DE112014001913T5

DE112014001913T5 - Vorrichtung für ein Auffangen eines Fluidüberlaufs, eine Ortung und Echtzeitbenachrichtigung mit einem akustischen Sensor

Info

Publication number: DE112014001913T5
Application number: DE112014001913.5T
Authority: DE
Inventors: Harold Russel Baird; Jeffrey Scott Adler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2015-12-24
Also published as: ES2557654R1; US9010356B2; US20140305517A1; ES2557654A2; WO2014165978A1; ES2557654B1; MX2015014271A; SA515361286B1

Abstract

Hierin wird eine autonome Fluidüberlauf-auffangvorrichtung für eine Rohleitung beschrieben, mit einer Trägerleitung zum Transportieren eines Fluids und einer Auffangleitung, die um die Trägerleitung angeordnet ist, um einen Zwischenraum zum Aufnehmen eines Fluidüberlaufs aus der Trägerleitung zu definieren. Die Vorrichtung weist eine Fluidüberlaufbarriere zum Stoppen des Fluidüberlaufs auf, die im Zwischenraum angeordnet ist und sich zwischen der Trägerleitung und der Auffangleitung erstreckt. Ein akustischer Sensor befindet sich im Zwischenraum zum Erfassen des Fluidüberlaufs in der Auffangleitung, bzw. in der Trägerleitung zum Erfassen der Fluidströmungs-reduktion.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Fluidtransport unter Verwendung von Rohrleitungen, und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein System für ein Auffangen eines Fluidüberlaufs, eine exakte Ortung und Echtzeitbenachrichtigung zur Verwendung mit Rohrleitungen.
Stand der Technik
Der Transport von Energiequellen durch eine Rohrleitung war für die Energieinfrastruktur und den Verbrauch von Entwicklungsländern noch niemals so wichtig. Unsere Wirtschaft und Herstellungsgrundlage beruhen stark auf der sicheren und zeitgerechten Bereitstellung von Energie, die in verschiedenen Formen durch Rohrleitungen transportiert werden kann. Diese Suche nach Energiequellen hat die Notwendigkeit an Rohrleitungen infolge ihrer Möglichkeit, große Volumina von Flüssigkeiten und Gasen ökonomisch zu transportieren, in unserer Gesellschaft zu einer wesentlichen Komponente gemacht. Von Rohöl bis zu flüssigem Erdgas, bis zu Teersandöl: die zuverlässige Lieferung dieser wertvollen Güter zur Verarbeitung oder für den unmittelbaren Gebrauch war noch nie für die Versorgung unserer Haushalte, Geschäftsanlagen, Ortschaften, Städte und Nationen so wichtig. Der Transport von Energiequellen erfolgt häufig über riesige Strecken durch unwegsames Gelände, schwierige Umgebungen, wichtige Agrarlandschaften, wertvolle Ökosysteme, extreme Wetterbedingungen, hydrologisch empfindliche Gebiete und möglicherweise instabile Regionen.
Ein grundlegendes Problem bei Energiequellen-Rohrleitungen ist jedoch die katastrophale Auswirkung, die ein Auslaufen oder Auslecken auf unsere Umwelt, Ökosysteme, Menschen und Tierwelt haben kann. Das Risiko für wertvolle Wasserreserven, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein: Feuchtgebiete, Ströme, Flüsse und Grundwasserleiter, die unter manchen Umständen die Hauptquelle von natürlichem, sauberen Trinkwasser für große Teile der Bevölkerung darstellen, ist unermesslich. Ferner kann infolge des Schadensausmaßes, das aufgrund von möglicherweise toxischer transportierter Materialien verursacht werden kann, der Schaden jahrelang bestehen bleiben.
2007 gab es 161.000 Meilen von Onshore-Rohrleitungen, die gefährliche Materialien (vorwiegend Erdölprodukte) in den USA transportierten. Von 2007 bis 2011 kam es durchschnittlich zu 117 erheblichen Störfällen durch Überläufe pro Jahr und es wurden durchschnittlich 80.000 Barrel schädliches Produkt pro Jahr in die Umwelt freigesetzt, so dass die gesamte Überlaufmenge ungefähr 400.000 Barrel betrug. Andere Länder und Nationen haben weltweit ähnliche Störfälle mit Überläufen pro Meile Rohrleitung erlebt. Es besteht derzeit ein großer Bedarf an einem Rohrleitungssystem, das nicht nur den Schweregrad und das Auftreten solcher Freisetzungen verringert, sondern gleichzeitig und autonom aktiv eine Rohrleitung überwacht, so dass der Eigentümer/Betreiber in Echtzeit exakt erfahren kann, wo und wann ein Problem auftritt, was exakt der Sachverhalt an einer bestimmten Position in der gesamten Rohrleitung ist und welche angemessene Reaktion erforderlich ist, um das Problem zu beheben. Notwendig ist ein effektives Auffang-, autonomes, selbstüberwachendes und aktives Benachrichtigungs-system.
Sichere Rohrleitungen sind der Schlüssel für ein Vorankommen in unserer energieabhängigen Welt. Der Großteil bestehender petrochemischer Rohrleitungen, die in Verwendung sind, wird in Form von einwandigen Rohren hergestellt, die vergraben sein oder über der Erde liegen können und einen Isoliermantel haben können. Während ein einwandiges Rohr mit geringeren Konstruktions- und Reparaturkosten als eine doppelwandige Art verbunden ist, kann ein Versagen bei einem einwandigen Rohr zur Freisetzung transportierter toxischer Materialien an die Umgebung mit verheerenden Folgen führen. Erhebliche Freisetzungen können stattfinden, bevor sie erfasst werden, was zu katastrophalen Schäden an der Umwelt, für Menschen und die Tierwelt führt, wie auch einen Verlust des Firmenwerts, teuren Sanierungsarbeiten und Gerichtsverfahren gegen den Eigentümer/Betreiber der Rohrleitung.
Es wurden zahlreiche Leckerfassungssysteme für Rohrleitungen entworfen, um die obengenannten Probleme zu beheben, von welchen einige im Folgenden beschrieben werden:
US-Patent 6 032 699 von Graeber et al. verwendet ein doppelwandiges System mit einem druckbeaufschlagten Gas oder einer Flüssigkeit im Auffangrohr. Lecks werden durch Drucksensoren an abgedichteten Rohrsegmenten erfasst und es wird ein lokaler hörbarer oder sichtbarer Alarm eingestellt. Der Entwurf ist für eine Kraftstoffverteilung bei einer Tankstelle bestimmt. Dieser Entwurf ist aufgrund der eingeschränkten Art von Sensoren und der Unfähigkeit, über lange Strecken zu kommunizieren, für lange Rohrleitungen ungeeignet.
US-Patent 5 433 191 von McAtamney verwendet ein doppelwandiges System, das durch ringförmige Ringe in Zonen geteilt ist und das Vorhandensein von Flüssigkeiten, einschließlich Kohlenwasserstoffen, unter Verwendung von kapazitiven Sensoren erfasst. Jeder Sensor ist mit einer gemeinsamen Anzeigetafel für lokale hörbare und sichtbare Alarme verbunden. Der Entwurf ist für einen Lagertank in der Nähe einer Industrieanlage bestimmt. Dieser Entwurf ist aufgrund der eingeschränkten Art von Sensoren und der Unfähigkeit, über lange Strecken zu kommunizieren, für lange Rohrleitungen ungeeignet.
US-Patent 6 970 808 von Abhulimen et al. verwendet allgemeine Rohrleitungsparameter, wie Strömung und Druck, an Überwachungsstationen entlang der Leitung als Eingaben für zentrale Analyse und Simulationsalgorithmen zur Ableitung, wann ein Überlauf stattgefunden hat. Da keine direkte Messung an einer Überlaufposition verwendet wird, unterliegt das Verfahren Fehlalarmen, wenn beispielsweise ein Betreiber eine Ventilposition ändert, und weist eine unzureichende Genauigkeit in der Erfassung kleiner aber wesentlicher Leckstellen auf. Das Verfahren sieht auch kein Auffangen eines Überlaufs vor.
US-Patent 7 500 489 von Folkers verwendet eine doppelwandige Rohrleitung mit Salzlauge im Behälterrohr bei einem höheren Druck als das Trägerrohr. Die Salzlaugenkammern sind über Rohre mit einem Gas-Salzlaugenreservoir verbunden und Lecks werden durch einen Schwimmer im Reservoir erfasst. Zur Minimierung des Salzlaugenbedarfs ist der Zwischenraum klein, aber dadurch unterliegt dieses Beispiel Fehlalarmen bedingt durch eine Trägerrohrexpansion und -kontraktion, die durch Druck- oder Temperaturänderung im Gas oder in der Flüssigkeit bedingt sind, das bzw. die vom Träger transportiert wird. Die Verwendung von Salzlauge schränkt auch die Verwendung nichtkorrosiver Trägerrohrmaterialien, wie Glasfaser ein. Bei Verwendung einer nichtkorrosiven Flüssigkeit, wie Glykol, bestehen Risiken einer Freisetzung von toxischem Material in die Umwelt. Der kleine Zwischenraum bietet ferner wenig Schutz für das Trägerrohr vor einer unbeabsichtigten Beschädigung durch Erdaushubmaschinen.
US-Patent 7 441 441 von Omer verwendet eine doppelwandige Rohrleitung mit Hydraulikfluid im Behälterrohr bei einem höheren Druck als das Trägerrohr. Ein Bruch im Trägerrohr bewirkt einen Druckabfall im Hydraulikfluid, der erfasst wird. Die Rohrleitung ist durch Ventilstationen segmentiert, die den Strom in der Rohrleitung sperren, wenn der Druckabfall erfasst wird. Dieses Verfahren kann nicht zwischen Trägerrohr- und Behälterrohrlecks unterscheiden und weist ein hohes Risiko auf, dass Hydraulikfluid in die Umwelt leckt. Das System hat keine Vorkehrung für eine Meldung eines Lecks und seine Isolierungsfähigkeit ist auf die Strecke zwischen Ventilstationen beschränkt.
US-Patent 6 489 894 von Berg verwendet ein Vakuum zwischen den Innen- und Außenrohren und einen Vakuumschaltverteiler unter mehr als einem Containerabschnitt zur Bestimmung, wann ein Leck aufgetreten ist. Das Patent bezieht sich auf den Stand der Technik, der keinen Verteiler verwendet hat und daher teurer war. Der Entwurf ist trotz seines Titels zur Verwendung in Lagertanks, nicht in langen Rohrleitungen bestimmt. Eine maßstäbliche Anpassung des Ansatzes von Berg (oder einer seiner zitierten Ansätze nach dem Stand der Technik) an typische Rohrleitungen ist im besten Fall mühsam und der Ansatz von Berg liefert spärliche Informationen zur Leckisolierung.
US-Patent 6 123 110 von Smith et al. sieht ein Verfahren zur Ausbildung eines einwandigen Rohres zu einem doppelwandigen Rohr durch Einführen eines Rohres mit kleinerem Durchmesser mit Stehbolzenabstandhaltern in das Innere des bestehenden Rohres vor. Die Abstandhalter sehen eine Installation eines Leckerfassungssystems vor, für das Beispiele angeführt aber nicht gut beschrieben sind. Es wird ein Mannlochzwischenstück beschrieben. Der Ansatz von Smith verwendet in nachteiliger Weise ein altes Rohr zum Auffangen, das wahrscheinlich versagt, wenn es durch einen Leckstrom aus dem neuen inneren Rohr mit Druck beaufschlagt wird, und beansprucht keine Leckisolierung und Möglichkeit einer Meldung.
US-Patent 2005/0 212 285 von Haun beschreibt ein Verfahren zur Verringerung von Belastungen in Verbindungsstücken zwischen dem inneren und äußeren Rohr und beansprucht keine Leckerfassung, -isolierung und -meldung.
US-Patent 3 943 965 von Matelena ist ein dreiwandiges Rohr, das ein Glykolkühlmittel zwischen dem äußeren und mittleren Rohr hindurchleitet, um zu verhindern, dass heißes Öl oder Flüssiggas den umgebenden Permafrost schmilzt. Der Raum zwischen dem mittleren Rohr und Trägerrohr ist ein Vakuumisolator. Hydrometer und Drucksensoren im Vakuum erfassen Leckströme von Kühlmittel- und Trägerrohren. Ein fotoelektrischer Sensor erfasst Änderungen in der Glykolkühlmitteltransparenz als eine zusätzliche Leckerfassungsmethode. Ein Öl-/Glykolabscheider und eine Pumpe leiten ausgelaufenes Öl in das Trägerrohr zurück. Der Ansatz von Matelena ist aufgrund der dreiwandigen Konstruktion, der großen erforderlichen Glykolvolumina und der leckanfälligen Installation, die zum Kühlen und Verteilen des Glykols erforderlich ist, umständlich auszuführen. Es wird kein Verfahren definiert, das ein Auslaufen des Glykols in den Permafrost verhindern soll. Der Öl-/Glykolabscheider ist wahrscheinlich nicht imstande, große Strömungsraten eines Öllecks aufzunehmen. Und es wird kein Verfahren zum Sammeln und Melden von Sensordaten definiert.
Folglich besteht ein Bedarf an einer verbesserten Rohrleitung, die die oben angeführten Probleme behebt.
Kurzdarstellung
Wir haben eine Fluidüberlaufauffang-vorrichtung und ein solches System für Rohrleitungen gestaltet, die Energiequellen führen, die bzw. das die Wahrscheinlichkeit und Größe von Freisetzungen aus Rohrleitungen infolge einer vollständigen Integrität und eines Sicherheitsmanagementprogramms durch ein Auffangen in einem doppelwandigen Rohr, Instrumente zum Erfassen einer Freisetzung und deren exakter Position, wie auch ein Echtzeitmeldenetzwerk zum Auslösen spezieller Reparaturmaßnahmen wesentlich verringern. Die Vorrichtung und das System beruhen im Wesentlichen auf der Verwendung von akustischen Sensoren, die in der spezifischen Kombination mit dem doppelwandigen Rohr, das ein ringförmiges Schott und eine Überlauftüroption enthält, in vorteilhafter Weise als eine weit bessere Auffang- und sensorische Vorrichtung dient, die einem Betreiber der Rohrleitung ermöglicht, den Kohlenwasserstofftransport in einer sicheren Umgebung durchzuführen. Während die Vorrichtung und das System in ihrer Anbringung teurer sein mögen als eine einwandige Rohrleitung, verringert ihr besseres autonomes Selbstüberwachungs-/Erfassungs-, Auffang- und Meldesystem einen Verlust wertvoller Produkte und einen Überlaufschaden an der Umwelt und damit verbundene Kosten deutlich, verringert Lebensdauerwartungskosten, erleichtert eine Baugenehmigung und verbessert die Akzeptanz in der Gemeinschaft. Die Vorrichtung und das System sind in vorteilhafter Weise in herkömmliche Rohrkonstruktionen, die gegenwärtig in der Rohrleitungsindustrie verwendet werden, nachträglich einbaubar, wobei Anpassungen an diese Rohre so vorgenommen werden können, dass sie als Hauptträgerrohrleitung für die transportierte Energiequelle dienen können.
Daher ist in einem Aspekt eine autonome Fluidüberlaufauffangvorrichtung für eine Rohrleitung mit einer Trägerleitung zum Transportieren eines Fluids und einer Auffangleitung, die um die Trägerleitung angeordnet ist, um einen Zwischenraum zum Aufnehmen von Fluid zu definieren, das aus der Trägerleitung ausläuft vorgesehen, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
eine Fluidüberlaufbarriere zum Stoppen eines Fluidüberlaufs, wobei die Fluidbarriere im Zwischenraum angeordnet ist und sich zwischen der Trägerleitung und der Auffangleitung erstreckt; und
einen akustischen Sensor, der im Zwischenraum zum Erfassen eines Fluidüberlaufs in der Auffangleitung, bzw. in der Trägerleitung zum Erfassen der Fluidströmungsreduktion angeordnet ist.
In einem Beispiel weist die Vorrichtung einen Netzwerkmonitor, der als Schnittstelle zur Kommunikation mit Datensammlungs-, Analyse- und Meldesystemen eines Betreibers dient. Ein Sensornetzwerk, das mit dem akustischen Sensor verbunden ist, zur Kommunikation des akustischen Sensors und der Positionsdaten vom Sensor zum Netzwerkmonitor, so dass der Betreiber auf die Position des Fluidüberlaufs in Echtzeit aufmerksam gemacht wird. Eine Sensorstation ist im Inneren der Auffangleitung angebracht, wobei die Sensorstation in Kommunikation mit dem akustischen Sensor steht, einschließlich eines Sensorstationsnetzwerks, das die Steuerung mit dem Sensornetzwerk verbindet.
In einem Beispiel ist der akustische Sensor an einem unteren Abschnitt der Auffangleitung angeordnet.
In einem Beispiel ist der akustische Sensor an der Fluidüberlaufbarriere angeordnet.
In einem anderen Beispiel ist der akustische Sensor in der Trägerleitung angeordnet.
In einem anderen Beispiel ist eine Sensorstation an der Außenseite der Auffangleitung angebracht, wobei die Sensorstation in Kommunikation mit dem akustischen Sensor steht. Die Sensorstation enthält: a) ein Gehäuse; b) ein Ableitungselement, das im Gehäuse angeordnet ist und in strömungstechnischer Kommunikation mit dem Zwischenraum und einem akustischen Sensor steht; und c) ein Sensorstationsnetzwerk, das eine Steuerung enthält, die im Gehäuse angeordnet ist, wobei die Steuerung mit einem Ableitungselementdrucksensor, einem Ortsstatus-indikator zur weiteren Erleichterung einer exakten Ortung eines Überlaufs/einer Sickerstelle, und dem akustischen Sensor in Kommunikation steht.
In einem Beispiel enthält die Sensorstation des Weiteren mehrere Sensoren, die die Steuerung und das Sensornetzwerk verbinden. Die Sensoren enthalten einen Drucksensor, einen Temperatursensor, einen Fluidsensor, einen Positionssensor und einen Kohlenwasserstoffsensor, wobei einer oder mehrere implementiert und aktivierbar sein können. Der Sensor enthält des Weiteren einen Stromversorgungs- und Datenbus, der die Sensoren in Kommunikation mit einem oder mehreren Sensoren, und einen Verstärker.
In einem Beispiel ist der Netzwerkmonitor mit dem Sensorstationsnetzwerk verbunden und enthält ein Netzwerkmodem, eine Netzwerkschnittstelle und eine Anzeige/Steuerung, wobei das Netzwerk autonom betreibbar ist unter Verwendung von Sonnenenergie, Batterie und Ladegerät oder alternativer Energie. Der Netzwerkmonitor steht mit einem Land- und einem Funknetzwerk eines Betreibers in Kommunikation, die fähig sind, mit einer automatischen Notabschaltung zu kommunizieren.
In einem Beispiel enthält die Vorrichtung eine Überlaufrückleitungstüranordnung, die stromaufwärts der Fluidüberlaufbarriere angeordnet ist, wobei die Überlaufrückleitungstüranordnung, wenn implementiert, eine Überlaufrückleitungstür enthält, die elastisch mit der Trägerleitung verbunden ist und gegen einen inneren Abschnitt der Trägerleitung neben einer Überlauföffnung gepresst wird. Die Überlauftüranordnung enthält eine Befestigungssäule und eine Türfeder, die mit der Überlaufrückleitungstür verbunden ist, wobei die Türfeder im Gehäuse an der Außenseite der Auffangleitung angeordnet ist, bzw. die Türfeder ist in der Auffangleitung angeordnet. Die Überlauftüranordnung enthält einen Überlauftür-positionssensor.
In einem anderen Beispiel enthält die Sensorstation des Weiteren einen Stromversorgungs- und Datenbus, der mit einem oder mehreren Sensoren verbunden ist, wobei der akustische Sensor implementiert ist und in Kommunikation mit einer externen Sensorstation steht, die autonome oder alternative Energie liefert.
In einem weiteren Beispiel ist der Netzwerkmonitor mit dem Sensorstationsnetzwerk verbunden und enthält ein Netzwerkmodem, eine Netzwerkschnittstelle und eine Anzeige/Steuerung. Der Netzwerkmonitor steht mit Land- und Funknetzwerken des Betreibers in Kommunikation, wobei die Land- und Funknetzwerke des Betreibers mit einer automatischen Notabschaltung kommunizieren können.
In einem Beispiel ist die Vorrichtung für eine Rohrleitung vorgesehen, die über der Erde, Eis oder Wasser oder unterirdisch oder im Eis oder im Wasser angeordnet ist.
In einem anderen Beispiel enthält das Fluid Gas, Chemikalien (synthetische, organische, anorganische und natürliche Fluida, einschließlich flüssiger Nahrungsmittel), verflüssigtes Erdgas, verflüssigtes Gas, einschließlich Propan und Butan, Rohöl, Wasser, Petroleum, Leichtöl oder Teersandöl.
In einem Beispiel enthält die Vorrichtung einen (LED) Leuchtdioden-Ortsstatusindikator.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein leichteres Verständnis der Erfindung sind die Ausführungsformen in den beiliegenden Zeichnungen als Beispiel dargestellt.
1 ist eine Ansicht im Längsquerschnitt eines Rohrleitungsabschnitts, die eine Überlaufauffang-vorrichtung und eine externe Sensorstation in einer Ausgestaltung ohne Überlauf darstellt;
2 ist eine Ansicht im Längsquerschnitt eines Rohrleitungsabschnitts, die eine Überlaufauffang-vorrichtung und eine externe Sensorstation in einer Ausgestaltung mit Überlauf darstellt;
3 ist eine Ansicht im Längsquerschnitt eines Rohrleitungsabschnitts, die eine Überlaufauffang-vorrichtung und eine interne Federtür in einer Ausgestaltung ohne Überlauf darstellt;
4 ist eine Ansicht im Längsquerschnitt eines Rohrleitungsabschnitts, die eine Überlaufauffang-vorrichtung und eine interne Federtür in einer Ausgestaltung mit Überlauf darstellt;
5 eine Ansicht im Längsquerschnitt eines Rohrleitungsabschnitts, die eine interne Sensorstation darstellt;
5A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linien 5A-5A’ aus 5;
6 ist eine Ansicht im Längsquerschnitt eines Rohrleitungsabschnitts, die eine Trägerrohrschweißnaht darstellt;
7 ist eine Ansicht im Längsquerschnitt eines Rohrleitungsabschnitts, die eine Auffangrohr-schweißnaht darstellt;
8 ist eine ausführliche Querschnittsansicht einer externen Federsensorstation;
9 ist eine ausführliche Querschnittsansicht einer internen Federsensorstation;
10 ist ein Diagramm eines Sensorstations-netzwerks;
11 ist eine schematische Darstellung einer Netzwerküberwachungsstation;
12 ist eine schematische Darstellung eines Sensornetzwerkmelde- und Reaktionssystems;
13 stellt einen Prozessablauf zum Erfassen eines plötzlichen Fluidverlusts durch eine Korrelation zwischen einem akustischen Sensor und anderen Sensoren dar; und
14 stellt einen Prozessablauf zum Erfassen eines langsameren Fluidverlusts durch eine Korrelation zwischen einem akustischen Sensor und anderen Sensoren dar.
Weitere Einzelheiten der Vorrichtung und ihrer Vorteile gehen aus der nachstehend aufgeführten ausführlichen Beschreibung hervor.
Ausführliche Beschreibung
Wie hierbei verwendet, soll der Begriff “Fluid” Gas, Erdgas; Flüssigkeit, einschließlich Chemikalien (synthetische, organische, anorganische, einschließlich natürlicher flüssiger Nahrungsmittel), Rohöl, Petroleum, Teersandöl und Wasser, verflüssigten Gases, wie Propan, Butan, verflüssigten Erdgases und dergleichen bezeichnen.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird allgemein bei 10 eine Fluidüberlaufauffangvorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist, allgemein formuliert, eine doppelwandige Rohrleitung auf, die eine innere Trägerleitung (Rohr) 12 und eine äußere Auffangleitung (Rohr) 14 enthält, die das Trägerrohr 12 umgibt und einen Zwischenraum 16 um das Trägerrohr 12 definiert. Das Trägerrohr 12 führt das Fluid. Der Zwischenraum 16 nimmt Fluid auf, das aus dem Trägerrohr 12 ausläuft, falls das Trägerrohr 12 bricht oder strukturell beeinträchtigt ist. Mehrere Abstandhalter 18 sind im Wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrleitung angeordnet und halten eine Trennung zwischen Rohren 12, 14 aufrecht. Eine Fluidüberlaufbarriere 20 befindet sich zwischen dem Trägerrohr 12 und dem Auffangrohr 14 und verhindert, dass ein Fluidstrom, der in den Zwischenraum 16 ausläuft, weiter stromabwärts strömt. Die Fluidüberlaufbarriere 20 ist ein ringförmiges Schott 22, das an das Trägerrohr 12 geschweißt und an dem Auffangrohr 14 abgedichtet ist, um separate Freisetzungsauffangabschnitte 24 entlang der Rohrleitung zu definieren. Ein Fluidüberlaufsensor 26 befindet sich im Zwischenraum 16 zum Erfassen eines Fluidüberlaufs im Auffangrohr 14. Typischerweise befindet sich der Fluidüberlaufsensor 26 an einem unteren Abschnitt 28 des Auffangrohrs 14. In dem dargestellten Beispiel ist der Fluidüberlaufsensor 26 an der Fluidüberlaufbarriere 20 angebracht.
Unter jetziger Bezugnahme auf 10 ist ein Sensornetzwerk 11 mit den Sensoren 40 zur Kommunikation von Fluidüberlaufdaten von den Sensoren 40 zu einem Netzwerkmonitor 13 verbunden, um einen Betreiber auf die Position des Fluidüberlaufs in Echtzeit aufmerksam zu machen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 und 2 und nun 8 ist eine Sensorstation 30 an der Außenseite des Auffangrohrs 14 angebracht. Die Sensorstation 30 steht mit dem Fluidüberlaufsensor 26 in Kommunikation. Die Sensorstation 30 enthält ein Gehäuse 32 und ein Sensorstationsnetzwerk 34. Das Sensorstationsnetzwerk 34 enthält ein Ableitungselement 36, das sich im Gehäuse 32 befindet und in strömungstechnischer Kommunikation mit dem Zwischenraum 16 steht. Ein Temperatursensor 44 und eine Sensorstationssteuerung 38 befinden sich im Gehäuse 32 und sind mit dem Ableitungselementdrucksensor 36 und dem Fluidüberlaufsensor 26 verbunden. In dem in 8 dargestellten Beispiel enthält die Sensorstation 30 mehrere Sensoren 40, die mit der Steuerung 38 und dem Sensornetzwerk 11 verbunden sind. Die Sensoren 40 enthalten einen akustischen Sensor 74, der immer vorhanden ist, sowie einen Drucksensor 42, einen Temperatursensor 44, einen Fluidsensor 46, einen Positionssensor 48 und einen Kohlenwasserstoffsensor 50, von denen einer oder mehrere implementiert und aktiviert sein können. Ein Durchdringungssteckverbinder 52 ist mit der Steuerung 38 verbunden und im Auffangrohr 14 angeordnet und mit dem Sensor 26 durch Drähte 54 verbunden. Ein Stromversorgungs- und Datenbus 56 verbindet die Sensorstationen.
Das akustische Signal durchläuft einen Spektralanalysealgorithmus, der die Signalamplitude bei sukzessiven Frequenzen bestimmt, vergleichbar mit der Drehung eines Radioeinstellknopfs zum Empfangen der Radiosender. Die Schnelle Fourier-Transformation ist der meist verwendete Algorithmus. Wenn die Rohrleitung in Betrieb ist, wird eine Referenzamplitude gegenüber dem Frequenzprofil durch Mittelwertbildung über eine längere Zeitspanne bestimmt. Erfahrungsbedingt weiß der Betreiber, welche Profiländerungen durch normale Änderungen, wie etwa Materialtemperatur, Materialart, geplante Strömungsrate etc. verursacht werden. Sie wissen auch, wann ein plötzlich auftretendes Signal, das durch den Molchdurchlauf verursacht wurde, zu ignorieren ist. Im Falle eines Lecks wird oftmals der Materialstrom in hoher Geschwindigkeit aus dem Loch ausgestoßen. Dadurch wird der normale Rohrleitungsfluss gestört und folglich eine charakteristische Änderung im Signalamplitudenprofil ausgelöst. Die Größe der Änderung steigt mit der Leckströmungsrate, so dass die Signalabgabe bei einer zu niedrigen Leckströmungsrate als ungeeignet bestimmt wird.
Das Lecksignal kann durch mehrere verteilte Sensoren erfasst werden. Die Bestimmung der Leckposition erfolgt durch die Wahl der Sensorposition mit dem stärksten Lecksignal.
Unter jetziger Bezugnahme auf 1 und 2 befindet sich eine Überlaufrückleitungstüranordnung 60 stromaufwärts der Fluidüberlaufbarriere 20. Die Überlaufrückleitungstüranordnung 60 enthält eine Überlaufrückleitungstür 62, die elastisch mit dem Trägerrohr 12 verbunden ist und gegen einen Innenabschnitt 64 des Trägerrohrs 12 neben einer Überlauföffnung 66 gepresst wird. Die Überlauftüranordnung 60 enthält eine Befestigungssäule 68 und eine Türfeder 70, die mit der Überlaufrückleitungstür 62 verbunden sind. In dem in 1 und 2 dargestellten Beispiel befindet sich die Türfeder 70 im Gehäuse 32, das sich an der Außenseite des Auffangrohrs 14 befindet. Die Überlaufrückleitungstür 62 ist durch Scharniere mit einem Schwenkarm 63 am stromaufwärts liegenden Ende verbunden und ist mit der Türfeder 70 an der Außenseite des Auffangrohrs verbunden. Die Überlauftür 62 ist der Kontur des Trägerrohrs 12 entsprechend angepasst, um eine Behinderung eines normalen Materialstroms und des Durchgangs von Vorrichtungen wie Molchen zu begrenzen. Die Überlauftür 62 ist gegen einen Auffangflansch abgedichtet (gepresst), um einen Materialstrom vom Träger- zum Auffangrohr zu verhindern. Der Sensor 26 befindet sich am inneren Auffangrohrboden und hat eine Kabelverbindung mit der Sensorstation. Im Falle einer Materialfreisetzung stromaufwärts vom Trägerrohr strömt das Fluid in das Auffangrohr 14, dann durch die Überlauftür 62 zurück in das Trägerrohr 12 und kann von den Flüssigkeits-, akustischen und Sensorstationssensoren erfasst werden.
Unter jetziger Bezugnahme auf 3 und 4 ist die Sensorstation 30 an der Außenseite des Auffangrohrs 14 angebracht und steht mit dem bzw. den Fluidüberlaufsensor bzw. -en in Kommunikation. Die Türfeder 70 befindet sich innerhalb des Auffangrohrs 14, um ein Eindringen in die Sensorstation 30 zu eliminieren und eine kleinere Sensorstation 30 vorzusehen. Ein Drehsensor (ein Türpositionssensor) 72, der sich an der Türscharnier befindet, liefert ein Türpositionssignal zur Sensorstation 30.
Unter Bezugnahme auf 5 und 5A ist eine andere Ausführungsform einer internen Sensorstation dargestellt, die zur Verwendung unter Wasser geeignet ist (versenkbare Rohrleitung) oder unter einer nicht entfernbaren darüber liegenden Last liegt, wie einer Straße, Schienen oder einem Flughafen. Diese Ausführungsform verwendet die Türfeder 70 und die Sensorstation 30 innerhalb des Auffangrohrs 14. Die Sensorstation 30 ist gemeinsam mit allen Sensoren, außer dem Türpositionssensor, an dem ringförmigen Schott montiert. Der Türpositionssensor 72 steht mit der Sensorstationssteuerung 38 unter Verwendung eines Türsensorverbindungsstücks 34 in Kommunikation. Der Stromversorgungs- und Datenbus 11 verläuft im Inneren des Auffangrohrs, geht durch Verbindungsstücke an den ringförmigen Schotten, und tritt an einer Netzwerküberwachungsstation aus dem Auffangrohr 14.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 ist eine Außenanordnung der Vorrichtung 10 dargestellt. Die interne Türfeder 70 und externe Sensorstation 30 sind als Beispiel dargestellt. Ein Fachmann wird erkennen, dass eine ähnliche Anordnung für das Beispiel mit externer Türfeder und interner Sensorstation verwendet werden kann. Die Vorrichtung 10 wird zusammengebaut, indem zuerst das Auffangrohr 14 nach rückwärts geschoben wird, wodurch ein Spalt verbleibt, so dass die angrenzenden Trägerrohre 12 bei 80 aneinander geschweißt werden können. Dann werden die internen Sensorstationsverbindungen gebildet. Das Auffangrohr 14 wird nach vorne in Position geschoben und die angrenzenden Auffangrohre 14 werden bei 84 aneinander geschweißt. Die ringförmige Ringdichtung 82 ermöglicht ein Verschieben des Auffangrohrs 14, ohne die Trennung der Auffangabschnitte zu beeinträchtigen. Die externe Sensorstation 30 und das zugehörige Sensornetzwerksegment können dann zu diesem Zeitpunkt oder später eingebaut werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 6 und 7 kann die Vorrichtung 10 leicht zusammengebaut werden, so dass sie mit einem herkömmlichen einwandigen Rohr verbunden wird. Dies kann dann erfolgen, wenn der Betreiber der Rohrleitung eine Verbindung der Vorrichtung 10 mit einer bereits bestehenden Leitung benötigt, die derzeit einige ökologisch empfindliche Bereiche durchquert oder durchqueren wird. Die Größe des Trägerrohrs 12 sollte dieselbe wie jene des einwandigen Rohres sein. Das Trägerrohr 12 wird an das einwandige Rohr geschweißt und eine ringförmige Übergangskappe wird an das Ende des Auffangrohrs 14 geschweißt, um eine Unversehrtheit des Auffangrohrs 14 und eine komplett luftdichte Einhäusung zu gewährleisten.
Unter jetziger Bezugnahme auf 3, 8 und 9 enthält die Sensorstation für die externe Türfeder einen Türpositionssensor 48 in Kommunikation mit der Sensorstationssteuerung 38. In 9 sind die Drähte des internen Türpositionssensors 72 mit den Drähten 54 des akustischen Sensors 74 und des Flüssigkeitssensors 26 im Durchdringungssteckverbinder 52 enthalten. Ein Ableitungselement 36 ermöglicht die Evakuierung von Feuchtigkeit aus dem Auffangrohr zum Korrosionsschutz und eine Druckbeaufschlagung des Auffangrohrs zur Integritätsprüfung. Der Drucksensor 42, Kohlenwasserstoffsensor 50 und Temperatursensor 44 stellen zusätzliche Mittel zur Freisetzungserfassung dar. Eine Sensorstationssteuerung 38 mit einem Temperatursensor gibt Sensorwerte ein und sendet Sensor- und Positionsdaten und Statusnachrichten über den Stromversorgungs- und Datenbus 11. Die Steuerung kommuniziert auch mit einer lokal sichtbaren Stationsstatusanzeige über eine separate Verbindung 86 an der Sensorstation.
Die autonome Fluidüberlaufauffang-vorrichtung 10 wird typischerweise als Teil eines autonomen Sensor- und Meldenetzwerks verwendet, das wie oben beschrieben einen Rohrleitungsüberlauf überwacht. Die Netzwerkschnittstelle steht mit der Vorrichtung in Kommunikation und ist zum Senden von Daten von der Vorrichtung 10 zu einem Analyse- und Reaktionszentrum konfiguriert.
Unter Bezugnahme auf 10 kommunizieren eine oder mehrere Sensorstationen 30 über einen Stromversorgungs- und Datenbus 11 Sensordaten, Positions-, Status- und andere Nachrichten mit einer Netzwerküberwachungsstation 13. Wenn die Strecken die Kapazität einer Datenbuslänge überschreiten, bildet eine Sensorstation, die als Verstärker 31 konfiguriert ist, eine Brücke zwischen Datenbussen 11, so dass eine Netzwerkbuslänge von bis zu etwa 10 Meilen möglich ist.
Unter Bezugnahme auf 11 bildet eine Netzwerküberwachungsstation 13 die Drehscheibe für die Stromversorgungs- und Datenbusse 11. Typischerweise sind zwei Datenbusse, einer stromaufwärts und einer stromabwärts, mit einer Netzwerküberwachungsstation 13 verbunden. Zusätzliche Verbindungen ermöglichen, dass eine Netzwerküberwachungsstation 13 mit zusammenlaufenden Rohrleitungen an oder nahe der Position der Netzwerküberwachungsstation 13 verbunden ist. Die Netzwerküberwachungsstation 13 enthält eine Anzeige und Steuerung 90 für eine Ausprüfung und andere Instandhaltungsarbeiten, und ein Modem 92 oder andere geeignete Mittel zur Kommunikation mit einem Fernsatellitentelefon 94 und/oder einem drahtlosen Landnetzwerk des Anwenders. Ein Sonnenkollektor, eine Batterie und ein Ladegerät 98 liefern eine autonome Fernortungsleistung. Der Anwender kann entscheiden, einen Reserve- oder Alternativstrom 100, falls verfügbar, vorzusehen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 11 kommuniziert eine Option einer Netzwerkschnittstelle 96 mit einem Landnetzwerk eines Anwenders, wie einem SCADA-(Supervisory Control And Data Acquisition)System oder einem anderen System. In kritischen Anwendungen kann der Anwender entscheiden, eine Netzwerk-meldemöglichkeit in Echtzeit vorzusehen, um ein Rohrleitungssegment automatisch abzuschalten, bis ein Freisetzungsproblem gelöst ist.
Unter Bezugnahme auf 12 können die Sensornetzwerke bestehende Satelliten- und Internetnetzwerke und landbasierte Netzwerke des Anwenders verwenden, um Sensornetzwerknachrichten in Echtzeit mit dem Analyse- und Reaktionszentrum des Anwenders zu kommunizieren. Wenn bei der Analyse Bedenken auftreten, wird ein Einsatzteam des Anwenders entsandt, um jegliches Problem zu untersuchen und zu lösen.
Unter jetziger Bezugnahme auf 13 wird die Verarbeitungslogik zur Erfassung eines plötzlichen Überlaufs durch Manipulation, Bruch oder unbeabsichtigtes Eindringen dargestellt. Beim Auftreten eines Lecks wird oftmals der Materialstrom in hoher Geschwindigkeit aus dem Loch ausgestoßen. Dadurch wir der normale Rohrleitungsfluss gestört und folglich eine charakteristische Änderung im Signalamplitudenprofil ausgelöst. In der Fluidüberlaufauffangvorrichtung 10 durchläuft das akustische Signal einen Spektralanalysealgorithmus, der die Signalamplitude bei sukzessiven Frequenzen bestimmt, vergleichbar mit der Drehung eines Radioeinstellknopfs zum Empfangen der Radiosender. Als Beispiel ist eine Schnelle Fourier-Transformation der meist verwendete Algorithmus. Jedes Abtastwertspektrum zum Zeitpunkt = t wird aus einem Abtastwert kurze Zeit später (Delta t) abgezogen. Typischerweise ist die Spektrumdifferenz klein. Wenn die Differenz einen Schwellenwert überschreitet, werden die Differenzdaten zusammen mit anderen Sensorablesungen an das Analyse- und Reaktionszentrum 200 gesendet, wo die Daten mit den Betriebsbedingungen der Rohrleitung verglichen werden, um normale Auslöser, wie z.B. einen Molchdurchlauf in der Rohrleitung, auszuschließen.
Unter jetziger Bezugnahme auf 14 wird die Verarbeitungslogik zur Erfassung eines kleineren Überlaufs, und eines solchen, der sich mit der Zeit langsam ändert, dargestellt. Die Spektralanalyse, wie für 13 beschrieben, wird in der Überlaufauffangvorrichtung 10 durchgeführt, jedoch wird in diesem Fall die Differenz zwischen den sukzessiven Abtastwerten typischerweise klein sein, so dass das Spektrum über eine Anzahl an Abtastwerten n gefiltert wird, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Dennoch, wenn die Überlaufrate sehr niedrig ist, wie etwa durch ein Nadelloch-Leck, ist der Überlauf durch akustische Mittel möglicherweise nicht erfassbar. Aufgrund dessen werden andere Sensorablesungen in die gefilterten Spektrumdaten einbezogen und an das Analyse- und Reaktionszentrum 200 gesendet, zum Abgleich mit den Referenzdaten, damit durch die bestehende Betriebsbedingung erfasst werden kann, ob ein Überlauf vorliegt.
Sowohl bei plötzlichen als auch kleinen Überläufen kann das Überlaufsignal durch mehrere verteilte akustische Sensoren erfasst werden. Die Überlaufortung wird durch die Bestimmung der Sensorposition mit dem stärksten Signal erfasst. Wenn das Signal stark genug ist, kann die Überlaufortung exakter durch eine Kurvenanpassung der Signalstärke, zwischen benachbarten Sensoren und der Bestimmung der Spitzensignalposition erfasst werden.
Betrieb
Die autonome Fluidüberlaufauffang-vorrichtung 10 wird typischerweise als Teil eines autonomen Sensor- und Meldenetzwerks verwendet, das einen Rohrleitungsüberlauf wie oben beschrieben überwacht, und mit einem Analyse- und Reaktionszentrum wie in 12 dargestellt kommuniziert. Das Zentrum ist zum Empfangen von Daten über ein Netzwerk von der Vorrichtung 10 angeordnet, so dass Echtzeitdaten, die beim Zentrum empfangen werden, einen Fluidüberlauf anzeigen, wodurch eine Reaktion beim Zentrum ausgelöst wird. Ein Satellitennetzwerk kann auch zum Kommunizieren mit der Vorrichtung verwendet werden, um Daten von der Vorrichtung zum Zentrum weiterzuleiten.
Die Netzwerküberwachungsstation bzw. -en versieht bzw. versehen die Vorrichtung 10 mit einer zentralisierten Steuerung und Schnittstelle zu externen Systemen. Die Netzwerküberwachungsstation sendet ihrerseits Nachrichten an die Sensorstationen, Sensor- und Positionsdaten, Sensorgesundheitsstatus und Netzwerkstatus anfordern. Die Netzwerk-überwachungsstation erfasst die Reaktionsnachrichten und analysiert die Informationen, wobei sie auf kritische Fehleranzeigen achtet, einschließlich sich nicht meldender Sensorstationen. Falls kritische Fehleranzeigen gefunden werden, wird unmittelbar eine Nachricht an das Analyse- und Reaktionszentrum des Betreibers der Rohrleitung gesendet. Andernfalls werden die gesammelten Nachrichten zum Analyse- und Reaktionszentrum in einem Zeitschema gesendet, das zuvor vom Betreiber der Rohrleitung festgelegt wird. Die Nachrichten können über einen Satelliten oder über ein Landnetzwerk gesendet werden, wie vom Betreiber der Rohrleitung festgelegt.
Die Sensorstationen arbeiten zur Verringerung des Energieverbrauchs in einem Dual-Power-Mode, so dass eine angemessene Energie an längere Sensorstationsnetzwerke abgegeben werden kann. Den Großteil der Zeit werden nur die Sensorstationssteuerung und Netzwerkschnittstelle angetrieben und die Sensorstationssteuerung horcht auf ihre Nachrichten. Wenn eine Nachricht empfangen wird, die mit der Identifizierung der Sensorstations-steuerung gekennzeichnet ist, schaltet die Steuerung die Sensorenergie ein, sammelt Sensordaten, schaltet die Sensorenergie ab, führt Validitätsprüfungen an Sensordaten durch und erstellt und sendet die Reaktionsnachricht an die Netzwerküberwachungsstation.
Ein Erfassen und Auffangen eines Überlaufs wird unter Verwendung einer doppelten koaxialen Rohrkonfiguration erreicht, bei der ein außenwandiges Auffangrohr ein Trägerrohr umgibt. Jede Freisetzung von Fluid wird im Auffangrohr aufgefangen. Sollte es zu einer Freisetzung aus dem Trägerrohr kommen, fließt das transportierte Material in das äußere Auffangrohr. Dieser Fluidstrom in das Auffangrohr bewegt sich diesem entlang, bis er das Ende der Rohrkomponente erreicht, wo er die Überlauftür erreichen würde, die einen Transport des Materials zurück in das Trägerrohr erleichtern würde. Dies bringt ausgelaufenes Material in unmittelbare Nähe der Sensoren, wodurch eine raschere Bestimmung einer aufgetretenen Freisetzung vorgesehen ist. Dieses Überbrücken und Umleiten des Materials zurück in das Trägerrohr an einer weiteren Position stromabwärts der Leitung unterstützt auch den sicheren und anhaltenden Transport des Materials, bis das Team die notwendigen Reparaturen durchführen kann. Das Rohrleitungssystem hat an der Position jeder Stromumleitungsüberlauftür eine Sensorstation, die in Verbindung mit akustischen, Temperatur-, Druck- und Flüssigkeitssensoren steht, die die einzigartige Fähigkeit aufweist, die Art und Position jedes kleinen oder großen Problems autonom zu erfassen und den Eigentümer/Betreiber in Echtzeit zu benachrichtigen. Ein sichtbarer Stationsstatusindikator (z.B. eine LED), der sich auf oder über der Sensorstation befindet, dient dazu, die Reparaturmannschaft bei der Ortung des Problems weiter zu unterstützen. Falls die Überlauftüroption nicht implementiert ist oder bei der geringen Wahrscheinlichkeit von Fehlfunktionen der Überlauftür, wird das System weiterhin die übrigen Sensoren zum Erfassen und Melden der Fehlfunktion und eines Vorhandenseins von Material im Auffangrohr in Echtzeit verwenden.
Die Vorrichtung 10 implementiert die Verwendung eines Sensorstationsnetzwerksystems für eine autonome Meldung ihrer Befunde und ein Beauftragen der Reaktion. Dieses System wird durch Sonnenenergie betrieben und kann in Verbindung mit einer Batterie und einem Ladegerät durch externe Energieressourcen, falls verfügbar, verstärkt werden. Das System kann über eine Satellitenverbindung melden, eine Versorgung entlegener Gebiete in Echtzeit ermöglichen und kann direkt mit einem Überwachungs- und Meldesystem eines Anwenders verbunden sein, um ein automatisiertes Abschalten der betroffenen Rohrleitung zu enthalten, um einen möglichen Schaden einzudämmen. Dieses Selbstüberwachungs-, Auffang- und Meldesystem ist vollkommen autonom, leicht zu reparieren und bietet dem Eigentümer/Betreiber ein sicheres Verfahren für einen Transport gefährlicher Energiematerialien.
Meldung und Ortung einer Freisetzung:
Zum Erreichen dieser Ergebnisse implementiert das System ein Sensornetzwerk, das drei Arten von Nachrichten verwendet, um Funktionalität zu erreichen. Zusätzliche Nachrichtenarten können auch zur Netzwerkverwaltung verwendet werden, sind aber übliche Praxis und werden hier nicht beschrieben.

1. Sensorgesundheitsstatus. Sensorausgänge werden auf kurzgeschlossene oder unterbrochene Verbindungen und interne Elektronikfehler überprüft. Eine Sensorschnittstellenelektronik führt interne und Busnachrichtenprüfungen durch. Sensorgesundheits-statusmeldenachrichten einschließlich der Sensorstationsposition werden zur Betreiberstation gesendet.
2. Sensordaten. Sensorausgänge werden periodisch abgetastet. Sensordatennachrichten, einschließlich der Sensorstation und Position der Freisetzungserfassung werden an die Betreiberstation gesendet.
3. Netzwerkstatus. Sensorstationen und Netzwerkmonitore melden jedes zu übermittelnde Versagen mit einer Abwärtsstreckenstation an die Betreiberstation. Jede Station hat eine eindeutige Kennung und bekannte Position.

Die Betreiberstation verarbeitet die eingehenden Nachrichten durch Prüfung auf Freisetzungsanzeichen und durch Anwenden, z.B. von Trend- und Varianzalgorithmen an den Sensordaten, die für das transportierte Material angemessen sind. Die Ergebnisse werden für eine zukünftige Einsichtnahme archiviert. Die Station zeigt dem Betreiber die Ergebnisse an und löst sichtbare und hörbare Alarme und die zugehörige Ortung für erfasste Freisetzungsereignisse aus.
Eigenschaften einer Freisetzung transportierten Fluids
Für ein effektives Erfassen von Freisetzungen transportierten Materials ist das System zur Überwachung der Eigenschaften der drei Arten von Freisetzungen gestaltet – Bruch, Leck und Sickerstelle. Es ist zu beachten, dass bei einem einwandigen Rohr eine Freisetzung ein unbeabsichtigter Verlust an transportiertem Material an die Umgebung der Rohrleitung ist. Für ein doppelwandiges System weist eine Freisetzung einen Verlust aus dem inneren Trägerrohr zum äußeren Auffangrohr und ein Eindringen aus der Umgebung in das Auffangrohr auf. Unterscheidende Merkmale der drei Arten von Freisetzung sind:
Bruch – Freisetzung oder Eindringen einer hohen Massenrate, verursacht durch ein katastrophales Versagen der Rohrleitung. Tritt typischerweise plötzlich ein und kann durch externe Kräfte, wie Bulldozer, Erdbewegung, Sabotage oder andere ähnliche Ereignisse oder das rasche Fortschreiten eines Strukturfehlers einer Rohrleitung verursacht werden.
Leck – Eine Freisetzung geringerer (kann aber noch immer wesentlich sein) Rate durch ein Loch im Rohr, das kleiner als der Rohrdurchmesser ist, aber nicht über eine kurze Zeit signifikant an Größe zunimmt. Ein Leck kann plötzlich aufgrund einer Löffel-baggerpunktur, Diebstahl oder anderer ähnlicher Ereignisse auftreten oder kann langsam durch Gebrauch und Umwelteinflüsse, wie Korrosion, Wärmespannungen oder Abrieb durch transportiertes Material voranschreiten.
Sickerstelle – Eine Freisetzung sehr geringer Rate durch ein kleines Loch oder einen Riss, typischerweise verursacht durch Ereignisse wie Korrosion, Schweißnahtdefekte oder Versagen einer Dichtung. Die Sickerstelle kann diskontinuierlich sein, wenn zum Beispiel ein Material höherer Viskosität nach einer vorangehenden Freisetzung von Material geringerer Viskosität die Öffnung verstopft oder eine Erdverschiebung oder eine Änderung der Umgebungstemperatur einen Riss verschließt.
Erfassen einer Freisetzung an der Vorrichtung:
Das Erfassen einer Freisetzung beruht auf der Verwendung von Sensoren in Abständen im Behälterrohr, die Eigenschaften wie Akustik, Druck, Temperatur, Überlauftürposition, Kohlenwasserstoff-dämpfe und Flüssigkeitspegel überwachen. Sensorablesungen werden in Echtzeit zu einer Meldestation des Anwenders zur Analyse und Ergreifung von Maßnahmen übertragen.
Erfassen eines Bruchs:
Ein Bruch, der eine Freisetzung aus dem Trägerrohr verursacht, wird durch eine plötzliche Veränderung im Ton und/oder in der Temperatur und/oder im Druck und/oder in der Türposition und/oder möglicherweise im Flüssigkeitspegel oder Kohlenwasserstoffpegel erfasst, abhängig vom transportierten Material. Abhängig von der Art des Bruchs kann das Sensornetzwerk beschädigt sein (wenn auch unter seltenen Umständen) und die Meldung von dieser Position stoppen, was an sich als Positionierhilfe für den Bruch dienen soll.
Ein Erfassen eines Bruchs, der ein Eindringen verursacht, hängt vom Ausmaß des Versagens ab. Für ein Eindringen in ein nicht druckbeaufschlagtes Auffangrohr ist das wahrscheinliche Erfassen ein Anstieg des Flüssigkeitspegels durch Eindringen von Wasser, aber dies kann einige Zeit dauern oder überhaupt nicht eintreten. Wenn Wasser eindringt, ist eine Reparatur erforderlich, um eine Korrosion des Trägerrohrs zu vermeiden. Falls nicht, ist die Reparatur nicht zeitkritisch. In einem druckbeaufschlagten Auffangrohr kann eine langsame Druckänderung stattfinden, wenn das Rohr vergraben ist, eine schnelle Änderung, falls nicht. Wenn die Ursache eine unabsichtliche, von Menschen herbeigeführte Beschädigung ist, wie durch Erdaushubgeräte, kann der Betreiber das Ereignis erfassen und melden. Falls nicht, wie bei einem terroristischen Akt oder bei Sabotage, wird das Eindringen, das durch diese Art von Beschädigung verursacht wird, von den Sensoren erfasst und berichtet.
Leckerfassung:
Eine Leckerfassung sowohl beim Freisetzen wie auch Eindringen, ist dieselbe wie die Brucherfassung, mit der Ausnahme, dass Sensorablesungen sich langsamer ändern und das Sensornetzwerk mit geringer Wahrscheinlichkeit beschädigt ist. Ein Diebstahl wird wahrscheinlich vom akustischen Sensor erfasst, der die durch Wanddurchdringungswerkzeuge verursachten Vibrationen aufnimmt und durch den gestörten Fluss, der durch den Fluidverlust verursacht wird. Ohne einen akustischen Sensor kann ein Diebstahl erfasst werden, oder nicht, abhängig von der Fähigkeit des Diebes, die Doppelwände zu durchdringen, ohne eine nachweisbare Änderung in anderen Sensorablesungen zu verursachen.
Sickerstellenerfassung:
Eine Sickerstelle ist an sich schwierig zu erfassen, da Sensorablesungen durch Signalrauschen und durch normale Änderungen im transportierten Material und der Rohrleitungsumgebung maskiert sein können. In der Vorrichtung 10 wird eine Sickerstelle vom Flüssigkeitssensor und vom Kohlenwasserstoffsensor erfasst. Für den kritischen Fall einer Freisetzung von transportiertem Material ist es unwahrscheinlich, dass es eine gleichzeitige Sickerstelle durch das Auffangrohr an die Umgebung gibt. Ein Eindringen ist weniger kritisch, da die einzige signifikante Wirkung eine Beschleunigung der Korrosion des Trägerrohrs ist. Sowohl bei einer Freisetzung wie auch bei einem Eindringen ermöglicht die Erfassung eine angemessene Zeit für die Reparatur.
Bewertung des akustischen Sensors
Ein inhärentes Problem mit gegenwärtigem Rohrleitungsbau besteht darin, dass jede Freisetzung in der Umwelt endet. Während die Rate für einige Freisetzungen klein sein mag, kann ein beträchtlicher Zeitraum vergehen, bis die Freisetzung erfasst und gestoppt wird, was folglich zu erheblichen Freisetzungsvolumina führen kann. Die vorliegende Erfindung stellt durch die Verwendung von Direktmessungssensoren, Echtzeitmeldung und Auffangen großer und kleiner Freisetzungen eine enorme Verbesserung dar. Dies gibt dem Betreiber der Rohrleitung Zeit, Vertrauen hinsichtlich seiner Entscheidung über die Freisetzung aufzubauen und die Reparaturmaßnahmen vollständig durchzuführen.
Obwohl die vorangehende Beschreibung eine spezielle Ausführungsform betrifft, die gegenwärtig vom Erfinder in Betracht gezogen ist, ist davon auszugehen, dass die Vorrichtung in ihrem weitesten Aspekt mechanische und funktionelle Entsprechungen der hier beschriebenen Elemente enthält.

Claims

Wir erheben Anspruch auf: Eine autonome Fluidüberlaufauffang-vorrichtung für eine Rohrleitung mit einer Trägerleitung zum Transportieren eines Fluids und einer Auffangleitung, die um die Trägerleitung angeordnet ist, um einen Zwischenraum zum Aufnehmen von Fluid, das aus der Trägerleitung ausläuft zu definieren, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Fluidüberlaufbarriere zum Stoppen des Fluidüberlaufs, wobei die Fluidbarriere im Zwischenraum angeordnet ist und sich zwischen der Trägerleitung und der Auffangleitung erstreckt; und einen akustischen Sensor, der im Zwischenraum zum Erfassen des Fluidüberlaufstroms in der Auffangleitung angeordnet ist, bzw. in der Trägerleitung zum Erfassen der Fluidströmungs-reduktion.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren einen Netzwerkmonitor enthält, der als Schnittstelle zur Kommunikation mit Datensammlungs-, Analyse- und Meldesystemen eines Betreibers dient.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein Sensornetzwerk mit dem akustischen Sensor zur Kommunikation des akustischen Sensors und der Positionsdaten vom Sensor an den Netzwerkmonitor verbunden ist, so dass der Betreiber auf die Position des Fluidüberlaufs in Echtzeit aufmerksam gemacht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Sensorstation im Inneren der Auffangleitung angebracht ist und in Kommunikation mit dem akustischen Sensor steht, wobei die Sensorstation ein Sensorstationsnetzwerk enthält, das die Steuerung mit dem Sensornetzwerk verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der akustische Sensor an einem unteren Abschnitt der Auffangleitung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der akustische Sensor an der Fluidüberlaufbarriere angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der akustische Sensor in der Trägerleitung angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Sensorstation an der Außenseite der Auffangleitung angebracht ist, wobei die Sensorstation in Kommunikation mit dem akustischen Sensor steht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Sensorstation Folgendes enthält: a) ein Gehäuse; b) ein Ableitungselement, das im Gehäuse angeordnet ist und in strömungstechnischer Kommunikation mit dem Zwischenraum und dem akustischen Sensor steht; und c) einem Sensorstationsnetzwerk einschließlich einer Steuerung, die im Gehäuse angeordnet ist, wobei die Steuerung mit einem Ableitungselementdrucksensor, einem Ortsstatus-indikator zur weiteren Erleichterung einer exakten Ortung eines Überlaufs/ einer Sickerstelle, und dem akustischen Sensor in Kommunikation steht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Sensorstation des Weiteren mehrere Sensoren enthält, die die Steuerung und das Sensornetzwerk verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Sensoren einen Drucksensor, einen Temperatursensor, einen Fluidsensor, einen Positionssensor und einen Kohlenwasserstoffsensor enthalten, wobei einer oder mehrere der Sensoren implementiert und aktivierbar sein können.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Sensorstation des Weiteren einen Stromversorgungs-, einen Datenbus in Kommunikation mit einem oder mehreren Sensoren, und einen Verstärker enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Netzwerkmonitor mit dem Sensorstationsnetzwerk verbunden ist und ein Netzwerkmodem, eine Netzwerkschnittstelle und eine Anzeige/Steuerung enthält, wobei das Netzwerk autonom unter Verwendung von Sonnenenergie, Batterie und Ladegerät oder alternativer Energie betreibbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Netzwerkmonitor mit Land- und Funknetzwerken eines Betreibers in Kommunikation steht, die imstande sind, mit einer automatischen Notabschaltung zu kommunizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, einschließlich einer Überlaufrückleitungstüranordnung, die stromaufwärts der Fluidüberlaufbarriere angeordnet ist, wobei die Überlaufrückleitungstüranordnung, wenn implementiert, eine Überlaufrückleitungstür enthält, die elastisch mit der Trägerleitung verbunden ist und gegen einen inneren Abschnitt der Trägerleitung neben einer Überlauföffnung gepresst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Überlauftüranordnung eine Befestigungssäule und eine Türfeder enthält, die mit der Überlaufrückleitungstür verbunden ist, wobei die Türfeder im Gehäuse an der Außenseite der Auffangleitung angeordnet ist, bzw. die Türfeder ist in Auffangleitung angeordnet.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Überlauftüranordnung einen Überlauftürpositionssensor enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Sensorstation des Weiteren einen Stromversorgungs- und Datenbus enthält, verbunden mit einem oder mehreren Sensoren, wobei der akustische Sensor implementiert ist und in Kommunikation mit einer externen Sensorstation steht, die autonome oder alternative Energie liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Netzwerkmonitor mit dem Sensorstationsnetzwerk verbunden ist und ein Netzwerkmodem, eine Netzwerkschnittstelle und eine Anzeige/Steuerung enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Netzwerkmonitor mit Land- und Funknetzwerken eines Betreibers in Kommunikation steht, wobei die Land- und Funknetzwerke des Betreibers imstande sind, mit einer automatischen Notabschaltung zu kommunizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bezieht sich auf eine Rohrleitung, die über der Erde, dem Eis oder Wasser bzw. unter der Erde oder im Eis oder im Wasser angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Fluid Gas und Chemikalien (synthetische, organische, anorganische, und natürliche Fluide einschließlich flüssiger Nahrungsmittel) verflüssigtes Erdgas, verflüssigtes Gas einschließlich Propan und Butan, Rohöl, Wasser, Erdöl, Leichtöl oder Teersandöl enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend ein (LED) Leuchtdioden-Ortsstatusindikator.