist zur Hälfte in den Seeboden eingegraben.
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Die bestimmte Dicke kann einem Anwender in einer Vielzahl an Möglichkeiten dargestellt werden (z. B. durch ein Anzeigemittel, nicht gezeigt), wie durch einen Fachmann bekannt, und/oder in andere Systeme für weitere Vorgänge eingeleitet werden, usw.
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Vorzugsweise wird das vorab beschriebene Verfahren kontinuierlich wiederholt, wie optional durch die gestrichelte Linie 32 in 2 angezeigt, um eine Echtzeitmessung jeglicher Wachsschichtablagerungsdicken bereitzustellen.
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In einer Abänderung der vorliegenden Vorrichtung und des Verfahrens kann auch die Art der Ablagerung bestimmt werden, z. B. mittels des zweiten Bestimmers 26. Nämlich verschiebt eine Änderung des Ablagerungs-E-Moduls (z. B. seine Steifigkeit) auch die Eigenfrequenz, aber die Verschiebung ist unterschiedlich für die unterschiedlichen Oberschwingungen, siehe 4. Beispielsweise ist die Verschiebung der dritten Oberschwingung in Bezug auf die Steifigkeit der Ablagerung tatsächlich gröber als die entsprechende Verschiebung z. B. der ersten Oberschwingung. Tatsächlich variiert die erste Oberschwingung nicht wesentlich in Bezug auf die Steifigkeit der Ablagerung. Somit wird vorzugsweise die erste Oberschwingung oder besonders bevorzugt die niedrigste charakteristische Resonanzfrequenz der Struktur zur Bestimmung der Ablagerungsdicke verwendet. Auf der anderen Seite kann vorzugsweise die Änderung der Frequenz einer höheren Oberschwingung (z. B. die dritte Oberschwingung) in Kombination mit der bestimmten Dicke zur Bestimmung des E-Moduls oder der Härte der vorliegenden Ablagerung verwendet werden. Insbesondere kann die Verschiebung infolge von der ersten Oberschwingung bestimmten Dicke von der Verschiebung der dritten Oberschwingung abgezogen werden, wodurch die Härte der Ablagerung aus der verbleibende Verschiebung der dritten Oberschwingung bestimmt werden kann. Die Härte kann dann zur Bestimmung, ob die Ablagerung im Wesentlichen aus Kalk, welcher steif ist, oder Wachs, welches elastisch ist, verwendet werden. Diagramme (wie das Diagramm in 4) können aus der FEM durch das Durchführen von Berechnungen für verschiedene Fälle mit denselben Ablagerungsdicken, aber Änderungen des Ablagerungselastizitätsmoduls für jede Zeit vorbereitet werden.
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Weiterhin kann der erste Bestimmer 24 auch eingerichtet sein zur Bestimmung von wenigstens eine der Folgenden: (i) der Stärke der Dämpfung der Schwingungen bei der Resonanzfrequenz, d. h. wie die Amplitude der Resonanzfrequenz über ein Zeit abnimmt; (ii) einer Verschiebung der Frequenzen der Harmonischen der Struktur wenn die Ablagerungsdicke erhöht wird und (iii) der Stärke der Dämpfung der Schwingungen an den Harmonischen der Struktur basierend auf den erfassten Schwingungen. Zusätzlich kann der zweite Bestimmer 26 auch eingerichtet sein, um den Elastizitätsmodul, sowohl der realen als auch der imaginären Komponente, jeglicher Materialablagerung auf der Innenseite der Struktur basierend auf den aus wenigstens einem der Schritte (i)–(iii) resultierenden Daten zu bestimmen. Beispielsweise wird die Stärke der Dämpfung für jede harmonische Frequenz abhängig von dem Elastizitätsmodul verschieden sein. Dazu kann der Bestimmer 26 eine vorbereitete Nachschlagetabelle verwenden, welche verschiedene Stärken der Dämpfung für jede harmonische Frequenz für eine gegebene Rohrleitungsgeometrie für einen Satz an Elastizitätsmodulen aufweist. Basierend auf der gegenwärtig erfassten Stärke der Dämpfung jeder harmonischen Frequenz kann der gegenwärtige Elastizitätsmodul der Ablagerung wieder aufgefunden werden. Und basierend auf dem gegenwärtigen Elastizitätsmodul kann dann die Art der Ablagerung, wenigstens grob, bestimmt werden, wie vorstehend. Beispielsweise ist Wachs ein viskoelastisches Medium, während Kalk (abgeschiedenes Salz) ein vergleichsweise steifes und hartes Medium ist. Eine Ablagerung gleicher Dicke dieser beiden wird eine gänzlich verschiedene Stärken der Dämpfung der Schwingungen bei den Harmonischen zeigen.
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Eine Mess-Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 5 dargestellt, wird nun beschrieben. Die Mess-Vorrichtung 10 der 5 ist ähnlich zu der aus 1, wobei jedoch das Gerät 18 ausgelassen werden kann. Stattdessen werden die Schwingungen in der Rohrleitung 14 durch das Medium 16 verursacht, welches in der Rohrleitung 14 strömt. Wenn die Strömung unregelmäßig ist, wie in den meisten realen Produktionsabläufen, z. B. in einer Zweiphasen-Schwallströmung, wird mechanische Energie mit der Rohrleitung 14 ausgetauscht, wodurch diese in Schwingung versetzt wird. Alternativ können, wenn die Strömung nicht regelmäßig genug ist, Druckwellen in die Strömung eingeleitet werden, beispielsweise durch eine plötzliche Erhöhung der Strömungsrate um einen bestimmten Prozentsatz. Solche Druckwellen werden quer durch die Rohrleitung 14 verlaufen und erzeugen Schwingungen in der Rohrleitung 14, die erfasst werden können.
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Im Wesentlichen bietet das vorliegende Verfahren, das eine einzelne Mess-Vorrichtung wie zuvor beschrieben verwendet, eine Punktmessung. Allerdings ermöglicht das genaue Wissen über die Wachsdicke an einem Punkt ein vorhandenes Wachsablagerungsmodell der Rohrleitung in Echtzeit so anzupassen, dass eine Vorhersage (optionaler Schritt (e) in
2) der Wachsschicht auch in einer großen Distanz von dem Messpunkt mit einer sehr hohen Genauigkeit möglich ist. Es sollte allgemein ausreichend sein, eine Messung an wenigen kritischen Punkten (z. B. Einbindung von neuen Bohrlöchern, Knotenpunkte, usw.) zu haben, um die gesamte Rohrleitung abzudecken. Exemplarische Wachsablagerungsmodelle, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, sind aus der Publikation
"Simulating Wax Deposition in Pipelines for Flow Assurance"; Beryl Edmonds, Tony Moorwood, Richard Szczepanski, and Xiaohong Zhang; Energy Fuels, 2008, 22 (2); 729–741 bekannt.
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Somit werden in einer vorteilhaften Anordnung der vorliegenden Erfindung, wie in 6 dargestellt, mehrere Mess-Vorrichtungen 10 von der Art wie zuvor beschrieben, an verschiedenen Stellen entlang der Rohrleitung 14 angeordnet. Weiterhin wird ein zentrales Weiterverarbeitungsmittel 34 (z. B. eine Computergerät) bereitgestellt, wobei das zentrale Weiterverarbeitungsmittel 34 eingerichtet ist zum Empfangen von lokalen Wachsschichtdickendaten aus den Mess-Vorrichtungen 10. Die empfangenen lokalen Daten können von dem Weiterverarbeitungsmittel 34 verwendet werden, um die Wachsschichtdicke unter der Verwendung eines Wachsablagerungsmodells der Rohrleitung 14 an einer Stelle entfernt von dort, wo die Mess-Vorrichtungen 10 angeordnet sind, vorherzusagen, sowie um das vorliegende Wachsablagerungsmodell der Rohrleitung zu erneuern. Sicherlich könnte die Anordnung der 6 auch ohne ein Wachsablagerungsmodell verwendet werden. In solch einem Fall ist der Output eine Mehrzahl von Punktmessungen, eine an der Position einer jeden Mess-Vorrichtung.
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7 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei zwei Mess-Vorrichtungen 10a, 10b an verschiedenen Stellen entlang der Rohrleitung 14 angeordnet sind. Die Vorrichtungen 10a, 10b sind im Wesentlichen von demselben Typ wie die zuvor beschriebene Vorrichtung 10, allerdings können die Bestimmer 24 und 26 in der Vorrichtung 10a weggelassen werden.
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An dem Teilbereich der Rohrleitung 14, an dem die Vorrichtung 10a angeordnet ist, wird ebenfalls eine Heizung 36 bereitgestellt. Die Heizung 36 ist eingerichtet zum Erwärmen der Innenwand des Teilbereichs der Rohrleitung 14 auf eine Temperatur über dem Trübungspunkt, um somit Ablagerungen in dem erwärmten Teilbereich vorzubeugen. Die Heizung 36 kann beispielsweise ein lokal um die Außenseite der Rohrleitung 14 angebrachtes elektrisches Heizkabel sein. Die Vorrichtung 10b ist auf der anderen Seite an einem nicht erwärmten Teilbereich der Rohrleitung 14 angebracht, wie dargestellt. Die Vorrichtung 10a und die Heizung 36 können stromaufwärts oder stromabwärts von der Vorrichtung 10b angeordnet sein.
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Bei Betrieb führt die Vorrichtung 10a die zuvor genannten Schritte (a)–(b) für den erwärmten Teilbereich der Rohrleitung 14 durch. Zur selben Zeit führt die Vorrichtung 10b die zuvor genannten Schritte (a)–(d) für die nicht erwärmten Teilbereiche durch, aber unter zusätzlicher Verwendung der aus dem Betrieb der Vorrichtung 10a resultierenden Daten als Kalibrierdaten. Beispielsweise können von der Vorrichtung 10a erfasste Schwingungen von den von der Vorrichtung 10b erfassten Schwingungen abgezogen werden, wenn die Resonanzfrequenz bestimmt wird, optional schon in dem Zeitbereich vor der Anwendung einer FFT zum Bestimmen der dominanten Frequenzen der Schwingungen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung 10b die Ablagerungsdicke unter Berücksichtigung von Schwingungen in der Rohrleitung 14 bestimmen, welche durch die Strömung in der Rohrleitung 14 verursacht sind.
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8 stellt allgemein ein Verfahren zum Bestimmen der Dicke einer Materialablagerung an einer inneren Fläche einer Struktur wie eine Rohrleitung dar. In Schritt 100 wird ein Teilbereich der Struktur mit Wärme beaufschlagt. In Schritt 200 werden die Schwingungen an dem erwärmten Teilbereich erfasst. Diese Daten stellen Kalibrierungsdaten bezeichnend für die vorliegenden Schwingungen bereit, bei denen keine Ablagerung auftritt. In Schritt 300 werden Schwingungen an einem nicht erwärmten Teilbereich erfasst, d. h. an einem Teilbereich der Struktur, an dem eine Ablagerung gebildet wird. In Schritt 400 werden diese Schwingungen analysiert und eine Resonanzfrequenz (oder -frequenzen) bestimmt. In diesem Stadium können Änderungen in der Resonanzfrequenz (oder -frequenzen) mit der Zeit angezeigt werden und verwendet werden, um eine Materialdicke zu bestimmen, Schritte 800 und 900. Nach der Bestimmung der Resonanzfrequenz wird die Dicke der Ablagerung in Schritt 500 bestimmt. Unter Verwendung der erfassten Schwingungen in Schritt 300 wird das Ergebnis in Schritt 600 kalibriert. Das Ergebnis wird in Schritt 700 ausgegeben.
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Der Fachmann erkennt, dass die vorliegende Erfindung keineswegs auf die zuvor beschriebene bevorzugte Ausführungsform (Ausführungsformen) begrenzt ist. Es sind im Gegenteil viele Änderungen und Variationen im Rahmen der angehängten Ansprüche möglich. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung anwendbar auf alle Arten von Strukturen oder Behältnisse, die Kohlenwasserstoffströme führen, wobei die Kohlenwasserstoffströme Komponenten umfassen, die sich möglicherweise an der Behältniswand ablagern, z. B. Wachs. Auch kann in der Anordnung der 6 der erste und der zweite Bestimmer 24, 26 jeder Vorrichtung 10 in dem Weiterverarbeitungsmittel 34 zusammengeführt werden. Auch können die Schwingungen in der Rohrleitung 14 anstatt durch Verwendung des Sensors 20 mittels eines optischen Detektors oder eines Beschleunigungssensors erfasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”Simulating Wax Deposition in Pipelines for Flow Assurance”; Beryl Edmonds, Tony Moorwood, Richard Szczepanski, and Xiaohong Zhang; Energy Fuels, 2008, 22 (2); 729–741 [0049]
