DE1590313C3 - Anordnung zum Schutz von Rohrleitungen, insbesondere von druckgasgeschützten Kabelanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz von Rohrleitungen, insbesondere von druckgasgeschützten Kabelanlagen, gegen das Eindringen von Feuchtigkeit in die Kabelseele, bei welcher beim Auftreten einer Leckstelle in der Rohrleitung bzw. im Kabelmantel aus einem Gasvorratsbehälter oder einem Kompressor über eine Speiseleitung Schutzgas in die Kabelanlage nachgespeist wird.

Hochwertige Kabelanlagen werden zum Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit durch Einspeisen von Gasen, z. B. Stickstoff oder Luft, auf einen gegenüber ihrer Umgebung höheren Druck gebracht. Beim Undichtwerden des Kabelmantels oder der Garnituren tritt das Schutzgas an der Leckstelle aus. Die Gasverluste an der Leckstelle führen zu einem Abfall des Kabeldrucks, wodurch von beiden Seiten her eine Gasströmung zur Fehlerstelle hin einsetzt. Es sind Kabelüberwachungseinrichtungen bekannt, bei welchen an den Speisepunkten am Anfang und Ende des pneumatischen Abschnitts durch eine laufende Nachspeisung ein konstanter Druck aufrechterhalten wird, so daß die an einer Leckstelle entstehenden Gasverluste solange ausgeglichen werden, bis der Gasvorrat in den Hochdruckvorratsflaschen erschöpft ist oder bei Kompressoranlagen der Kompressor aussetzt.

ίο Bei anderen Anlagen werden die Gasverluste durch eine pulsierende Nachspeisung, z. B. durch welchelseitige Entleerung und Wiederauffüllung eines zwischen die Gasvorratsanlage und die Kabelanlage geschalteten Meßbehälters ausgeglichen. Derartige Anlagen werden in den DT-AS 10 14 621 und 10 50 418 beschrieben, die dem Anzeigen, Orten und Abschätzen der Größe einer Gasundichtheit in einem druckgasgeschützten Kabel dienen. Die Kabelanlage weist hierzu einen z. B. durch einen Kompressor gespeisten Pufferbehälter auf, der über ein Absperrventil einen Meßbehälter speist. Von hier aus gelangt das Gas an ein Reduzierventil, das den Gasdruck auf 2 atü reduziert. Anschließend folgt ein Feindruckregler, der den Gasdruck auf 0,6 atü vermindert und den Druck im Kabel konstant hält. Über ein weiteres Ventil wird das Kabel pneumatisch zu- oder abgeschaltet. Bestimmungsgemäß wird die Anlage zum Anzeigen, Orten und Abschätzen der Größe einer Fehlerstelle eingesetzt und zwar unter Verwendung einer Impulszählvorrichtung. Gezählt wird hier die Anzahl der Füllungen des als Volumennormal dienenden Meßbehälters, wodurch man Angaben über die in die Kabelanlage einströmende Gasmenge erhält. Da diese Zähleinrichtung nur dann ein auswertbares Ergebnis liefern kann, wenn die Gasfüllung des Meßbehälters immer wieder auf den vorgesehenen Gasdruck gebracht wird, muß die Kompressoranlage für den maximal möglichen Gasverlust ausgelegt werden.

Da die Größe der Gasverluste in diesen Anlagen außer von der Größe des Lecks, auch von der Höhe des Nachspeisedrucks, des Strömungswiderstands des Kabels und von der Entfernung der Leckstelle zu den Nachspeisestellen abhängig ist, treten bei gleicher Fehlergröße und gleichem Nachspeisedruck unterschiedlich hohe Gasverluste auf. Je näher dabei die Fehlerstelle zum Anfang oder Ende des pneumatischen Abschnitts liegt, umso größer werden die von den Nachspeiseeinrichtungen zu ergänzenden Gasmengen.

Die Gasverluste können dabei, selbst bei kleinen Mantelschäden (Querschnitt der Leckstelle in der Größenordnung von 1 mm²) bis zu 1000 N L je Stunde betragen. Da die Größe der Gasflaschen begrenzt ist, kann der zur Verfügung stehende Gasvorrat bei in der Nähe liegenden Fehlern in wenigen Stunden verbraucht sein. Der Kabeldruck in den beschädigten Kabein fällt dann in kurzer Zeit soweit ab, daß er an der Leckstelle nicht mehr den Druckänderungen der Umgebung (atmosphärische Druckschwankungen, Ansteigen des Grundwasserspiegels) folgt und somit Feuchtigkeit in die Kabelseele eindringen kann.

Um diesen Zeitpunkt nach Möglichkeit hinausschieben zu können, setzt bei bekannten Anlagen die automatische Nachspeisung erst dann ein, wenn der Betriebsdruck erheblich abgesunken ist. Beispielsweise kann bei einem Betriebsdruck von 0,5 atü der Nachspeisedruck 0,2 atü betragen. Bei Kabelanlagen mit einem maximalen Abstand der Speisepunkte bis zu 20 km und einem spezifischen Strömungswiderstand der Kabel in der Größenordnung von

100 - ΙΟ"⁶ p.s/cm⁶ ist nach den bisherigen Erfahrungenein Nachspeisedruck von 0,2 atü auch vollkommen ausreichend, um bei Fehlerstellen in der Mitte zwischen den Nachspeisestellen die Druckschwankungen der Kabelumgebung auffangen zu können.

Wird aus irgendwelchen Gründen der Abstand der Speisestellen größer gewählt oder sollen Kabel mit höherem Strömungswiderstand geschützt werden, so muß, um den Druckgasschutz über die ganze Kabelstrecke aufrechtzuerhalten, der Nachspeisedruck erhöht werden. Durch diese Druckerhöhung würde jedoch der zur Verfügung stehende Gasvorrat bei einer Fehlerlage in der Nähe der Speisestellen durch die entsprechend dem höheren Druck größeren Gasverluste in sehr kurzer Zeit verbraucht sein und das Kabel wäre dann nicht mehr ausreichend gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützt.

Für einen ausreichenden Schutz der Kabelanlagen wären somit für den selten auftretenden Extremfall dimensionierte Gasvorratsbehälter bzw. Kompressoranlagen erforderlich, die natürlich sehr teuer und aufwendig sind.

Um den für den Schutz von Anlagen erforderlichen Aufwand geringer halten zu können, sind bei der Anordnung nach der Erfindung zur Begrenzung des Nachspeisegasflusses ein oder mehrere Strömungswiderstände zwischen zwei in die Speiseleitung eingebauten Druckminderern angeordnet. Im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen wird somit der volle Betriebsdruck an der Speisestelle nur so lange aufrechterhalten, wie sich die Gasverluste, deren Höhe sonst von der Größe des Lecks, dem spezifischen pneumatischen Widerstand des Kabels, dem Nachspeisedruck und der Entfernung des Lecks von den Nachspeisestellen abhängt, unterhalb eines bestimmten Wertes halten. Als Strömungswiderstände können beispielsweise Blenden, Düsen oder Kapillaren dienen, die vorteilhafterweise einstellbar ausgebildet sind und auf diese Weise die Einstellung der maximalen Nachspeisemenge für das Schutzgas ermöglichen. Man erzielt damit bei einem gegebenen Gasvorrat eine Einstellmöglichkeit für eine bestimmte wählbare Mindestschutzzeit.

Die Anwendung von Kapillaren zur Begrenzung des Nachspeisegasflusses wird an sich bereits in dem deutschen Patent 12 26 183 vorgeschlagen. Bei der dort beschriebenen Einrichtung soll ein Gasvorratsbehälter über eine Speiseleitung, einen Druckregler und einen pneumatischen Widerstand an das Kabel angeschlossen werden. Der Betriebsdruck wird somit durch den Druckregler bereits vor dem pneumatischen Widerstand, an den das Kabel unmittelbar angeschlossen ist, bestimmt. Demgegenüber liegt bei der Anordnung nach der Erfindung vor dem pneumatischen Widerstand ein Zwischendruckregler, der den Gasdruck lediglich z. B. auf 5 atü reduziert, während der Betriebsdruck für das Kabel erst durch einen dem pneumatischen Widerstand nachgeschalteten Betriebsdruckregler bestimmt wird. Dadurch ergeben sich wesentliche Unterschiede zwischen dem älteren System und dem System gemäß der Erfindung bezüglich des Betriebs-Verhaltens. Bei dem neuen System bleibt der Betriebsdruck am Kabelanfang im Fehlerfalle konstant, wenn eine normale Fehlergröße vorliegt. Ein Druckabfall tritt erst bei größeren Fehlern in Amtsnähe ein; hierdurch wird das Kabel besser geschützt als bei Anwendung des älteren Systems, bei dem der Druckregler unmittelbar am Kabel nicht vorhanden ist. Bei Fehlern in Feldmitte des pneumatischen Abschnitts wird der zum Schutz des Kabels erforderliche Gasstrom durch den gleichbleibenden Betriebsdruck des Reglers am Kabelanfang aufrechterhalten, während bei dem älteren System der erforderliche Gasstrom im Fehlerfalle über den dem Druckminderer nachgeschalteten pneumatischen Widerstand gemindert wird.

Beim Vergleich der beiden Systeme kann man weiter feststellen, daß der pneumatische Widerstand bei dem neuen System ein verhältnismäßig hohes Druckgefälle, nämlich, wie aus F i g. 1 ersichtlich, von z. B. 5 atü am Ventil Dl und von 0,5 atü am Regler DII überbrückt, während der pneumatische Widerstand bei dem älteren System lediglich zwischen einem den Betriebsdruck (0,5 atü) festlegenden Druckminderer und dem Kabel liegt; der pneumatische Widerstand wirkt hier praktisch als pneumatische Verlängerung des Kabels.

Die Anwendung von Kapillaren in druckgasüberwachten Kabelanlagen ist an sich bekannt und zwar bei pneumatischen Meßverfahren zur Ortung von Bleimantelschäden in langen Fernmeldekabeln (Liste 100 der Maschinenbau Hafenhütte, Peter Lancier, Münster/Westfalen, Ausgabe 1958). An den beiden Enden eines Überwachungsabschnitts ist je eine Gasnachspeisestelle angeordnet und ein Feindruckmesser vorgesehen, der von einem Druckgasbehälter aus gesehen hinter einem Reduzierventil angeschlossen ist. Die Druckwerte des Speisegases sind mittels dieser Feindruckmesser vor Durchführung einer Messung an den beiden Nachspeisestellen auf gleiche Werte einzuregeln und zwar mit Hilfe der Reduzierventile. Von jedem Feindruckmesser führt eine Kapillare zu einem weiteren Feindruckmesser, der unmittelbar an der Speisestelle des Fernmeldekabels angeschlossen ist und somit die jeweilige Größe des an der Speisestelle herrschenden Gasdrucks anzeigt. Durch den Strömungswiderstand der Kapillare entsteht ein Druckgefälle, welches durch die vor und hinter den Kapillaren angeordneten Feindruckmesser zu ermitteln ist. Nach bestimmten Auswertungsmethoden kann die Lage des Fehlers in der Meßstrecke ermittelt werden. Die Kapillaren dienen bei diesem Meßverfahren dazu, eine günstige Anpassung der Druckverhältnisse zu erreichen, die von der Kabellänge und vom Kabeltyp abhängen. Sie zielen nicht auf eine Begrenzung des Gasflusses und werden nur im Zusammenhang mit einer Fehlerortung verwendet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Prinzip einer Anordnung nach der Erfindung. Aus der Hochdruckflasche FL wird das Schutzgas entnommen, dessen Druck durch den Druckminderer DI auf einen Zwischendruck, z. B. 10 atü, herabgesetzt wird. Manometer Af I zeigt den Druck in dem Vorratsbehälter Fl an. Im als Filter wirkenden Abscheider A werden Verunreinigungen zurückgehalten. Über die regelbare Blende S erreicht das Gas den Feindruckregler DII, der auf den Betriebsdruck der Kabelanlage K eingestellt ist. Vor dem Druckregler DII ist ein Manometer F und nach dem Druckregler unmittelbar an der Kabelspeisestelle das Manometer MII angeschlossen. Entsteht in der Kabelanlage ein Leck, so setzt von den beiden Enden des pneumatischen Abschnitts einer Kabelanlage aus eine Gasströmung zur Fehlerstelle hin ein. Mit steigendem Gasfluß fällt der Druck hinter der Blende S ab. Erreicht der Gasfluß den mittels der Blende S eingestellten und für die Aufrechterhaltung des Druckgasschutzes ausreichenden Wert, so ist der Druck bis auf den Druck der

äußeren Umgebung abgesunken. Da der Regler DII im Fehlerfalle für die Gasströmung offen ist, fällt damit auch der Nachspeisedruck hinter dem Regler DII umso mehr ab, je näher die Fehlerstelle zum Speisepunkt liegt. Die nachströmende Gasmenge bleibt dabei nahezu gleich groß, da der Druck hinter der Blende S von der Größe der Gasströmung abhängig ist, kann das Manometer Fin Nl/h geeicht werden, so daß hier die Größe des Gasflusses gemessen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der in F i g. 1 beschriebenen Anordnung ist in F i g. 2 angegeben. Die Anordnung ist für eine zweigleisige, durchlaufende Kabelanlage ausgebaut, die hier nach beiden Seiten pneumatisch abgeschlossen überwacht und im Fehlerfalle laufend nachgespeist wird. Die Anordnung besteht aus dem in der Figur unten befindlichen Flaschenfeld FF, dem im mittleren Teil befindlichen Versorgungsfeld VFund dem im oberen Teil untergebrachten Überwachungsfled ÜF. Als Gasvorratsbehälter dienen die Flaschen FIX und F/2, die über die Druckminderer CA, D5 und DS an das Ventil 12 angeschlossen sind. Die Manometer M3 und M5 zeigen den Druck in den Vorratsflaschen und das Manometer M4 den Zwischendruck am Ventil 12 an. Das Auffüllen der Kabelabschnitte Ki und K2 erfolgt unter Umgehung der Blenden Sl und 52 über das Ventil 12, Druckminderer D3, die Ventile 4 und 3 bzw. 5 und, je nachdem welches Kabel gefüllt werden soll, über die Ventile 1,2,6 oder 7. Da die Druckminderer D3, CA, D5 und DS fest eingestellt sind, bedarf es hierzu nur der öffnung der betreffenden Ventile. Im Betriebszustand, also bei mit Gas gefüllten Kabeln, sind die Ventile 3, 4, 5, 8, 9, 10 und 11 geschlossen, während die Ventile 1, 2,6, 7 und 12 geöffnet sind. Tritt in der Kabelanlage ein Leck auf, so setzt eine Gasströmung über das Ventil 12, die fest eingestellten, als Stoßminderer wirkenden Blenden Bi bzw. Bl, die Abscheider Ai bzw. A2, die veränderbaren Blenden 51 bzw. Sl und die Druckminderer D\ bzw. Ed zum fehlerhaften Kabel hin ein. Durch diese Gasströmung entsteht vorwiegend an den Blenden 51 bzw. 52 ein Druckabfall, der selbst bei offenem Kabelmantel in der Nähe der Speisestelle die Größe der in ein Kabel nachströmenden Gasmenge nicht über einen festen, mit den Blenden 51 bzw. 52 einstellbaren Endwert ansteigen läßt. Die Manometer M1 und Ml sprechen auf den Kabeldruck an, während die Manometer Fl und Fl den Gasdruck in Speiserichtung gesehen hinter den Blenden 51 bzw. Sl messen. Da der Gasdruck hinter den Blenden 51 bzw. 52 von der Größe der strömenden Gasmenge abhängig ist, kann durch die Manometer Fl bzw. F2 auch die Größe der Gasverluste gemessen werden, wenn diese z. B. in Nl/h geeicht werden. Die Kontaktgeber Ko 1 bzw. Ko 2 können nun so einge-

'5 stellt werden, daß sie Kontakt geben, sobald der Nachspeisefluß eine bestimmte, wählbare Größe erreicht. Die Druckminderer CA und D5 sind auf einen unterschiedlich hohen Abgabedruck eingestellt, z. B. CA auf 13atü und D5 auf 11 atü. Treten Gasverluste auf, so werden sie zunächst nur von der F/l über CA (13 atü) ergänzt. Nach Erschöpfung des Gasvorrats in F/l erfolgt die weitere Nachspeisung durch F/2 über D5 (11 atü). Der Zwischendruck vor dem Druckminderer D6 fällt also von 13 atü auf 11 atü. Ist nun der Kontaktgeber Keß auf 12 atü Ansprechdruck eingestellt, so erfolgt eine Kontaktgabe, sobald die Vorratsflasche F/l praktisch entleert ist und gegen eine volle Flasche ausgewechselt werden muß. Der nachgeschaltete Druckminderer D6 ist auf 10 atü Abgabedruck eingestellt und ■ sorgt dafür, daß unabhängig davon, ob die Nachspeisung aus F/l oder F/2 erfolgt, ein gleichbleibender Druck vor den Blenden 51 und Sl aufrechterhalten wird.

Die Prüfstutzen Pi und P2 dienen zum Anlegen der

Prüfleitungen für Kontroll- oder Fehlermessungen. Der Prüfstutzen P2 kann über die Ventile 8, 9, 10 und 11 wahlweise an irgend einen der Kabelabschnitte angeschlossen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Schutz von Rohrleitungen, insbesondere von druckgasgeschützten Kabelanlagen, gegen das Eindringen von Feuchtigkeit in die Kabelseele, bei welcher beim Auftreten einer Leckstelle in der Rohrleitung bzw. im Kabelmantel aus einem Gasvorratsbehälter oder einem Kompressor über eine Speiseleitung Schutzgas in die Kabelanlage nachgespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des Nachspeisegasflusses ein oder mehrere Strömungswiderstände zwischen zwei in die Speiseleitung eingebauten Druckminderern angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Flußrichtung hinter dem bzw. den Strömungswiderständen ein Druckmesser zur Ermittlung der Größe des Gasflusses eingebaut ist.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Flußrichtung hinter dem bzw. den Strömungswiderständen ein Kontaktgeber zur Meldung des Abfalls des Gasdrucks auf einen bestimmten Wert eingebaut ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Ventile oder Mehrwegehähne zur wechselweisen Anschaltung der einzelnen zu überwachenden Leitungen bzw. Kabel an einen Betriebs- oder Meßkreis.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Strömungswiderstand ein mechanisch wirkendes Filter eingebaut ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an mehrere an die Anlage anschaltbare Gasvorratsbehälter bzw. Kompressoren Druckminderer angeschlossen sind und daß diese auf einen solchen unterschiedlichen Druck eingestellt sind, daß zunächst der erste Vorratsbehälter bzw. die erste Kompressor-Anlage den Gasnachspeisebedarf deckt und beim Leerwerden dieses ersten Vorratsbehälters bzw. beim Stillstand der Kompressor-Anlage ein zweiter Vorratsbehälter od. dgl. die Nachspeisung übernimmt.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meldung des Abfallens von Gasdrücken Kontaktgeber vorgesehen sind.