DE19700202A1 - Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Reinigen von Brunnenschachtwänden, Rohrleitungen oder Kiesschichten hinter einer Brunnenschachtwand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mechanischen Reinigen von Brunnenschachtwänden, Rohrleitungen oder Kiesschichten hinter einer Brunnenschachtwand unter Ver­ wendung eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls und Gas oder Luft sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens.

Aus der DE 40 17 367 ist eine Vorrichtung zum Reinigen der Innenflächen von Rohren, wie Brunnenrohren in Brun­ nenschächten, mit mindestens einer konzentrisch an einem in dem Rohr längsbewegbaren Führungsschlitten vorgesehe­ nen Rotationsdüsenanordnung mit radial gerichteten Düsen bekannt, die sich bei relativer Drehung gegenüber der Innenfläche des Rohres in Längsrichtung des Rohres beim Austritt eines Wasser- oder Lösungsmittelstrahls in die­ sem bewegt, wobei mit der Rotationsdüsenanordnung eine Drehantriebsvorrichtung gekoppelt ist und die relative Rotationsgeschwindigkeit der Düsen gegenüber der Innen­ fläche des Rohres unabhängig von dem Druck der aus den Düsen austretenden Flüssigkeit ist. In Abhängigkeit von der tatsächlichen Drehzahl der Düsenanordnungen wird dabei der Strahldruck über ein Steuergerät gesteuert bzw. durch eine Regelvorrichtung geregelt. Der austretende Hochdruckstrahl sprengt dabei die an den Wänden des Brunnenschachtes und in den Filterschlitzen angelegten Inkrustationen ab, die sodann nach Beendigung des Reini­ gungsvorgangs abgepumpt werden.

Aus der DE PS 973 316 ist es weiterhin bekannt, in einen Arbeitsabschnitt einer Vorrichtung zum Reinigen einer Brunnenschachtwand Luft oder Wasser einzudrücken, abzu­ saugen oder in Wechselwirkung einzudrücken und das Schmutzwasser abzusaugen, wodurch eine Absprengwirkung der Inkrustationen einhergeht.

Aus der älteren deutschen Patentanmeldung 196 26 590 ist eine Rotationsdüsenanordnung in einer Vorrichtung zum Reinigen der Innenflächen von Rohren, wie Brunnenrohren in Brunnenschächten, mit oder ohne Filterschlitze, be­ kannt, die Düsen an einem Rotationskopf aufweist, welche Sprühgeräte sind, die einen auf einer sich in Strahlrich­ tung öffnenden Kurvenbahn umlaufenden oder einen eine Linie beschreibenden Strahl erzeugen, wodurch, neben der Flächenbeschreibung des Hochdruckstrahls während der Ro­ tation der Gesamtanordnung, auch Ultraschallwellen er­ zeugt werden, die die Inkrustationen an den Innenflächen der Brunnenschachtwand bzw. in den Filterschlitzen in den Wänden und auch in den Kiesschichten dahinter lösen, um sie mit dem Hochdruckstrahl ausspülen zu können. Die Ultraschallwellen bewirken dabei auch eine Zerlegung der Inkrustationen bzw. ein Ablösen derselben von den einzel­ nen Kieselsteinen bzw. den Wänden und Schlitzwänden des Brunnenrohres. Die Rotationsdüsen, die dabei zum Einsatz gelangen können, sind in verschiedenen Bauausführungen bekannt und z. B. in der EP-A2-0 153 129, DE 34 19 964 C2, DE 36 23 368 C2 und DE 31 50 879 A1 beschrieben.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die Absprengkraft beim mechanischen Reinigen eines Rohres oder Brunnenrohres, insbesondere in Tiefbrunnen, wesentlich erhöht werden kann, wobei das Verfahren und die Vorrichtung auch geeig­ net sein sollen, abgesprengte Inkrustationen sowie Abla­ gerungen am Brunnenboden, gleich ob es abgesprengte In­ krustationen oder abgelagerter Sand oder sonstige körnige Sedimente sind, auszuspülen und aus dem Arbeitsbereich zu befördern, um sie mit einer Pumpe abpumpen zu können.

Gelöst wird die Aufgabe nach der Erfindung gemäß einem Verfahren, wie es im Anspruch 1 angegeben ist, sowie durch eine Vorrichtung, wie sie Gegenstand des Anspruchs 13 ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahrensschritte sind in den Unteransprüchen 2-12 angegeben; vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Vorrichtung sind in den Unter­ ansprüchen 14-22 angegeben.

Sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung sind beson­ ders geeignet, um Tiefbrunnen, z. B. mit einer Tiefe von ca. 100 m bis ca. 2000 m oder mehr, effizient und scho­ nend reinigen zu können. Entsprechend ist ein Einsatzge­ biet im Anspruch 19 angegeben. Die Erfindung läßt sich aber auch in allen anderen Rohren, in denen Inkrustatio­ nen und/oder Sedimente - gleich welcher chemischen Zusam­ mensetzung - abgelagert sind, effizient einsetzen. Ebenso kann bei Verwendung eines flexiblen Hochdruckschlauches mit einer Rohrdüse an seinem Ende eine solche Vorrichtung auch in Wasserversorgungsleitungen oder Kanalleitungssy­ stemen eingesetzt werden.

Die einzusetzende Düsenanordnung kann eine feste Rohrdüse sein, die z. B. an einem Lanzenende befestigt ist. Es können aber auch mehrere Rohrdüsen sternförmig an einem Verteiler fest angebracht sein, der entweder an einer Rohrlanze befestigt ist, oder an dem Ende eines Hoch­ druckschlauches befestigt ist. Eine solche Düsenanordnung kann auch in einem Fahrgestell zentrisch angeordnet sein, wie dies aus der DE 40 17 367 C2 bekannt ist. Die Düsen­ anordnung kann auch als Rotationsdüsenanordnung ausgebil­ det sein, wie sie aus der genannten Patentschrift bekannt ist und die aus mindestens zwei gegenüberliegenden Düsen besteht, die vor der Schachtwand bzw. der Rohrwand beab­ standet enden. Der austretende Strahl kann dabei zur Dre­ hung der Rotationsdüsenanordnung verwendet werden. Es ist aber auch möglich, über einen gesonderten Antrieb diese gesteuert zu drehen.

Anstelle von Rohrdüsen mit Austrittsdurchmessern von ca. 1 bis ca. 5 mm können aber auch die eingangs beschriebe­ nen Rotordüsen eingesetzt werden, die den Austrittsstrahl um eine definierte Figurenkurve rotieren lassen. Dadurch überstreicht der austretende Strahl in Verbindung mit der Drehung der Rotationskopfanordnung eine Fläche an der Rohr- bzw. Schachtwandung.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, einen kavitations­ wirkungsähnlichen Reinigungseffekt durch Einbringung von Gas oder Luft in die Flüssigkeit beim Austritt aus der Hochdruckdüse zu bewirken. Es werden durch die Austritte der einzelnen Luftperlen explosionsartige Schockwellen erzeugt, die zusammen mit den dadurch bedingten Ultraschallwellen und dem Hochdruckstrahl der Reinigungsflüssigkeit die Absprengung der Inkremente an den Wandungen der Schächte, an den Rohren oder der Kieselsteine in den Kiesschichten hinter der Brunnenwand und in den Filterschlitzen verstärken und eine effiziente, das Ausbaumaterial schonende Reinigung bewirken. Beim Austritt der kleinen Gasperlen, die fein verteilt in der rasch strömenden Flüssigkeit eingebunden sind, expandieren diese explosionsartig und bewirken die Stoß- und Schockwellen in gewünschter Weise. Diese durchdringen auch die Filterschlitze in den Brunnenschachtwänden und bewirken selbst in den benachbarten Kiesschichten eine starke Bewegung der einzelnen Kiessteine und ein Absprengen der daran angelegten Ablagerungen. Das Verfahren hat darüber hinaus den Vorteil, daß, bedingt durch die plötzliche Expansion der Gas- bzw. Luftperlen, die abgelagerten Sedimente und abgesprengten Inkrustationen aufgewirbelt und mit der aufsteigenden Luft nach oben transportiert werden bzw. in einem Rohrsystem in Strömungsrichtung schnell vom Ar­ beitsabschnitt wegbefördert werden. Dadurch ist es mög­ lich, weiter entfernt eine Pumpenanordnung in den Schacht oder das Rohr einzubringen, mit der die Schmutz­ flüssigkeit abgepumpt werden kann. Mit diesem Verfahren ist es zugleich auch möglich, in Sandablagerungen im unteren Filterrohrabschnitt eines Brunnens hineinzufah­ ren, um diese Ablagerungen nach oben zu transportieren, die dann abgesaugt werden können. Mit diesem Reinigungs­ verfahren und der dafür entwickelten Vorrichtung können selbst extreme Tiefbrunnen mit ca. 2000 m Tiefe effizient mechanisch gereinigt werden und zwar auch, wenn der Durchmesser des Brunnens klein ist. Ebenso können auch große Brunnen mit bis zu ca. 2 m Durchmesser nach diesem Verfahren gereinigt werden. Es versteht sich, daß ent­ sprechend dem Brunnendurchmesser die Düsenanordnung an­ gepaßt ausgebildet sein muß. Bei extremen Tiefbrunnen ist an die Düsenanordnung am Ende eine Lanze oder ein Hochdruckschlauch angeordnet, der sich gewissermaßen durch das Eigengewicht des Schlauches oder Rohres in den Brunnen selbst hineinzieht. Um den Druck einer Hochdruck­ pumpe für Flüssigkeiten überwachen und ggf. auch regeln zu können, sind eine Hochdrucksonde und eine Durchfluß­ meßsonde an die Zuleitung angeschlossen, es ist aber auch ein automatischer Betrieb möglich, indem Vorort im Ar­ beitsabschnitt der Druck gemessen und dieser zur Steue­ rung der Hochdruckpumpe herangezogen wird. Vorteilhafte Steuerungsverfahren, die auch die notwendigen Sicher­ heitsvorschriften beim Umgang mit hochdruckführenden Lei­ tungssystemen erfüllen, sind in den Ansprüchen 9 und 10 und Vorrichtungen hierfür in den Ansprüchen 20 bis 21 selbsterklärend angegeben. Der Flüssigkeit, z. B. Wasser oder mit Lösungsmitteln versetztes Wasser, wird ferner Reinigungsgas zugesetzt. Es ist aber auch möglich, ver­ dichtete Luft (Preßluft) zuzusetzen. Als Reinigungsgas sind bekannt: Chlor, Stickstoff oder Kohlendioxyd.

Es hat sich darüber hinaus gezeigt, daß die Stoßwellen ein breites Ultraschallwellenspektrum bewirken, wobei die Energie der Ultraschallwellen gegenüber herkömmlichen elektromagnetischen Schwingungserzeugern wesentlich höher ist und selbst in tiefen Brunnen generiert wird, in denen herkömmliche Ultraschallwellenerzeuger nicht mehr eingesetzt werden können, um durch Ultraschallvibration und kavitationseffekte Sedimentabsprengungen bei der mechanischen Reinigung zu unterstützen.

Die Anordnung hat darüber hinaus den Vorteil, daß der Flüssigkeit in dem Mischer oder außerhalb des Brunnens in der Zuleitung über einen Injektionseingang Zusätze bei­ gegeben werden können, die automatisch durch den mit ho­ her Geschwindigkeit fließenden Gemischstrom aus Flüssig­ keit und Gas angesogen und beigemischt werden, z. B. kön­ nen solche Zusätze eine chemische Reinigung oder Desin­ fektion bewirken. Entsprechend der Tiefe des zu reinigen­ den Brunnens muß die Hochdruckpumpe für die Flüssigkeit eingestellt und die beigegebenen Gase verdichtet werden. Der Kompressor für die Verdichtung sollte aber ebenfalls regelbar sein, um das Gas mit erhöhtem Druck gegenüber dem Flüssigkeitsstrahldruck in den Mischer einzubringen. Selbstverständlich kann auch Flüssiggas beigegeben wer­ den, das sich während des Transportes zu den oder erst während oder nach dem Austritt aus den Düsen in Gasperlen auflöst.

Die Erfindung wird nachfolgend ergänzend anhand eines in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Das Ausführungsbeispiel zeigt in schematischer Darstel­ lung einen Teilabschnitt eines Brunnenschachtes 1 mit Filterschlitzen 2 in der Schachtwand und außen anliegen­ den Kieselsteinen 3 einer Filterkiesschicht 4. Konzen­ trisch ist in diesem Brunnenabschnitt eine Rotordüsenan­ ordnung 5 mit einem Rotorkopf 19 mit zwei Düsen 6 und 7 angeordnet und geführt. Die Düsenköpfe 6, 7 können Rohr­ düsenköpfe mit Durchmessern von ca. 1 mm bis ca. 5 mm sein, es können aber auch die bereits angegebenen Rotor­ düsenköpfe sein, die den Austrittsstrahl auf einer be­ stimmten Figurenlinie führen. Die Düsen enden in einem geringen Abstand A vor der zu reinigenden Rohrwand. Die Zuleitung ist ein Hochdruckschlauch 8, der aus dem Brun­ nen heraus führt und an einen Mischer 9 angeschlossen ist, in den eine Düse 10 mündet, mittels der Gas unter hohem Druck in die Reinigungsflüssigkeit eingebracht wird, die durch den Hochdruckschlauch 8 nach unten transportiert wird. Um einen Rückschlag zu vermeiden, ist eine Rück­ schlagklappe 11 in der Luftzuleitung angeordnet, ebenso kann ein Magnetventil 12 vorgesehen sein. Das Gas wird mittels eines Kompressors 13 komprimiert, z. B. auf ca. 50 bar bis ca. 350 bar. Das Gas kann Luft sein oder aber auch aus einer Gasflasche direkt eingebracht werden. Der zweite Mischeranschluß ist mit einer Zuleitung 15 verbun­ den, die an einer Hochdruckpumpe 16 angeschlossen ist. Eine Rückschlagklappe 17 sorgt auch hier dafür, daß das Gemisch nicht durch den höheren Druck des Reinigungsgases zurückgedrückt werden kann. Eine angeschlossene Drucksonde 14 und eine Flowmeßsonde 18 dienen der Überwa­ chung der Arbeitsweise der Anordnung und des Verfahrens. Es ist ersichtlich, daß zusätzlich im Mischer 9 oder in dem Ableitungssystem vom Mischer 9 oder in der Zuleitung 15 ein Einlaß für eine Injektionspumpe eingebracht werden bzw. eine solche angeschlossen werden kann, um dem Wasser bzw. der Reinigungsflüssigkeit weitere Chemikalien und/oder Desinfektionsmittel im Bedarfsfall zugeben zu können. Die Systemsteuerung sollte so ausgelegt sein, daß Luft bzw. Gas nur zugesetzt wird, wenn das Leitungssystem mit Flüssigkeit gefüllt ist, um überhöhte Belastungen durch die expandierende Wirkung des hochkomprimierten Gases zu vermeiden.

Claims (22)

1. Verfahren zum mechanischen Reinigen von Brunnen­ schachtwänden, Rohrleitungen oder Kiesschichten hinter einer Brunnenschachtwand unter Verwendung eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls und Gas oder Luft, dadurch gekennzeichnet, daß der un­ ter Hochdruck aus einer stationären oder rotierenden Dü­ senanordnung (5) mit mindestens einer Hochdruckdüse (6, 7) im Arbeitsbereich des Brunnenschachtes oder Rohres austretenden Reinigungsflüssigkeit Gas oder Preßluft vor dem Austritt aus der Hochdruckdüse (6, 7) fein verteilt zugesetzt wird und daß das so gebildete Flüssigkeits-Gas- bzw. Luftperlengemisch unter dem resultierenden Druck aus der Hochdruckdüse (6, 7) im Arbeitsabschnitt austritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wasseranteil des Gemi­ sches höher ist als der Luft/Gasanteil.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gases oder der Preßluft dem statischen Druck im Arbeitsbereich ange­ paßt ist und auf ca. 50-350 bar verdichtet dem Hochdruckflüssigkeitsstrahl zugesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas- bzw. Luftperlen über eine Luftzerstäubungsdüse in die Reinigungsflüssigkeit eingebracht werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckdüsen (6, 7) an dem Ende der Zuführungsrohrlei­ tung (8) starr oder an einem rotierenden Düsenkopf (19) befestigt sind und in einem geringen Abstand (A) zur Wand (1) des Brunnenschachtes enden, in welcher Filterschlitze (2) oder Filterdurchbrüche bestimmter Form zum Nach­ fließen des Brunnenwassers in den Brunneninnenraum vor­ gesehen sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckdüsen (6, 7) zum Aufwirbeln und Abtransportieren von Sedimenten und Sandablagerungen im Brunnenschacht in diese eingeführt und mit dem Gemisch beaufschlagt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Flüssigkeitsstrom Chemikalien über eine Zuführleitung injiziert werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckstrahl der Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem statischen Druck im Arbeitsabschnitt über eine Druck­ regeleinrichtung geregelt wird und daß das Gas bzw. die Preßluft mit einem Druck, der mindestens um ca. 10% höher liegt als der des Hochdruckstrahls der Flüssigkeit, eingebracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Drucksensors (14) der Druck der Flüssigkeit in der Leitung (15) vor einem Mischer (9) und die Flüssigkeits­ förderungsmenge mittels eines Durchflußmessers (18) über­ wacht wird und in Abhängigkeit von bestimmten Werten die Gas- oder Luftzufuhr gesteuert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß vor dem Beenden der Flüssig­ keitszufuhr die Gas- bzw. Druckluftzufuhr unterbrochen wird, zeitlich derart versetzt, daß kein Gas- bzw. Druck­ luft sich im Leitungssystem (9) befindet.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in flüssiger Form zugesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Kohlensäure oder Stickstoff ist.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine Hochdruckpumpe (16) für Wasser oder Reini­ gungsflüssigkeit vorgesehen ist, die diese unter einem Druck über dem statischen Druck im Arbeitsabschnitt in die Rohrleitung drückt,
• - daß in einem Mischer (9) eine Düse zur Einbringung des Reinigungsgases bzw. der Preßluft in den Reinigungsflüs­ sigkeitsstrom mündet, die mit Gas oder Preßluft hohen Druckes beaufschlagbar ist,
• - daß die Düsenanordnung (5, 6, 7, 19) über eine Hoch­ druckleitung (8) mit dem Mischer (9) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet,

• - daß in der Rohrleitung (15) vor dem Mischer (9) ein Rückschlagventil (17) vorgesehen ist und
• - daß in der Zuleitung des Gases bzw. der Druckluft eine Rückschlagklappe (11) und/oder ein Magnetventil (12) vor­ gesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Druckluftverdichtung ein Kompressor (12) eingesetzt ist, der die Luft auf einen Druck von ca. 50 bis ca. 350 bar verdichtet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Flüssigkeitsbehälter mit der Gaszuführleitung verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Ansaug­ düse in dem Mischer (9) oder in die Zuführungsleitung (17) zwischen Pumpe (16) und Mischer (9) oder in die Druckleitung (8) hinter dem Mischer (9) mündet, über wel­ che Desinfektionslösungen und/oder andere flüssige Che­ mikalien in die Flüssigkeit injizierbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß beab­ standet zur Düsenanordnung im Arbeitsabschnitt eine Saug­ pumpe in den zu reinigenden Brunnenschacht oder in das Rohr eingebracht ist, welche die durch die Luft nach oben bzw. in rückwärtiger Richtung des Rohres transportierten Sedimente mit der Flüssigkeit oberhalb des Bearbeitungs­ abschnittes bzw. vor diesem absaugt.

19. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß diese zum Reinigen von Tiefbrunnen einsetzbar sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung für ein Magnetventil (12) in der Gaszu­ führungsleitung und/oder in der Flüssigkeitszuführleitung vor dem Mischer (9) vorgesehen ist, daß ein Drucksensor (14) mindestens in der Zuführungsleitung (15) vor dem Mischer (9) und ein Durchflußmengenmesser (18) vorgesehen sind, daß in Abhängigkeit von festgestellten Durchfluß­ mengenwerten und/oder Druckwerten in der Düsenzuleitung (8) die Gas- bzw. Luftzufuhr gesteuert dosierbar ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein verzögertes Abschalten der Flüssigkeitszufuhr über die Steuereinrichtung gegen­ über der Gas-/Luftzufuhr gesteuert erfolgt, derart, daß die Düsenzuleitung (8) vor dem Abschalten vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Inbetriebnahme ein ver­ zögertes Zuschalten der Gas-/Luftzufuhr erfolgt, derart, daß das Leitungssystem mit Flüssigkeit mit dem Arbeits­ druck bereits gefüllt ist, bevor Gas bzw. Druckluft zugesetzt wird.