DE19819066A1 - Prüfverfahren zur berührungslosen Erkennung von Ungleichmäßigkeiten in der Wanddicke von unzugänglichen metallischen Rohren - Google Patents
Prüfverfahren zur berührungslosen Erkennung von Ungleichmäßigkeiten in der Wanddicke von unzugänglichen metallischen RohrenInfo
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Abstract
Bei der Erfindung handelt es sich um ein zerstörungsfreies Prüfverfahren zur berührungslosen Erkennung von Ungleichmäßigkeiten in der Wanddicke von unzugänglichen metallischen Rohren. Weil solche Ungleichmäßigkeiten vor allem durch Korrosion hervorgerufen werden, ist dieses Verfahren besonders nützlich bei der frühzeitigen Erkennung von korrosionsverursachten Wanddickenverminderungen in Pipelines. Das Verfahren beruht darauf, daß elektrische Ströme unterschiedlicher Frequenz durch das Rohr geleitet werden. Weil die Eindringtiefe des Stromes in die Wand hinein von der Frequenz abhängt, ergibt sich dabei im Schadensfall eine Verschiebung der Stromschwerpunkte und damit der gemessenen magnetischen Feldstärke im Meßabstand von dem Rohr. Das Meßsystem ist transportabel und besteht aus einem Magnetfeldsensorsystem und einem Auswertesystem.
Description
Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren, mit dem berührungslos und aus einem
gewissen Abstand erkannt werden kann, ob die Wanddicke eines zu prüfenden
Rohres entlang des Umfanges ungleichmäßig ist. Solche Ungleichmäßigkeiten
können infolge von Korrosion, zum Beispiel von innen her, auftreten.
Heutzutage prüft man Rohre, insbesondere Pipelines, die vergraben oder aus
sonstigem Grunde nicht unmittelbar zugänglich sind, mit sog. Molchen [1], [2]. Ein
wesentliches Prüfziel ist dabei, die aktuelle Wanddicke in Abhängigkeit von
Umfangswinkel und von der Längskoordinate zu messen. Dafür wird der Molch mit
unterschiedlichen Sensoren ausgerüstet, zum Beispiel für Ultraschallprüfungen,
Streuflußprüfungen und zum mechanischen Abtasten bzw. Messen des Innendurch
messers.
Nachteile bzw. Grenzen dieses Verfahrens des "Molchens" sind u. a.: Rohrbiegun
gen mit zu kleinem Krümmungsradius, nicht axiale stumpfe Verbindungen mit zu
großem Differenzwinkel zwischen den Achsen, zu kleiner Rohrinnendurchmesser, zu
starke Durchmesseränderungen, Offline-Auswertung, erheblicher Aufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch durch verdeckende Schichten
hindurch von außen ein Rohr daraufhin zu prüfen, ob seine Wanddicke in Umfangs
richtung ungleichmäßig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Haupt
anspruchs angegebenen Mitteln gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte
Ausführungsdetails und -varianten.
Das Verfahren bedarf keines Zugangs zum Inneren des zu prüfenden Rohres. Es
werden statt dessen elektrische Ströme unterschiedlicher Frequenz entlang eines
Prüfabschnittes durch das zu prüfende Rohr geleitet. Die folgenden Bilder erläutern
das Funktionsprinzip.
Fig. 1
Rohrquerschnitt ohne Defekt, Stromverteilung bei a) niedriger Frequenz, b) hoher
Frequenz,
Fig. 2
Rohrquerschnitt mit Defekt: Rohrverdünnung an der Innenseite unten, Stromvertei
lung bei a) niedriger Frequenz, b) hoher Frequenz.
Fig. 1 zeigt den Rohrquerschnitt ohne Defekt. Der eingeprägte Strom fließt in Rohr
längsrichtung, d. h. senkrecht zur Zeichenebene. Für niedrige Frequenzen, d. h.
wenn die Skineindringtiefe ungefähr gleich der oder größer als die Wandstärke ist,
wird die Wand vollständig von Strom durchsetzt, siehe Fig. 1a). Bei hohen
Frequenzen jedoch wird der Strom an die äußere Oberfläche verdrängt und fließt nur
in einer Eindringtiefe d. Wegen der Symmetrie der Anordnung sind die Strom
schwerpunkte 1 und 2 am gleichen Ort. Bei gleicher Stromstärke wird dann am
Meßpunkt 3 bzw. 4 die gleiche magnetische Feldstärke gemessen.
Dies ist jedoch anders im Fall mit Defekt, siehe Fig. 2. Hier ist eine Wand
verdünnung an der Innenseite unten dargestellt. Bei einer genügend niedrigen
Frequenz durchsetzt der Strom die gesamte zur Verfügung stehende Quer
schnittsfläche der Wand gleichmäßig. Der Schwerpunkt des Stromes hat sich wegen
der Unsymmetrie der Stromverteilung hierbei jedoch gemäß Fig. 2a) vom
Mittelpunkt des Außendurchmessers aus gesehen nach oben verschoben. Fig. 2 b)
zeigt die Stromverteilung bei genügend hohen Frequenzen. Sie ist gegenüber der
Verteilung ohne Defekt unverändert. Der Stromschwerpunkt ist gleich dem
Mittelpunkt des Außenkreises. Gegenüber den Detektorpunkten 3 und 4 ist der
Abstand des Stromschwerpunktes im Fall niedriger Frequenz kleiner und im Fall
hoher Frequenz größer. Damit ist bei gleichen Stromstärken das erzeugte
Magnetfeld am Meßpunkt 3 bei niedriger Frequenz höher als im Meßpunkt 4 bei
hoher Frequenz.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden im Grundsatz Wechselströme
unterschiedlicher Frequenz, aber gleicher Amplitude, durch das zu prüfende Rohr in
Längsrichtung geleitet. Für beide Frequenzen wird die magnetische Feldstärke am
gleichen Ort über dem Rohr gemessen. Eine unterschiedliche Feldstärke zeigt eine
Ungleichmäßigkeit der Wanddicke an.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher
erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 3
Prinzipieller Meßaufbau,
Fig. 4
Stromverlauf der Stromquelle,
Fig. 5,
Rohrquerschnitte a) ohne Defekt, b) mit künstlichem Defekt
Fig. 6
Meßsignal am künstlichen Defekt und in seiner Umgebung.
Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Meßaufbau. Die Stromquelle 5 erzeugt den Meßstrom.
Dieser wird durch das zu vermessende Rohr 6 geleitet sowie über eine in einigen
Metern Abstand vom Meßobjekt sich befindliche Rückleitung 7 zurückgeleitet. In den
Stromleitungskreis eingeschleift ist ein Meßwiderstand 8, dessen Spannungsabfall
ein Maß für den Meßstrom ist. Dieser Spannungsabfall wird einem Kanal des
Spektrumanalysators 9 zugeleitet. Der zweite Kanal erhält das Meßsignal von der
Magnetfeldsonde 10. Die Magnetfeldsonde ist in x-Richtung, d. h. in Längsrichtung
des Rohres verschiebbar.
In einer Abwandlung des oben beschriebenen prinzipiellen Verfahrens werden in
diesem Ausführungsbeispiel die beiden Ströme mit unterschiedlicher Frequenz (nicht
maßstabsgerecht) zeitgleich durch das Meßobjekt geleitet. Fig. 4 zeigt den Zeitver
lauf (nicht maßstabsgerecht). Die Frequenzen betragen f1 = 10 Hz und f2 = 1 KHz.
Fig. 5 zeigt den Querschnitt des 7 m langen Rohres, dabei zeigt Fig. 5 a) den
Rohrquerschnitt ohne Defekt und Fig. 5b) den Rohrquerschnitt mit künstlichem
Defekt, der sich von x = -0,5 m bis x = +0,5 m erstreckt.
In einer weiteren Abwandlung des oben beschriebenen prinzipiellen Verfahrens wird
in diesem Ausführungsbeispiel als Meßergebnis nicht das Verhältnis der
magnetischen Feldstärken bei den Frequenzen f1 und f2 bei gleichen Stromstärken
aufgetragen, sondern das Verhältnis der jeweiligen Magneffeld-zu Strom-Verhältnis
se. Damit wird einer Ungleichmäßigkeit der Stromamplituden bei f1 und f2 Rechnung
getragen. Dieses Verhältnis ist in Fig. 6 über den Sensorposition x aufgetragen.
Der Sensor befindet sich hierbei 55 cm oberhalb des Rohres. Die Stromamplituden
betragen jeweils 6,5 A. Fig. 6 zeigt deutlich das Vorhandensein des künstlichen
Defektes. Das Meßsignal ist deutlich größer als der Fehlerbereich, der jeweils als
Meßfehlerbalken in Fig. 6 eingetragen ist.
[1] Nondestructive Testing Handbook, Second Edition, Vol. 10, Nondestructive
Testing Overview, American Society for Nondestructive Testing, 1996,
Seite 252.
[2] Pipetronics GmbH, Niederlassung Gerhard Kopp, Prospekte MagneScan, CALScan for geometry inspection, UltraScan, Ultrasonic corrosion pig.
[2] Pipetronics GmbH, Niederlassung Gerhard Kopp, Prospekte MagneScan, CALScan for geometry inspection, UltraScan, Ultrasonic corrosion pig.
Claims (12)
1. Prüfverfahren zur Erkennung von Ungleichmäßigkeiten in der Wanddicke
unzugänglicher metallischer Rohre, gekennzeichnet dadurch, daß elektrische
Ströme unterschiedlicher Frequenz durch das Rohr geleitet werden und die von
ihnen erzeugten Magnetfelder außerhalb des Rohres gemessen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise nur zwei
unterschiedliche Frequenzen verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfelder bei
den unterschiedlichen Frequenzen an demselben Ort gemessen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß beide Frequenzkompo
nenten durch Ströme der gleichen Amplitude erzeugt werden und das Verhältnis
der Magnetfeldkomponenten ausgewertet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Verhält
nisse von Magnetfeld zu Strom bei den einzelnen Frequenzen gebildet wird und
dann wiederum deren Verhältnis gebildet und anschließend ausgewertet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme mit unter
schiedlicher Frequenz nicht zeitlich nacheinander durch das Rohr geleitet werden,
sondern zeitgleich.
7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstrom durch
eine Leitung geleitet wird, die dem zu vermessenden Rohr in genügendem
Abstand etwa parallel verläuft.
8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor
die Umfangskomponente des Magnetfeldes mißt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor
die zur Erdoberfläche tangentiale Komponente des Magnetfeldes mißt.
10. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor
die zur Erdoberfläche normale Komponente des Magnetfeldes mißt.
11. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mit mehr als einem
Sensor gleichzeitig gemessen wird, um gleichzeitig eine Ortung des Rohres
vornehmen zu können.
12. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Strom bei der nie
drigsten Frequenz ein Gleichstrom ist.
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