DE1806875B2 - Rohrmolch zur Erkennung und Ortung von Lecks in Rohrleitungen - Google Patents

Rohrmolch zur Erkennung und Ortung von Lecks in Rohrleitungen

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Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrmolch zur Erkennung und Ortung von Lecks in Rohrleitungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Rohrmolche sind bekanntlich Prüfgeräte, die mittels der strömenden Flüssigkeit z. B. durch eine Ölleitung bewegt werden und mit einer Meß- und Auswerteinrichtung für Signale ausgerüstet sind, die charakteristischerweise an Stellen in der Rohrleitung auftreten, an denen ein Leck in der Rohrwandung vorhanden ist.
Aus der US-PS 29 40 302 ist ein derartiger Rohrmolch bekannt, dessen Meß- und Auswerteinrichtung außer einem ersten Druckgradienten-Meßaufnehmer für die Erfassung der Lecks und die Erzeugung eines leckspezifischen Ausgangssignales einen zweiten Meßaufnehmer aufweist, der auf die Höhe des Druckes in der Rohrleitung anspricht und dessen druckabhängiges Ausgangssignal kontinuierlich aufgezeichnet wird. Dies dient bei dem bekannten Rohrmolch dem Zweck, die jeweilige Stellung des Rohrmolches in der Rohrleitung bei Erfassung eines Lecks und damit die Lage des erfaßten Lecks anhand der Aufzeichnung rekonstruieren 7U können F.s wird hierbei von der Überlegung ausgegangen, uaß der Druck in der Rohrleitung ortsabhängig in bekannter Weise unterschiedlich ist.
Im Gegensatz geht die Erfindung von einem Rohrmolch aus, dessen Meß- und Auswerteinrichtung auf Ultraschall-Basis arbeitet, also die von Lecks ausgehenden Ultraschallgeräusche erfaßt, und bei dem das Problem der Ermittlung der Lage erfaßter Lecks bereits in geeigneter Weise gelöst ist. Neben dem Nachweis von Lecks und der Feststellung ihrer Lage ist es von mindestens ebenso großer Bedeutung, für die Abschnitte einer untersuchten Rohrleitung, in denen vom Rohrmolch keine Lecks festgestellt wurden, die sichere Aussage machen zu können, daß tatsächlich keine Lecks vorhanden sind. Eine solche Aussage setzt die Gewißheit voraus, daß die Meß- und Ausweüein-
Ki richtung des Rohrmolches während seiner oft mehrere Tage dauernden Reise durch eine Rohrleitung stets funktionsfähig war. Die Oberprüfung der Funktionsfähigkeit eines Rohrmolches während seiner Reise und gleichzeitig die Feststellung der Lage ermittelter Lecks
ι ι kann bei einer auf Ultraschall-Basis arbeitenden Meß- und Auswerteinrichtung mittels künstlicher Ultraschall-Schwingungsquellen erfolgen, die an bekannten Stellen der Rohrleitung angebracht sind und dort Lecks simulieren, die vom Rohrmolch wie echte Lecks erfaßt
:<i werden, aber z. B. durch eine Modulation der Schwingung von echten Lecks unterscheidbar sind. Die Aufzeichnungen der künstlichen Lecks stellen Fixpunkte dar, anhand welcher die Lage echter, dazwischenliegender Lecks durch Interpolation ermittelt werden kann. Gleichzeitig kann man mit einem hohen Maß an Wahrscheinlichkeit von einer ständigen Funktionsbereitschaft der Meß- und Auswerteinrichtung des Rohrmolchs ausgehen, wenn sämtliche künstlichen Lecks während einer Reise aufgezeichnet worden sind.
in Es hat sich nun aber gezeigt, daß bei einem Rohrmolch, dessen Meß- und Auswerteinrichtung auf Ultraschall-Basis arbeitet, es selbst dann, wenn eine ständige Funktionsfähigkeit der Meß- und Auswerteinrichtung unterstellt werden kann, nicht garantiert ist,
:*> daß alle tatsächlich vorhandenen Lecks erfaßt werden. Es können nämlich in der untersuchten Rohrleitung zeit- oder abschnittsweise Verhältnisse herrschen, die die Ultraschall-Erfassung von Lecks trotz richtig arbeitender Meß- und Auswerteinrichtung vereiteln.
ψι Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit der Ultraschall- Leckerkennung mit einem Rohrmolch nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 insofern zu verbessern, als bestimmte Verhältnisse in der Rohrleitung, unter welchen Lecks
•r. anhand der von ihnen ausgehenden Ultraschall-Geräusche nicht mehr mit Sicherheit erkannt werden können, bei der Messung und Aufzeichnung berücksichtigt werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit dem im
Vi Anspruch I gekennzeichneten Rohrmolch gelöst.
Der erfindungsgemäße Rohrmolch beruht auf der Erkenntnis, das bei Unterschreiten eines bestimmten Referenzwertes des Druckes in der Rohrleitung eine sichere Erkennung von Lecks anhand der von ihnen
ν, ausgehenden Ultraschall-Geräusche nicht möglich ist. Mittels des druckempfindlichen Meßaufnehmers bzw. des Druckaufnehmers wird daher bei der Erfindung die Meß- und Auswerteinrichtung sowie die Registriereinrichtung immer dann ganz oder teilweise außer Betrieb
mi gesetzt, wenn der tatsächliche Druck in der Rohrleitung diesen Referenzwert unterschreitet. Dadurch wird vermieden, daß später in der Aufzeichnung der Registriereinrichtung eine richtige Erfassung von Lecks »vorgetäuscht« wird, obwohl tatsächlich wegen eines zu
η niedrigen Druckes in der Rohrleitung gar keine sichere Erfassung von Lecks möglich war. Mit der Erfindung war also unter der Voraussetzung, daß von einer ständigen Funktionsbereitschaft der Meß- und Auswert-
einrichtung sowie der Registriereinrichtung ausgegangen werden kann, die eindeutige und positive Aussage ermöglicht, ob in denjenigen Abschnitten der untersuchten Rohrleitung, bei deren Durchwanderung die Einrichtungen des Rohrmolches eingeschaltet waren, Leckstellen vorhanden sind oder nicht Für die übrigen Abschnitte der Rohrleitung, bei deren Durchwandern die Einrichtungen des Rohrmolnhes durch den Druckaufnehmer abgeschaltet waren, wird hierdurch angegeben, daß dort eine sichere Leckerkennung nicht möglich war und deshalb andere, ergänzende Methoden der Leckerkennung Anwendung finden sollten.
Das vollständige oder teilweise Abschalten der Einrichtungen des Rohrmolrhes beim Unterschreiten des Druck-Referenzwertes hat noch den weiteren Vorteil, daß so lange, wie eine sichere Leckerkenniing nicht gewährleistet ist, die regelmäßig durch eine Batterie gebildete Stromquelle des Rohrmolches geschont und dadurch dessen Einsatzzeit vergrößert wird.
Der erfindungsgemäße Rohrmolch hat sich insbesondere für die Oberprüfung von langen Überlandleitungen, z. B. Ölleitungen, als günstig erwiesen. Hier ».reten Druckabfälle im Transportgut unter den Referenzwert z. B. in den Abschnitten mit starkem Gefälle auf. Auch eine gelegentlich nicht zu vermeidende zeitweilige Verringerung der Pumpenleistung oder sogar vollständige Unterbrechung des Transports hat zur Folge, daß der in einer Einfuhr-Schleuse für den Rohrmolch während des Einfuhr-Vorganges regelmäßig niedriger als der Referenzwert Hier ergibt die erfindungsgemäße Ausbildung eines Rohrmolches den Vorteil, daß die Einrichtungen des Rohrmolches während der Dauer des Einführens nicht unnötigerweise in Betrieb sind. Zwar spielt in einer Einfuhr-Schleuse die Sicherheit der Leckerkennung keine Rolle, doch werden hier während des Einführens durch Flüssigkeits-Wirbel und dgl. Ultraschall-Schwingungen erzeugt, die echten Lecks entsprechen und zu einem ständigen, überflüssigen Ansprechen der Einrichtungen des Rohrmolches führen würden, wenn e.c die Abschaltung durch den Druckaufnehmer nicht gäbe.
Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rohrmolches nach Anspruch 2 ergibt eine besonders eindeutige und sinnfällige Registrierung von Beginn und Ende der Rohrleitungs-Abschnitte mit unsicherer Leckerkennung. Bei Beginn eines Abschnittes ;nit unsicherer Leckerkennung gibt es einen Vorzeichenwechsel vom Positiven in Negative mit einer entsprechenden Aufzeichnung, während am Ende des Abschnittes mit sicherer Leckerkennung unJ damit am Beginne eines Abschnittes mit sicherer Leckerkennung ein Vorzeichenwechsel vom Negativen ins Positive aufgezeichnet wird. Zweckmäßigerweise legt man das bistabile Element mit einer toten Zone aus, damit nicht jede kleine, für den angestrebten Zweck bedeutungslose Druckschwankung im Bereich des Referenzwertes zu einer entsprechenden Aufzeichnung eines Vorzeichen-Wtchsels führt. Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird die Auswertbarkeit der gewonnenen Aufzeichnung insofern noch erleichtert, als sich neben jeder einzelnen Leck-Aufzeichnung die Bestätigung findet, daß der Druck in der Rohrleitung für eine sichere Leckerkennung ausreichend war.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
Fig. I ein Blockschaltbild eines Rohrmolches zur Erkennung und Ortung von Lecks in Rohrleitungen;
Fig.2 einen Registrierstreifen mit Aufzeichnungen, die von dem Rohrmolch nach Fig. 1 während der Durchwanderung einer Rohrleitung von 153 km Länge erzeugt wurden.
ί Gemäß F i g. 1 umfaßt eine zur Erkennung und Ortung von Lecks in Rohrleitungen bestimmte elektrische Ausrüstung eines Rohrmolches ein Hydrophon 1, das in Berührung mit dem Transportgut in der Rohrleitung, z. B. dem öl, steht und auf Ultraschall-Schwingungen anspricht Das elektrische Ausgangssignal des Hydrophons 1 wird einem Verstärker 2 zugeführt der selektiv im Frequenzband von 35 ± kHz verstärkt Das Ausgangssignal des Verstärkers 2 gelangt zu einem Integrator 3 und einem Demodulator 11. Der Integrator 3 hat eine Zeitkonstante von 1,7 see, wodurch kurzzeitige Störungen ausgeschaltet werden. Beim Passieren einer Leckstelle ändert sich die Amplitude des vom Hydrophon 1 aufgenommenen Ultraschall-Signales. Diese Amplitudenänderung macht sich im Aus-
2(i gangssignal des Integrators 3 bemerkbar. An den Integrator 3 ist ein durch ein Flipnop gebildeter Impulsgeber 4 angeschlossen, der einen Impuls definierter Breite und Höhe abgibt, wenn das Ausgangssignal des Integrators 3 einen bestimmten Wert überschreitet.
2-, Dieser Impuls wird über ein Oderglied 5 einer Registriereinrichtung 6, und zwar dort einem ersten Schreibwerk 7 zugeführt, das ein Typenrad umfaßt, welches in drei verschiedene Stellungen gebracht werden kann. Durch den Impuls vom Oderglied 5 wird
so das Typenrad aus seiner Ausgangsstellung in eine erste Stellung gedreht.
Der Impuls des Impulsgeber 4 wird ferner einem elektronischen Schalter 8 zugeführt, über den der Impuls im geschlossenen Zustand des Schalters 8 zu
i) einem Druckbefehlsgeber 9 gelangen kann, wenn der Umschalter die eine seiner beiden Stellungen einnimmt. Der durch den Impuls angesteuerte Druckbefehlsgeber 9 löst einen Ausdruck des Schreibwerkes 7 und zweier weiterer Schreibwerke 20 und 23 der Registriereinrich-
Ki tung 6 auf einen Papierstreifen entsprechend der jeweilip^n Stellung der Typenräder der Schreibwerke aus. Nach dem Ausdruck wird das Typenrad des Schreibwerkes 7 über ein Rückstellrelais 10 wieder in seine Ausgangsstellung zurückgeführt. Außerderr. wird
v, der Integrator 3 und ein weiterer Integrator 12 durch das Rückstellrelais 10 auf einen Ausgangswert zurückgesetzt.
Das Schreibwerk 7 bewirkt also dann einen Ausdruck, wenn der Rohrmolch eine Leckstelle passiert.
in Längs der Rohrleitung sind an bekannten Stellen künstliche Schwingungsquellen vorgesehen, deren Schwingungsparameter für eine Simulation echter Leckstellen ausgelegt sind, so daß die Anordnung auf die künstliche Schwingungsquellen genauso wie auf eine
-,5 echte Leckstelle anspricht. Allerdings sind die Schwingungen der künstlichen Schwingungsquellen mii einer Frequenz von 70 Hz Amplituden moduliert. Der Demodulator trennt die Modulation vom Träger und beaufschlagt den Integ-ator 12, der eine Zeitkonstante
bo von 1,5 see hat. Das integrierte Ausgangssignal gelangt ZU einem Impulsgeber 13, der wie der Impulsgeber 4 arbeitet. Der vom Impulsgeber 13 abgegebene impuls wird einerseits dem Integrator 3 und andererseits dem zweiten Eingang des Odergliedes 5 zugeführt. Dies hat
hri zur Folge, daß beim Passirren einer künstlichen Schwingungsquelle zwei getrennte Impulse über das Oderglied 5 zum Schreibwerk 7 gelangen und dort das Typenrad in seine zweite Stellung bringen, woraufhin
ein Ausdruck mit einem anderen Zeichen als beim Passieren einer echten Leckstelle, deren Ultraschall-Signal nicht amplitudenmoduliert ist, erfolgt.
Ebenso wie das Hydrophon 1 steht ein Druckaufnehmer 14 in Berührung mit dem Transportgut in der Rohrleitung. Der Druckaufnehmer 14 umfaßt eine fcderbelastete Membran. Ihm ist ein Schwellwertglied zugeordnet, das zwei gegenläufig arbeitende Schalter 15 und 16 umfaßt. Sobald der Druck in der Rohrleitung unter einen bestimmten Referenzwert abfällt, schließt der Schalter 15 und öffnet der Schalter 16; wenn der Druck über den Referenzwert ansteigt, öffnet dagegen Schalter 15 und schließt Schalter 16. Bei einem Druck in der Rohrleitung, der kleiner als der Referenzwert ist, gelangt deshalb das Ausgangssignal des Druckaufnehmers 14 zu einem Impulsgeber 17, während es bei einem den Referenzwert überschreitenden Druck zu einem Impulsgeber 18 gelangt. Die Ausgänge der hridpn Impulsgeber 17 und 18 sind über ein Oderglied 19 mit dem Eingang des zweiten Schreibwerkes 20 verbunden. Dessen Typenrad kann zwei oder auch eine größere, jedoch gerade Anzahl von Stellungen einnehmen und besitzt insgesamt zwei verschiedene Zeichen, die in den einzelnen Stellungen abwechselnd ausgedruckt werden. Das eine Zeichen gibt an, daß der Druck in der Rohrleitung unter dem Referenzwert liegt, das andere, daß der Druck über dem Referenzwert liegt. Da jeder Impuls am Ausgang des Odergliedes 19 auch den Druckbefehlsgeber 9 ansteuert, wird bei jedem Ansprechen des durch die Schalter 15 und 16 gebildeten bistabilen Elementes, also jedesmal, wenn der Druck in der Rohrleitung den Referenzwert durchläuft, ein Ausdruck des Schreibwerkes 20 bewirkt. Wenn das Typenrad des Schreibwerkes 20 zu Beginn der Beobachtung in die dem herrschenden Druck zugeordnete Stellung gebracht worden ist, läßt sich an den anschließenden Ausdrucken ablesen, ob der Druck in der Rohrleitung im Moment des Ausdruckens über oder unter dem Referenzwert gelegen hat.
Da das Schreibwerk 20 über den Druckbefehlsgeber 9 auch durch das Signal der Meß- und Auswerteinrichtung 1—5 ausgelöst ν ird, das auf eine echte oder künstliche Leckstelle zurückgeht, wird außerdem bei jedem Passieren einer echten oder künstlichen Leckstelie der Druck in der Rohrleitung als über oder unter dem Referenzwert liegend aufgezeichnet. Dies geschieht jedoch nur, solange der elektronische Schalter 8 geschlossen ist, weil nur dann der Druckbefehlsgeber 9 von der Meß- und Auswerteinrichtung seine Druckbefehis-lmpulse erhalten kann. Der elektronische Schalter 8 wird durch das Ausgangssignal des Schalters 15 geöffnet, ist also so lange geöffnet, wie der Druck in der Rohrleitung unter dem Referenzwert liegt. Ein Ausdruck echter oder künstlicher Leckstellen unterbleibt also immer dann, wenn der Druck kleiner als der Referenzwert ist. Ein nächster Ausdruck — mit dem Schaltwerk — erfolgt erst wieder dann, wenn der Druck über den Referenzwert ansteigt. Dann können auch wieder, beim Erhalt entsprechender Signals, künstliche und echte Leckstellen mit dem Schreibwerk 7 ausgedruckt werden.
Ein Zeitgeber 21 führt einen Impulsgeber 22 in konstanten Zeitabständen von z. B. 10 see Signale zu, die nach Formung im Impulsgeber 22 das dritte Schreibwerk 23 der Registriereinrichtung 6 ansteuern, welches mit mehreren Typenrädern zum Ausdruck einer Zeitangabe in Stunden, Minuten und Sekunden ausgelegt ist. Da auch das Schreibwerk 23 durch den Druckbefehlsgeber 9 ausgelöst wird, erfolgt zusammen mit jedem Ausdruck des Schreibwerkes 7 und/oder 20 auch ein Ausdruck der jeweiligen Uhrzeit. Anhand der ausgedruckten Zeitangaben kann in Verbindung mit
■> dem Ausdruck der bekannten künstlichen Leckstellen die Wanderung des Rohrmolches durch die Rohrleitung rekonstruiert und die örtliche Lage der aufgezeichneten echten Lecks in der Rohrleitung ermittelt werden. Solange der Druck in der Rohrleitung unter dem
i" Referenzwert liegt, was gleichbedeutend damit ist, daß tatsächlich vorhandene Lecks in der Rohrleitung auf Ultraschall-Basis nicht mit Sicherheit erkannt werden können, unterbleibt in der Registriereinrichtung jede Aufzeichnung. Da jedoch Anfang und Ende der
ii aufzeichnungsfreien Zeit durch den entsprechenden Ausdruck der Schreibwerke 20 und 23 gekennzeichnet sind, kann aus deren Angaben der zugeordnete Abschnitt der Rohrleitung ermittelt v/rrcirn Hpr dann mit anderen Methoden auf Lecks untersucht werden
2d muß.
Der elektronische Schalter 8 kann mittels eines Handschalters 24 überbrückt werden, um für Sonderfälle die Aufzeichnung aller Ausgangssignale der Meß- und Auswerteinrichtung, auch solcher, die bei unter dem
j", Referenzwert liegendem Druck auftreten, erreichen zu können. In jedem Falle wird aber durch den Ausdruck des Schreibwerkes 20 immer angezeigt, daß der Druck unter dem Referenzwert lag.
In nichtgczeigter Weise kann der elektronische
in Schalter 8 auch so ausgelegt sein, daß er zusätzlich die Stromzufuhr zur Meß- und Auswerteinrichtung 1—5 abschaltet, wodurch Strom gespart wird.
An verschiedenen Punkten der Schaltung sind nicht mehr gezeigte Verzögerungselemente eingefügt, die das
i) Ansprechen der Bauelemente der Registriereinrichtung in der richtigen Zeitfolge sicherstellen und außerdem stetes Pendeln einzelner Bauglicder der Schalter verhindern.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für einen mit Ausdrucken
au versehenen Registrierstreifen. Der Registrierstreifen stammt aus einem Rohrmolch, der über eine Strecke von 153 km durch eine Rohrleitung für den Transport von Rohöl gewandert ist. Die Rohrleitung hatte an zwei Steilen »echte«, d. h. durch unmodulierte Schwingungs-
*~> quellen simulierte Lecks sowie an zwei weiteren Stellen »künstliche«, d. h. durch modulierte Schwingungsquellen gebildete Lecks. In der Spalte I erscheinen die von einem Ultraschall-Signal herrührenden Schriftzeichen. Ein L zeigt eine echte, ein Meine künstliche Leckstelle an. In der Spalte II erscheinen die Angaben über den Druck. Eine Ziffer 1 zeigt an, daß der Druck höher als 6 bar war, während eine Ziffer 0 anzeigt, daß der Druck, niedriger als 6 bar war. Die Spalten III, IV und V geben die Zeit in Stunden, Minuten bzw. Sekunden an. Die Zeit schreitet von unten nach oben fort. Am Beginn der Wanderung lautete die Zeitangabe 2 Stunden, 15 min, 30 see.
Am Anfang der Rohrleitung, d. h. bei km Null, war eine künstliche Leckstelle. Deren Schwingung wurde 10 see lang in Teil A des Streifens aufgezeichnet.
In einer Entfernung von 51,4 km vom Anfang der Rohrleitung war eine »echte« Leckstelle vorhanden. Der zugehörige Registriervorgang dauerte 10 see. Der entsprechende Abschnitt B des Streifens beginnt bei 16 Stunden, 4 mir. ynd 50 see.
Als nächstes war in einer sehr kleinen Entfernung von der »echten« Leckstelle eine künstliche Leckstelie vorhanden. Im Abschnitt C des Streifens erscheint die
entsprechende Aufzeichnung während einer Zeitspanne von 10 see.
Schließlich war ?ine »echte« Leckstelle bei km 153 in der Nähe der Endstation vorhanden. Der Abschnitt D des Registrierstreifens zeigt eine 20 see dauernde
Aufzeichnung, die bei 22 Stunden, 33 min und 40 see beginnt. Der Druck in der Rohrleitung betrug stets mehr als 6 bar. Berechnungen mit Hilfe des Förderplans zeigten, daß die Lage der Leckstellen mit einer Toleranz von ± 100 m bestimmt werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;
1. Rohrmolch zur Erkennung und Ortung von Lecks in Rohrleitungen mit einer auf Ultraschallgeräusche in der Rohrleitung ansprechenden Meß- und Auswerteinrichtung, deren Ausgangssignal Lecks erkennen IaBt, mit einer Registriereinrichtung, mit welcher Ausgangssignale der MeB- und Auswerteinrichtung als Funktion der vom Rohrmolch zurückgelegten Strecke oder einer damit in Beziehung stehenden Größe aufgezeichnet werden, und mit einem Druckaufnehmer für den Druck in der Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (14) Ober ein Schwellwertglied (15, 16) eine Schaltvorrichtung (8) steuert, welche die Meß- und Auswerteinrichtung (1 —5) und die Registriereinrichtung (6) für die Dauer des Unterschreitens eines bestimmten Referenzwertes des Druckes ganz oder teilweise abschaltet
2. Rohrmolch nach Anspruch 1, bei welchem auch Ausgangssignal«: des Druckaufnehmers von der Registriereinrichtung als Funktion vom Rohrmolch zurückgelegten Strecke oder einer damit in Beziehung stehenden Größe aufgezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Schwellenwertglied dienendes bistabiles Element (15,16) vorgesehen ist, dessen vom Vorzeichen des Unterschiedes zwischen dem Druck in der Rohrleitung und dem voreingestellten Referenzwert abhängige Stellung aufgezeichnet wird.
3. Rohrmolch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinrichtung (6) für eine gleichzeitige Aufzeichnung der jr-veiliger. Stellung des bistabilen Elementes (15.16) bei jeder diskreten Aufzeichnung eines Ausgangssignak s der Meß- und Auswerteinrichtung (1 —5) ausgebildet ist.
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