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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Orten von Undichtheiten
an erdverlegten Gasleitungen und die Ausgestaltung einer Vorrichtung dazu. Die sich
in den letzten Jahren ständig erweiternden Gasnetze für die Industrie und die Haushalte
erfordern eine zunehmend strengere Überprüfung dieser Gasleitungen auf Undichtheiten.
Es sind daher Verfahren und Geräte entwickelt worden, mit denen in der Regel der
Methangehalt (CH4) in den Industrie- und Stadtgasen nachgewiesen wird.
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Bei den bekannten Verfahren zum Orten von Undichtheiten an erdverlegten
Gasleitungen werden mittels einer Sonde über den Rohrtrassen Gasproben von einer
Pumpe abgesaugt und einem Wasserstoffflammenionisationsgerät mit einer elektronischen
Anzeige zugeführt. Die entwickelten Geräte sind dabei tragbar oder in eigens dafür
eingerichteten Fahrzeugen untergebracht.
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Ein solches Wasserstofffiammenionis ationsgerät arbeitet nach folgendem
Prinzip: Bei der Verbrennung von Wasserstoff in Luft entsteht ein nahezu unmeßbar
kleiner Ionenstrom, der jedoch um viele Zehnerpotenzen wächst, wenn dem Brenngas
Spuren organischer Substanzen beigemischt werden. Der Ionenstrom ist dabei im wesentlichen
der Menge der zuströmenden Kohlenwasserstoffmoleküle proportional. Ein solcher sogenannter
»Kohlenwasserstoffanalysator« besteht aus einer Brenngasversorgung, Druckluftversorgung,
Brennersystem, Probenzuführung und einem elektronischen Verstärker. Die zu analysierende
Probe wird dem Wasserstoff beigemischt. Die bei der Verbrennung freiwerdenden Ionen
werden in einem elektrostatischen Feld beschleunigt, dessen Elektrode der Brenner
selbst ist und dessen zweite Elektrode ein über der Flamme angebrachter ringförmiger
Kollektor ist. Der Ionenstrom wird über einen Verstärker zur Anzeige gebracht. Die
Eichung erfolgt bei diesem Verfahren mit einem Methangas.
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Die Aufgabe des allgemeinen Verfahrens zur Ortung von Undichtheiten
an erdverlegten Leitungen besteht darin, geringste Mengen an Kohlenwasserstoffen,
vornehmlich Methan, zu registrieren, die den Pegel der umgebenden Atmosphäre mit
Kohlenwasserstoffen übersteigen.
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Die bekannten Geräte und Einrichtungen, die nach diesem Verfahren
arbeiten, haben den Nachteil des ungenauen Nachweises und einer langen Verzögerung
in der Anzeige. Die Gründe für diese Mängel liegen in der Hauptsache darin, daß
die Umgebungsatmosphäre der Gasleitungstrassen auch bei dichten Leitungen mehr oder
weniger große Mengen an Kohlenwasserstoffen enthält. Diese Verunreinigungen können
beispielsweise von den Auspuffgasen oder den Abgasen der Industrie herrühren. Eine
Eichung der Anzeigegeräte auf die Atmosphären ist jedoch umständlich, da die Kohlenwasserstoffkonzentrationen
sich ständig verändern.
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Die langen Verzögerungszeiten bei der Anzeige des Flammenionisationsgerätes
sind bei der Feststellung der undichten Leitungsstellen sehr nachteilig, da die
Ortung der Gasundichtheit damit nur in einem größeren Bereich angegeben werden kann.
Um also die Undichtheit genau auf der Trasse angeben zu können, ist eine große Empfindlichkeit
und eine rasche Anzeige einer solchen Einrichtung zum Orten von Undichtheiten an
erdverlegten Gasleitungen notwendig.
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Durch die Erfindung wird daher ein Verfahren zum Orten von Undichtheiten
an erdverlegten Gasleitungen vorgeschlagen, bei dem mittels einer Sonde über den
Rohrtrassen Gasproben mit einer Pumpe abgesaugt und einem Wasserstoffflammenionisationsgerät
mit elektronischer Anzeige zugeführt werden, mit dem Kennzeichen, daß ein Teil der
Gasprobe in den Brenner des Wasserstofflammenionisationsgerätes hineingedrückt wird,
wobei in der Druckleitung der Pumpe ein oder mehrere Molekularsiebe angeordnet sind.
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Bei den bekannten Verfahren zum Orten von Undichtheiten wird die
Gasprobe in das Flammenionisationsgerät hineingesaugt. Mit einer solchen Sauganordnung
sind jedoch nur geringe Unterdrücke zu erzielen, so daß sich insbesondere bei Sonden
mit langen Ansaugschläuchen große Verzögerungszeiten ergeben, bis die Probe am Flammenionisationsgerät
angelangt ist. Die Erfindung schlägt daher die Druckanordnung der Pumpe vor, so
daß die erfindungsgemäße Einrichtung mit hohen Drücken arbeiten kann, die hohe Gasgeschwindigkeiten
in den Leitungen ermöglichen und die Anzeigeverzögerungen weitgehend herabsetzen.
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Um insbesondere die schweren Kohlenwasserstoffe, die meistenteils
in den Gasproben ebenfalls enthalten sind, vom Flammenionisationsgerät fernzu halten,
verwendet das erfindungsgemäße Verfahren in der Druckleitung der Pumpe sogenannte
Molekularsiebe, die Feuchtigkeit und schwere Kohlenwasserstoffe weitgehend absorbieren,
so daß im wesentlichen nur Methan, falls vorhanden, in der Luftprobe verbleibt.
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Molekularsiebe sind Zeolithe, d. h. Alkalimetallaluminosilikate.
Durch Austreiben des Hydratwassers bilden sich bei diesen Verbindungen einheitliche
Höhlen, in denen später die eigentliche Adsorption stattfindet. Diese synthetischen
Zeolithe zeichnen sich durch regelmäßige und einheitliche Kristallstruktur aus.
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Durch Austausch von Natriumionen gegen Calziumionen, durch Verwendung
anderer Bindemittel und geringfügige Änderung der chemischen Zusammensetzung werden
die unterschiedlichsten Eigenschaften der verschiedenen Typen erhalten.
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Diese Molekularsiebe werden in der Regel in Kugel-, Stab- oder Pulverform
hergestellt.
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Molekularsiebe absorbieren besonders die kleinen Moleküle, weiterhin
werden polare Moleküle durch unpolare oder weniger polare bevorzugt. Diese Polarität
hat einen äußerst starken Einfluß auf die Adsorptionsselektivität. Dank dieser Eigenschaften
können auch ungesättigte Kohlenwasserstoffe von gesättigten getrennt werden. Die
Molekularsiebe werden hauptsächlich zur Trocknung, Gasreinigung (Wasser und CO2)
und zur Entfernung ungewünschter Komponenten in einem Gasstrom benutzt.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Molekularsieb, das aus einem
Alkalimetall-Aluminium-Silikat besteht, welches Moleküle mit einem kritischen Durchmesser
zwischen 4 und 10 Angström adsorbiert. Ein solches Molekularsieb eignet sich insbesondere
zur Adsorption von Wasser und Kohlenwasserstoff.
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Im folgenden wird an Hand der Abbildungen die Erfindung erläutert.
Es zeigt A b b. 1 das Verfahrensschema und
A b b. 2 einen Schnitt
durch eine erfindungsgemäße Molekularsiebvorrichtung.
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Nach dem vorgeschlagenen Verfahren wird mittels einer Sondel über
der erdverlegten Gasleitung, der sogenannten Rohrtrasse, die Atmosphäre abgesaugt
von einer Pumpe 3 über eine Zuleitung 2. Die Pumpe 3 drückt über die Druckleitung
4 die Gasproben durch eine oder mehrere Molekularsiebvorrichtungen 5, wozu bereits
eine erhebliche Druckhöhe notwendig ist, die bei einem Saugverfahren kaum aufgebracht
werden kann. Über einen Sypaßird deGgrößtv Teil- der- Probe- wieder in die Atmosphäre
gelassen, nur ein geringer Teil gelangt über ein Kapillarrohr 7 in den Brenner 9
eines Wasserstoffflammenionisationsgerätes 8.
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In diesem Gerät 8 brennt eine Wasserstoffflamme unter Luftzugabe.
Die Probenluft wird dem Wasserstoff beigemischt und bewirkt je nach Gehalt an Kohlenwasserstoffmolekülen
einen mehr oder minder starken freien Ionenstrom aus der Wasserstoffflamme.
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Im Gerät 8 wird ein elektrostatisches Feld aufrechterhalten, dessen
eine Elektrode der Brenner 9 ist und dessen andere Elektrode ein ringförmiger Kollektor
10 ist. Der so fließende Ionenstrom wird elektronisch verstärkt und registriert.
Seine Veränderung gegenüber einer Nullpunkteinstellung zeigt den Gehalt an Kohlenwasserstoff
an.
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Da die Industrie- und Stadtgase einen hohen Gehalt an Methan (CH4)
haben, beschränkt sich das Verfahren in dieser Ausführungsform auf die Registrierung
des Methans. Um Anzeigeverfälschungen durch andere, meistens schwere Kohlenwasserstoffe
zu vermeiden, sind erfindungsgemäß die Molekularsiebvorrichtungen 5 eingesetzt,
die durch eine Verbindungsleitung 11 miteinander verbunden sind.
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Sie dienen insbesondere der Adsorption von Wasser und schweren Kohlenwasserstoffen.
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Eine solche Molekularsiebvorrichtung zeigt die A B. 2. In einem durch
Abschlußdeckel 21 und 22 luftdicht verschlossenen Metallzylinder 20 sind Molekularsiebe
in Kugel-, Stab- oder Pulverform eingefüllt. In den Zylinder 20 ragen die Eintritts-bzw.
Austrittsstutzen 23 und 24 für die Probenluft hinein. Um ein Eintreten der verteilten
Molekularsiebe in diese Stutzen zu verhindern, sind sowohl oben als auch unten Metallsiebe
25 und 26 vorgesehen.
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Zum Regenerieren dieser Molekularsiebvorrichtungen bzw. der eingefüllten
Molekularsiebe 30 ist in den Metallzylinder 20 eine thermostatgesteuerte, elektrische
Heizung27, teilweise-in Heizschlangenform, vorgesehen. Die Enden dieser Heizung
sind durch die Abdeckung22 nach außen geführt, ein Thermostatstab 29 ist zentrisch
eingesetzt. Der Thermostatregler28 ist oben aufgesetzt.
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Zur Regenerierung wird durch die Eintritts- bzw.
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Austrittsstutzen 23 und 24 Spülluft oder ein Spülgas, vornehmlich
im Gegenstromverfahren, durch das Molekularsieb hindurchgebelasen. Diese Regenerierung
verläuft am besten bei höheren Temperaturen, die für die einzelnen Siebtypen in
Versuchen ermit-
telt wurden. Zur Austreibung des adsorbierten Wassers wird die Spülluft
durch den Stutzen 23 eingegeben, so daß freiwerdendes Wasser am Stutzen 24 ausfließen
kann.
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Da die Regenerierung bestimmte Mindestzeiten benötigt, erfolgt ein
solches Regenerieren vorteilhafterweise mit einer Zeituhr, die sowohl die Spülluftpumpe
als auch die Heizung steuert.
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Die Siebvorrichtungen eignen sich für die Parallel- und Hintereinanderschaltung;
sie sind leicht auswechselbar und auf einfache Weise regenerierbar.
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Dasfflerfahren zum Orten von-Undichtheiten an erdverlegten Gasleitungen
hat sich mit seinen Vorrichtungen als besonders geeignet erwiesen für den »Gasspüreinsatz«
mit eigens dafür ausgerüsteten Fahrzeugen. In den Fahrzeugen sind dabei die gesamten
Einrichtungen untergebracht mit dem Anzeigegerät. meistenteils verbunden mit Anzeigeschreibern.
Es ist daher notwendig, daß die Gasprobensonden mit verhältnismäßig langen Ansaugschläuchen
verbunden werden müssen. Um die Anzeigeverzögerungen weitgehend zu vermeiden, sind
hohe Gasgeschwindigkeiten notwendig, die nach dem Verfahren erreicht werden können
und von der vorgeschlagenen Vorrichtung auch verarbeitet werden.