DE19844753A1 - Vorrichtung zum Überwachen des Zustands von Rohren, Rohrsystemen, Pipelines oder dergleichen Gas oder flüssige Medien führenden Einrichtungen und Verfahren und Einrichtung zum Verlegen einer Kabel-Verbundanordnung für die Zustandsüberwachung und Nachrichtenübermittlung - Google Patents
Vorrichtung zum Überwachen des Zustands von Rohren, Rohrsystemen, Pipelines oder dergleichen Gas oder flüssige Medien führenden Einrichtungen und Verfahren und Einrichtung zum Verlegen einer Kabel-Verbundanordnung für die Zustandsüberwachung und NachrichtenübermittlungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen des Zustands von Rohren, Rohrsystemen, Pipelines oder dergleichen Gas oder flüssige Medien führenden Einrichtungen, wobei die Medien unter hohem Druck stehen, sowie zur Nachrichtenübertragung oder Telekommunikation. Ein faseroptisches, mit Laserlicht beaufschlagtes Multimode-Lichtwellenleiter-Sensorkabel sowie Mittel zur Laufzeit- und Intensitätsauswertung des rückgestreuten Laserlichts dienen der örtlichen Temperaturanomaliebestimmung längs des Sensorkabels bzw. der Rohrleitung. Das faseroptische Sensorkabel bildet mit mindestens einem Monomode-Lichtwellenleiterkabel zur Nachrichtenübertragung eine Verbundanordnung, die darüber hinaus ein Stauch- und Zugelement enthält. Die Kabel-Verbundanordnung wird über druckdichte Ein- und Ausführstutzen überwiegend im Innern der Rohre oder des Rohrsystems verlegt, so daß nachträgliche Erd- oder Tiefbauarbeiten zur Schaffung von leitungsgebundenen Netzen zur Nachrichtenübermittlung entfallen können. Eine spezielle Verlegeeinrichtung nach Art eines flexiblen Molchs besitzt eine schirmförmige Tasche mit im Innern sich in Längsrichtung erstreckend angeordneten Federelementen. Die Federelemente erzeugen radial nach außen gerichtete Vorspannkräfte, so daß mindestens die Außenseite der Tasche bzw. des Molchs an der Rohrinnenwandung anliegen. Die Tasche besitzt Zugmittel zum Befestigen des Verbundkabels oder eines Zugseils zum Einziehen des Kabels. Die Verlegeeinrichtung wird durch ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen des
Zustands von Rohren, Rohrsystemen, Pipelines oder gleichen Gas
oder flüssige Medien führenden Einrichtungen, ein Verfahren zum
Verlegen einer Kabel-Verbundanordnung für eine Zustandsüber
wachungsvorrichtung sowie eine Einrichtung zum Verlegen der
Kabel -Verbundanordnung.
Aus der DE 195 09 129 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Kontrolle und Überwachung des Zustands von Rohren, Behäl
tern, Pipelines oder dergleichen durch Feststellen der Umge
bungstemperaturverteilung bekannt.
Die dort vorgeschlagene Lösung greift auf langgestreckte,
faseroptischen Temperatursensoren zur verteilten Temperatur
messung zurück, wobei diese faseroptischen Sensoren über
Abschnitte längs und/oder umfangsmäßig und/oder dem Boden
bereich nahe bei den zu überwachenden Rohren, jedoch außerhalb
des von diesen umschlossenen Medienraums angeordnet sind.
Bei festgestellter örtlicher Anomalie in der Temperaturver
teilung kann auf eine Leckage des zu überwachenden Rohrs,
Behälters oder dergleichen geschlossen werden.
Das an sich bekannte faseroptische Sensorkabel kann innerhalb
eines Rohrgrabens oder einer Rohrbrücke längs des Rohrs an der
Außenoberfläche angeordnet werden oder es besteht die Möglich
keit, das Kabel beabstandet parallel zum Rohr verlaufend zu
fixieren. Mit dem bekannten Verfahren und der zugehörigen
Vorrichtung kann auch ein Rohrsystem überwacht werden, welches
zum Transport gasförmiger, unter Druck stehender Medien dient,
wenn beim Austreten des unter Druck befindlichen Gases aufgrund
der plötzlichen Expansion in der Nähe des Gasaustritts eine
lokale Temperaturänderung eintritt, ansonsten aber die Medien
temperatur nahezu auf dem Temperaturniveau der Umgebung liegt.
Das Anordnen des faseroptischen Sensorkabels außerhalb der
eigentlichen Rohre, Behälter oder Pipelines erfordert jedoch
insbesondere beim Nachrüsten nicht unerhebliche Tiefbauarbeiten
und daher zusätzliche, teilweise nicht vertretbare Kosten.
Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, einen langgestreckten
Temperatursensor in Form eines faseroptischen Kabels mittels
eines Rohrmolchs in das Innere einer Abwasserleitung einzu
führen und zu verlegen. Ziel ist es, bei einer derartigen
Anordnung im Rohrinnern festzustellen, ob durch Risse oder
sonstige Undichtigkeiten im Abwasserkanal Grundwasser von außen
eindringt, um gezielt Sanierungen vorzunehmen. Hierbei wird auf
die unterschiedliche Temperatur von Grundwasser einerseits und
abzuführendem Abwasser andererseits abgestellt. Grundsätzlich
befindet sich jedoch das faseroptische Sensorkabel in einem
druckfreien Raum, um definierte Bedingungen zur Temperatursen
sorik gestützt auf das DTS-Meßverfahren (Distributed Optical
Fiber Temperature Sensing) zu schaffen.
Bezüglich der DTS-Meßtechnik sei auf das deutsche Gebrauchs
muster G 93 18 404 verwiesen.
Demnach wird auswerteseitig auf rückgestreutes Raman-Streulicht
eines Lichtwellenleiters Bezug genommen. Eingestrahltes Laser
licht breitet sich innerhalb des Lichtwellenleiters, d. h. der
Faseroptik aus und es erfolgt eine Streuung an den Molekülen
des Lichtwellenleiters, wobei die Intensität des rückgestreuten
Lichts in Abhängigkeit von der Laufzeit in vorgegebenem Maße
abfällt.
Aufgrund der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit des emit
tierten Lichts im Lichtwellenleiter kann aus dem ermittelten
zeitlichen Verlauf der Intensität des Rückstreulichts der vom
Licht jeweils zurückgelegte Weg bestimmt werden.
Bedingt durch die Wechselwirkungen des Laserlichts mit opti
schen Phononen, d. h. Schwingungsquanten einer elastischen
Deformationswelle in einem Festkörper, entsteht die erwähnte
Raman-Rückstreuung. Die Intensität des Raman-Rückstreulichts
ist direkt von der Temperatur am jeweiligen Ort der Entstehung
des Streulichts abhängig. In dem Fall, wenn das Laserlicht in
den Lichtwellenleiter eingekoppelt und die Intensität des
Raman-Streulichts laufzeitabhängig ausgewertet wird, kann eine
ortsabhängige Temperaturverteilung ermittelt werden.
Die weiterhin bekannt gewordenen Verfahren zur Feststellung von
Temperaturanomalien gemäß EP 0 555 846 A2 oder JP 4-168 335
gehen von längs einer Pipeline oder einer wasserführenden
Leitung angeordneten faseroptischen Kabeln aus, wobei grund
sätzlich auf einen Temperaturunterschied zwischen Medium und
einer Untergrund- bzw. Umgebungstemperatur abgestellt wird.
Darüber hinaus befinden sich bei allen bekannt gewordenen
technischen Lösungen die faseroptischen Sensorkabel im
druckfreien Raum, um eine erwartete negative Beeinflussung des
Raman-Rückstreuverhaltens zu vermeiden.
Mit Fortfall des bisherigen Monopols der Deutschen Post AG bzw.
der Telekom agieren neue Netzbetreiber am Markt. Der Aufbau
kabelgebundener Nachrichtenübertragungsanlagen hoher
Leistungsfähigkeit erfordert jedoch das Erstellen von entspre
chenden Leitungsnetzen. Es hat sich gezeigt, daß ein Großteil
der Errichtungskosten auf die passiven Kabelanlagen entfallen
bzw. auf die notwendigen auf zubauenden Trassen und die Kabel
verlegung.
Da andererseits sowohl im innerstädtischen, aber auch im Über
landbereich gerade in dicht besiedelten Gebieten eine Vielzahl
von Rohrleitungen vorhanden ist, wurde die Möglichkeit genutzt,
Telekommunikationskabel beispielsweise in unter Druck stehenden
Brauch- oder Trinkwasserleitungen einzuziehen. Aufwendige
Grabungsarbeiten können entfallen. Eine wechselseitige Beein
flussung von Kabel und Rohrleitung ist dadurch ausgeschlossen,
daß auf Monomode-Lichtwellenleiter (LWL) zurückgegriffen wird.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, derartige LWL-Kabel auch
in Hochdruck-Gastransportrohren oder -rohrsystemen bzw. Gas
leitungen und Gasrohrnetzen anzuordnen, um den Aufbau kabelge
bundener breitbandiger Nachrichtenübertragungsnetze mit
geringeren Kosten zu fördern.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vor
richtung zum Überwachen des Zustands von Rohren, Rohrsystemen,
Pipelines oder dergleichen Gas oder flüssige Medien führenden
Einrichtungen anzugeben, wobei die Medien unter hohem Druck
stehen. Weiterhin soll die Vorrichtung durch multivalente
Nutzungsmöglichkeiten für den Betreiber der Rohrsysteme
kostenseitig attraktiv werden, wobei mindestens teilweise auf
bekannte und erprobte Techniken zurückzugreifen ist.
Darüber hinaus soll ein Verfahren zum Verlegen einer speziellen
Kabel-Verbundanordnung für die Zustandsüberwachungsvorrichtung
angegeben und eine zugehörige Verlegeeinrichtung geschaffen
werden, so daß eine notwendige Unterbrechung der Medienver
sorgung auf ein minimales Maß beschränkt werden kann und
gleichzeitig allen Sicherheitsaspekten beim Betreiben Rechnung
getragen wird.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt vorrichtungsseitig
mit einem Gegenstand nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1,
bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Abfolge,
wie sie im Anspruch 8 umfaßt ist, und bezüglich der Verlege
einrichtung mit einem Gegenstand in seiner Definition nach den
Merkmalen des Anspruchs 11, wobei die Unteransprüche jeweils
mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen
umfassen.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt nun darin, ein spezielles
Verbund-Lichtwellenleiterkabel im Innern eines Rohrsystems, das
unter hohem Druck stehende Medien führt, anzuordnen, wobei das
Verbundkabel sowohl der Überwachung des Temperaturverlaufs und
damit der Leckagekontrolle als auch der Nachrichtenübertragung
innerhalb eines Telekommunikationsnetzes dient.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die im Rohrinnern
wirkenden Drücke die Laufzeit- und Intensitätsauswertung des
rückgestreuten Lichts zur Erfassung örtlicher Temperatur
anomalien längs des Sensorkabels nicht negativ beeinflussen.
Gleiches gilt für die punktuell einwirkenden hohen Druck- und
Preßkräfte im Bereich der Kabelein- und -ausführstutzen.
Das Verbundkabel selbst weist eine ausgezeichnete Langzeit
stabilität und Medienbeständigkeit auf, wobei trotz vorge
sehener notwendiger Umhüllungen die Selektivität und die
Temperatur sowie Ortsauflösung nicht nennenswert eingeschränkt
wird.
Das erfindungsgemäße Verbundkabel umfaßt mindestens ein
faseroptisches, mit Laserlicht beaufschlagtes Multimode-
Lichtwellenleiter-Sensorkabel sowie mindestens ein Monomode-
Lichtwellenleiterkabel zur Nachrichtenübertragung.
Die Kabel sind zur Bildung des Verbunds ummantelt und mit einem
im Verbund befindlichen Stauch- und Zugelement versehen.
Die Überwachungsvorrichtung, welche darüber hinaus zur Nach
richtenübertragung oder Telekommunikation unter Nutzung des
Verbundkabels dient, nutzt an sich bekannte Mittel zur Lauf
zeit- und Intensitätsauswertung des rückgestreuten Laserlichts,
um örtliche Temperaturanomalien längs des Sensorkabels und
damit des Rohrsystems zu bestimmen. Die Kabel-Verbundanordnung
wird über druckdichte Ein- und Ausführstutzen überwiegend im
Innern der Rohre oder des Rohrsystems verlegt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Kabel-
Verbundanordnung mindestens eine Bündelader mit Multimodefasern
sowie mehrere Bündeladern mit einer Vielzahl von Monomodefasern
auf, wobei diese Bündel um das zentral angeordnete Stauch- und
Zugelement angeordnet sind. Eine Seelenumwicklung und ein
Mantel umgeben die Bündelanordnung, wobei der Mantel
vorzugsweise aus einem kunststoffbeschichteten Metallband
besteht.
Besonders bevorzugt wird als Kunststoffbeschichtung Polyethylen
und als Metallmaterial Aluminium eingesetzt.
Das Stauch- und Zugelement besteht bevorzugt aus einem glas
faserverstärktem Kunststoff hoher Festigkeit.
Die speziellen Ein- und Ausführstutzen besitzen je einen sich
in zur Rohrlängsrrichtung jeweils senkrecht erstreckenden
Aufschweißstutzen, wobei am Aufschweißstutzen ein seitlicher
Abgang zur Verbundkabelführung angeordnet oder integral mit
diesem ausgebildet ist. Der Aufschweißstutzen ist auf den
Durchmesser einer Verlegeeinrichtung ausgerichtet. Regelmäßig
ist der Durchmesser des Aufschweißstutzens jedoch kleiner als
der Durchmesser des Medientransportrohrs. Der Querschnitt oder
der Durchmesser des seitlichen Abgangs ist am Kabeldurchmesser
sowie den erforderlichen Dichtmitteln orientiert.
Als Dichtmittel kommt eine Preß- oder Quetschdichtung zur
Anwendung, welche auf Verbundkabel und Abgangsinnenwandung
durch Einspannung resultierende, axial gerichtete Kräfte
erzeugt.
Die radialen und/oder axialen Anpreßkräfte des Dichtelements
auf das Kabel führen in Verbindung mit der gewählten Verbund
konstruktion nicht zu einer mechanischen oder optischen Beein
trächtigung, so daß insbesondere die Dämpfungs- und Disper
sionswerte des Sensorkabels keiner Verschlechterung unter
liegen.
Da weder Kabeldeformationen vorliegen, noch negative Verän
derungen der faseroptischen Eigenschaften beim Anordnen des
Verbundkabels im Medienraum die Folge sind, kann mit einer
üblichen Anzahl von Repeatern eine Nachrichtenübertragung mit
hoher Datenrate erfolgen und es ist mit dem einmal eingezogenen
Verbundkabel auf Dauer eine Zustands- und Leckagekontrolle bzw.
-überwachung möglich.
Gemäß dem verfahrensseitigen Grundgedanken der Erfindung werden
für das Verlegen einer Kabel-Verbundanordnung zunächst Rohr
abschnitte freigelegt und Aufschweißstutzen befestigt. Im
Anschluß hieran erfolgt ein Absenken des Betriebsdrucks im
Rohrinneren und ein Anbohren des Rohrs über die Aufschweiß
stutzen.
Nach dem Sperren des Rohrs auf der Verbundkabel-Einzugslänge
wird ein Ausblasen und im wesentlichen Drucklosmachen des
abgesperrten Rohrs vorgenommen.
Die Verlegeeinrichtung wird über die Öffnung eines Aufschweiß
stutzens eingeführt und es wird eine Verbindung der Verlege
einrichtung mit dem Verbundkabel, welches über den seitlichen
Abgang zugeführt wird, hergestellt oder es wird an der Verle
geeinrichtung ein Zugseil befestigt.
Die Aufschweißstutzen werden nunmehr vorläufig abgedichtet und
es wird der Betriebsdruck im Rohr zur Steuerung der Einzugs
geschwindigkeit bzw. der Bewegungsgeschwindigkeit der Verlege
einrichtung erhöht. Die Verlegeeinrichtung wird vom strömenden
Medium mitgenommen.
Das Ausführen des Kabels und die Entnahme der Verlegeeinrich
tung erfolgt dann am nächsten in Strömungsrichtung befindlichen
Aufschweißstutzen bzw. dem dort vorhandenen seitlichen Abgang.
Nach dem Kabeleinzug wird dann ein endgültiges Abdichten der
Aufschweißstutzen durch Verschweißen mit einem Deckel einer
seits und der seitlichen Abgänge zur Kabeldurchführung mit
Hilfe spezieller Dichtmittel andererseits vorgenommen.
Für das vorläufige Abdichten der Aufschweißstutzen wird auf
einen Blindflansch, welcher leicht montier- und demontierbar
ist, zurückgegriffen. Die Dichtmittel für die Kabeldurchführung
an den seitlichen Abgängen umfassen ein elastisches Dichtungs
material, metallische Preßringe und hochfeste Arretierschrau
ben. Der Dichteffekt selbst wird durch Druckeinwirkung der
Arretierschrauben auf Stütz- und Druckringe und somit mittelbar
auf die Dichtung bzw. das Dichtmaterial vorgenommen. Die Dich
tungen werden gleichzeitig sowohl gegen die Innenwand der
seitlichen Abgänge als auch die Kabelmanteloberfläche ange
preßt. Vorzugsweise kommt als Dichtungsmaterial EPDM (Ethylen-
Propylen-Dien-Kautschuk) zum Einsatz, wobei sich dieses
Material durch besondere chemische Beständigkeit und hohe
thermische sowie mechanische Belastbarkeit auszeichnet.
Bedingt durch die Anordnung der Aufschweißstutzen im wesent
lichen senkrecht zur Rohrlängsrichtung und im unterschiedlichen
Durchmesser von Stutzen und Rohrsystem, aber auch Durchmesser
änderungen im Rohrsystem selbst macht sich der Einsatz einer
besonderen Verlegeeinrichtung erforderlich.
Erfindungsgemäß wird ein spezieller Rohrmolch geschaffen,
welcher nach Art einer flexiblen, schirmförmigen Tasche
ausgebildet ist, welche im Innern sich in Längsrichtung
erstreckend angeordnete Federelemente aufweist.
Die Federelemente erzeugen radial nach außen gerichtete Vor
spannkräfte, so daß mindestens die Außenseite der Tasche an der
Rohrinnenwandung abdichtend anliegt. An der Tasche sind Zug
mittel zum Befestigen des Verbundkabels oder eines Zugseils
vorhanden.
Das Taschenmaterial selbst besteht aus einem nachgiebigen
Textilgewebe, Leder, Kunstleder oder einer Kunststofffolie.
Die offene Taschenseite wird nach dem Einbringen der Einrich
tung über die Aufschweißstutzen in das Rohrinnere vom strö
menden Medium beaufschlagt und wölbt sich dabei auf. Hierdurch
stellt sich die gewünschte Abdichtung zur Rohrinnenwandung ein.
Unter Überwindung der Reibungskräfte kann sich dann die Ein
richtung vom Druck des strömenden Mediums abhängig auch bei
Durchmesseränderungen des Rohrs im Rohrinneren in Längsrichtung
fortbewegen. Die schirmförmige Tasche folgt durch die Feder
elemente Durchmesseränderungen. Beschädigungen durch Quer
schweißnähte oder dergleichen sind durch die nachgiebige Kon
struktion in Verbindung mit einer entsprechenden Materialaus
wahl des Schirms bzw. der Tasche vermeidbar.
Die erfindungsgemäße Verlegeeinrichtung kann problemlos
erwartete Unebenheiten beim Durchlaufen der Rohrstränge aus
gleichen und wird durch derartige Querschnittsänderungen in
ihrer Fortbewegung nicht maßgeblich beeinflußt. Darüber hinaus
kann die Verlegeeinrichtung auch über einen senkrecht angeord
neten Aufschweißstutzen in das Rohrinnere verbracht werden. Die
flexible schirmförmige Tasche kann durch den einen kleineren
Durchmesser bezogen auf den Rohrdurchmesser aufweisenden Auf
schweißstutzen ohne Beschädigungen hindurchbewegt und mit dem
Zugseil oder der Kabelanordnung verbunden werden.
In einer Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, im Aufschweiß
stutzen eine Führungsrolle so zu befestigen, daß das einzu
ziehende Hilfsseil bzw. die Kabel-Verbundanordnung nicht mit
Schweißnähten oder Kanten in Berührung kommt und hierdurch
beschädigt wird.
Es hat sich gezeigt, daß mit Hilfe der Verlegeeinrichtung und
der vorgestellten speziellen Verlegetechnologie zügig und ohne
nennenswerte längere Beeinflussung der Medienversorgung auch
größere Abschnitte schieberfreier Gasrohrstrecken mit Verbund
kabeln nachgerüstet werden können.
Zur Verkürzung der Sperrzeiten kann auf Hilfs- oder Zugseile
verzichtet werden, wobei hier ein unmittelbares Einziehen des
mechanisch in sich sehr stabilen Verbundkabels erfolgt.
Die in der Verbundanordnung befindlichen faseroptischen
Temperatursensorkabel unterliegen trotz der Hochdruckumgebung
keiner signifikanten Beeinträchtung der Eigenschaften, die für
die hochaufgelöste Temperaturmessung wesentlich sind.
Trotz der durch die Einzugstechnik und medienbedingte Aus
führung der Verbundanordnung mit Ummantelung und dergleichen
können Änderungen in der Temperaturverteilung signifikant
erfaßt werden. Damit ist die faseroptische Temperaturmeßtechnik
auch zur Ortung von Leckagen in Pipelines geeignet, welche
Hochdruck-Medien führen. Die Kabel-Verbundanordnung, welche
sowohl die Versorgungsunternehmen von Überwachungsaufgaben
entlastet als auch zum Aufbau von Nachrichtennetzen genutzt
werden kann, ermöglicht wesentliche Kostenvorteile und führt zu
neuen Einsatzgebieten und Applikationen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert
werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 den Querschnitt der Verbundkabelanordnung;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Ein- und Ausführstutzens;
Fig. 3 den Ausgangszustand der Temperaturverteilung entlang
einer Hochdruck-Gaspipeline;
Fig. 4 eine Detaildarstellung eines Abschnitts der Pipeline
mit Temperaturverlauf nach Fig. 3;
Fig. 5 einen Temperaturverlauf mit leckagebedingter Tempera
turänderung; und
Fig. 6 den prinzipiellen Aufbau der Verlegeeinrichtung.
Die Verbundkabelanordnung nach Fig. 1 umfaßt ein zentral ange
ordnetes, metallfreies Stauch- und Zugelement 1 aus glasfaser
verstärktem Kunststoff.
Durch dieses zentrale Stauch- und Zugelement 1 erlangt die
Verbundanordnung eine für den Kabeleinzug notwendige Steifig
keit.
Die eigentliche Kabelseele umfaßt beim gezeigten Beispiel vier
Bündeladern 2 mit einer vorgegebenen Anzahl Monomodefasern.
Eine weitere Bündelader 3 weist beispielsweise vier Multi
modefasern auf, welche zur Temperatursensorik auf der Basis der
Erfassung rückgestreuten Laserlichts Verwendung finden.
Die Seelenhohlräume sind mit einer Dichtmasse, vorzugsweise
Petrolatmasse ausgefüllt, um eine gewünschte Längswasser
dichtigkeit und eine hohe Druckbeständigkeit des Kabels zu
erzielen.
Die Seelenbewicklung besteht aus einem beidseitig kunststoff
beschichteten Aluminiumband 4, welches mit einer PE-Ummantelung
umgeben ist, so daß ein dauerhafter Schutz gegen Einwirkung von
Feststoffpartikeln in Gasströmen bzw. Feuchte- und Gaspermea
tion gegeben ist. Für die erforderliche mechanische Schutz
wirkung weist der äußere Polyethylenmantel 5 eine hohe Dichte
auf.
Das gemäß Ausführungsbeispiel vorgestellte Kabel besitzt einen
Durchmesser von im wesentlichen 14 mm bei einem Gewicht von
etwa 165 kg/km. Die höchstzulässige Zugbelastung liegt im
Bereich von 2500 N bei einem Mindestbiegeradius unter Zugbe
lastung von 280 mm.
Der zulässige Temperaturbereich im Betrieb liegt zwischen -25°C
bis +60°C.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 soll der Aufbau der verwendeten
Ein- und Ausführstutzen näher erläutert werden.
Ein Stutzen 6 wird zunächst mit der Außenwandung des medien
führenden Rohrs 7 durch Schweißen verbunden. Der Stutzen 6
besitzt einen abnehmbaren Dichtflansch 8 an seiner oberen
Öffnung.
Unter einem vorgegebenen Winkel ist seitlich am Stutzen 6 ein
Abgang 9 in Form eines Rohrs mit einem einschraubbaren Rohr
stopfen 10 angeordnet. Der Rohrstopfen 10 umfaßt eine übliche
Dichtung 11, so daß der Abgang 9 vollständig verschließbar ist,
wenn das Rohr 7 durch den Stutzen 6 angebohrt wird.
Der Durchmesser des Stutzens 6 ist so gewählt, daß ein Anbohren
des Rohrs 7 mit einem Durchmesser von beispielsweise der Nenn
weite DN 200 möglich ist.
Nach Abnehmen des Dichtflansches 8 kann im drucklosen Zustand
eine spezielle Verlegeeinrichtung in das Innere des Rohrs 7
verbracht werden, wobei die Verlegeeinrichtung mit dem über den
Abgang 9 zugeführten Kabel oder einem Hilfsseil verbunden wird.
Nach dem erfolgten Verlegen des Verbundkabels besteht aus
Gründen der Erhöhung der Betriebssicherheit die Möglichkeit,
den Stutzen 6 miteinem Rohrdeckel stoffschlüssig durch
Verschweißen zu verschließen.
Die eigentliche Kabeldurchführung bzw. Kabelabdichtung ist
zeichnerisch nicht dargestellt. Eine Konstruktion eines Dicht
pakets aus Dichtungsmaterial, Stahlringen und hochfesten
Stiftschrauben wird in den Abgang 9 eingesetzt und das Kabel
durchgeführt. Die eigentliche Abdichtung erfolgt dann mecha
nisch durch Druckeinwirkung der Stiftschrauben auf die Stütz-
und Druckringe und somit auf die Dichtung. Die Dichtfunktion
wird hier durch das gleichzeitige Anpressen der Dichtungen
gegen die Innenwand des Abgangs 9 und die Kabelmanteloberfläche
erzielt und dauerhaft aufrechterhalten.
Bevorzugt wird als Dichtungsmaterial auf Ethylen-propylen-Dien-
Kautschuk zurückgegriffen, welcher sich durch besondere
chemische Beständigkeit und hohe Temperaturwechselbelastbarkeit
auszeichnet. Durch die gewählte Dichtkonstruktion erfolgt wie
erwähnt ein gleichmäßiges Anpressen bezogen auf die
Außenoberfläche des Verbundkabels, ohne daß unerwünschte
Deformationen auftreten oder die faseroptischen Eigenschaften
nachteiligt verändert werden.
Die in der Fig. 6 gezeigte Verlegeeinrichtung nach Art eines
flexiblen Molchs 12 besitzt eine Schirmform mit einer Taschen
öffnung 13.
Im Innern des Molchs 12 sind mehrere sich in Längsrichtung
erstreckende, am Kopfende 14 verbundene Federelemente 15
angeordnet. Die Federelemente erzeugen nach außen gerichtete
Vorspannkräfte, so daß mindestens Teile der Außenseite des
flexiblen Molchs 12 an der Innenwandung des Rohrs anliegen.
Im Bereich der Taschenöffnung 13 sind Zugmittel 16 zum
Befestigen des Verbundkabels oder eines Zugseils vorhanden.
Das Taschenmaterial bzw. die flexible Umhüllung des Molchs
besteht aus Leder, Kunstleder, einem Textilgewebe oder
Kunststofffolie.
Dann, wenn die Taschenöffnung 13 vom strömenden Medium beauf
schlagt wird und sich aufwölbt, entsteht in Verbindung mit den
Federelementen 15 eine Abdichtung gegenüber der Rohrinnen
wandung und es wird unter Überwindung der Reibungskräfte die
Einrichtung vom strömenden Medium im Rohrinnern in Längsrich
tung fortbewegt. Die Elastizität des Molchs ermöglicht es,
Durchmesseränderungen oder Änderungen des Richtungsverlaufs des
Rohrs zu folgen.
Im Gegensatz zu bekannten Rohrmolchen kann der flexible Molch
12 gemäß Ausführungsbeispiel durch einen durchmesserengen
Stutzen, d. h. den Aufschweißstutzen 6 in ein Rohr mit einem
größeren Durchmesser verbracht werden und sich dort unter
Wirkung der Federelemente 15 entspannen.
Nachdem der in der Fig. 2 gezeigte Dichtflansch 8 vom Stutzen 6
entfernt wurde, wird der flexible Molch 12 eingebracht und das
Verbundkabel bzw. ein Hilfsseil unter Nutzung der Zugmittel 16
befestigt. Ergänzend besteht die Möglichkeit, am Stutzen 6 eine
Führungsrolle zu befestigen, um Beschädigungen des einzuzie
henden Kabels oder Seils an Schweißnähten oder scharfkantigen
Abschnitten des Rohrs zu vermeiden.
Zum eigentlichen Kabeleinziehen wird ein kleinstmöglicher
sperrbarer Rohrabschnitt auf einen reduzierten Betriebsdruck
abgesenkt, wobei auf Einzugslänge eine Sperrung dieses
Abschnitts durch Blasensetzgeräte mit an sich bekannten
Doppelblasen vorgenommen wird. Über einen Ausbläser wird der
abgesperrte Abschnitt drucklos gemacht. Der eingeführte
flexible Molch wird nun durch Erhöhung des Gasdrucks im Bereich
hinter der Taschenöffnung erhöht, so daß sich der flexible
Molch im Innern des Rohrs unter Überwindung der Reibungskräfte
zur Rohrinnenwandung fortbewegt.
Am Zielort kann zur Vermeidung von Beschädigungen der dort
befindlichen Absperrblase eine Auffangvorrichtung für den
flexiblen Molch vorgesehen sein. Der Molch wird im Bereich des
Ausführstutzens vom Zugseil oder vom Verbundkabel abgekoppelt.
Im Fall des Einsatzes eines Zugseils wird mit Hilfe einer
Kabelziehwinde das Verbundkabel nach eingestellter Zugkraft
begrenzung bzw. Zugkraftüberwachung in das Rohrinnere verbracht
und anschließend abgedichtet.
Das eingebrachte Verbundkabel wird über Kabelenddosen sowie
eine Spleißdose mit Strahlung einer Laserlichtquelle impuls
weise beaufschlagt. Das vom Sensorkabel bzw. Lichtwellenleiter
rückgestreute Licht wird ausgekoppelt und über entsprechende
Filter auf einen Detektor einer Meßeinrichtung geführt. Ein in
der Einrichtung vorhandenes optisches Filter läßt Licht der
Stokes-Line Is durch, während ein zweites optisches Filter
Licht der Anti-Stokes-Linie Ia passieren läßt. Der Detektor
erzeugt dann aus den ihm zugeführten Intensitäten Is und Ia der
Stokes-Linie und der Anti-Stokes-Linie Signale, welche einer
Verhältnisbildung unterzogen werden. Der hierfür eingesetzte
Dividierer ist mit einem Rechner verbunden, der in Abhängigkeit
von der Laufzeit des eingestrahlten Lichts und damit der
Relation zur Längenkoordinate des Lichtwellenleiters Tempera
turwerte bestimmt.
Mittels des Rechners können konkreten Punkten oder Orten des
Lichtwellenleiters Temperaturwerte zugeordnet werden. Das
Verhältnis der Intensität der Stokes-Linien zueinander bestimmt
dabei den jeweiligen Temperaturwert, während die Längenkoordi
naten des Lichtwellenleiters aus der Laufzeit des rückge
streuten Lichtimpulses ermittelt werden.
Die Fig. 3 zeigt nun den Ausgangszustand der Temperaturver
teilung entlang einer beispielsweisen Hochdruck-Gaspipeline.
Hier ist erkennbar, daß die Temperatur entlang des vermessenen
Abschnitts der Pipeline nicht konstant ist.
Die Analyse der Temperaturdaten gemäß Ausführungsbeispiel
ergab, daß die Temperatur am Ort des Sensorkabels vom Tempe
ratur-Tagesgang beeinflußt wird. Die vorhandene Inhomogenität
der Überdeckung der Hochdruck-Gaspipeline führt zu den erkenn
baren Temperaturunterschieden im Bereich von Meter 7 bis Meter
447 entlang der Trasse.
Die Fig. 4 zeigt eine Detaildarstellung der Temperaturver
teilung der ersten 20 Trassenmeter nach Fig. 3. Bei dem Punkt 2
m ist eine Temperaturerhöhung erkennbar. In diesem Bereich
wurde kurz vor der Durchführung der Messungen nach Ausfüh
rungsbeispiel die Schwarzdecke instand gesetzt. Die damit ver
bundene Erwärmung des Erdreichs ist zum Zeitpunkt der Tempera
turmessung noch nicht abgeklungen und deutlich nachweisbar.
Fig. 5 läßt eine leckagebedingte Temperaturänderung entlang der
Hochdruck-Gaspipeline zu verschiedenen Zeitpunkten erkennen.
Beim Beispiel wurde um 8.45 Uhr ein Leck geöffnet. Um ca. 9.40
Uhr (obere Kurve) konnte noch keine signifikante Temperatur
absenkung festgestellt werden. Gegem 13.10 Uhr (untere Kurve)
erfolgt jedoch eine deutliche Temperaturabsenkung um 1,1 K. Die
Lage des Lecks wurde am Punkt 2 m geortet.
Es wurde demnach die Änderung der Temperaturverteilung während
der Lecksimulation deutlich nachgewiesen, wobei die zeitliche
Verzögerung durch die Wärmeausbreitungsbedingungen und die
Wärmekapazität des Verbundkabels bedingt ist. Die lokale
Abkühlung durch Entspannung des unter Hochdruck befindlichen
Gases am Leck und die sich ausbreitende Temperaturänderungs
front kann mit der beschriebenen Vorrichtung sicher nachge
wiesen werden, so daß zukünftig in kostengünstige Weise die
Überwachung von Gastransporteinrichtungen mittels faserop
tischer Sensorik, die Bestandteile des Verbundkabels zur Nach
richtenübertragung sind, durchführbar ist. Im Vergleich zur
konventionellen Technologie der Erdverlegung mit Schutzrohr
werden Kostensenkungen realisierbar, wobei Tiefbauarbeiten im
wesentlichen nur für die Abschnitte zum Kabelein- und -aus
führen am Gasrohr anfallen.
1
zentrales Stauch- und Zugelement
2
Bündelader mit Monomodefasern
3
Bündelader mit Multimodefasern
4
beschichtetes Aluminiumband
5
Polyethylenmantel
6
Stutzen
7
Rohr
8
Dichtflansch
9
Abgang
10
einschraubbare Kabeleinführung
11
Quetschdichtung
12
flexibler Molch
13
Taschenöffnung
14
Kopfende
15
Federelemente
16
Zugmittel
Claims (13)
1. Vorrichtung zum Überwachen des Zustands von Rohren, Rohr
systemen, Pipelines oder dergleichen Gas oder flüssige Medien
führenden Einrichtungen, wobei die Medien unter hohem Druck
stehen, sowie zur Nachrichtenübertragung oder Telekommuni
kation, umfassend
- - mindestens ein faseroptisches, mit Laserlicht beaufschlagtes Multimode-Lichtwellenleiter-sensorkabel und Mittel zur Laufzeit- und Intensitätsauswertung des rückgestreuten Laserlichts, um örtliche Temperaturanomalien längs des Sensorkabels zu bestimmten, sowie
- - mindestens ein Monomode-Lichtwellenleiterkabel zur Nach richtenübertragung, wobei die Kabel eine ummantelte Ver bundanordnung mit Stauch- und Zugelement (1) bilden, und
- - wobei die Kabel-Verbundanordnung über druckdichte Ein- und Ausführstutzen (6) überwiegend im Innern der Rohre oder des Rohrsystems verlegt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kabel-Verbundanordnung mindestens eine Bündelader mit
Multimodefasern (3) sowie mehrere Bündeladern mit einer Viel
zahl von Monomodefasern (2) aufweist, welche um das zentrale
Stauch- und Zugelement (1) befindlich und mit einer Seelen
wicklung und einem Mantel umgeben angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Mantel (5) aus einem kunststoffbeschichteten Metallband (4)
besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kunststoffbeschichtung Polyethylen (5) und das
metallische Material Aluminium (4) ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Stauch- und Zugelement (1) aus glasfaserverstärktem
Kunststoff (GFK) besteht.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ein- und Ausführstutzen (6) je einen sich bezogen auf die
Rohrlängsrichtung im wesentlichen senkrecht hierzu erstrecken
den Aufschweißstutzen aufweisen, welche einen seitlichen Abgang
(9) zur Verbundkabelführung umfassen, wobei der Aufschweiß
stutzendurchmesser zum Ein- und Ausbringen einer Verlegeein
richtung geeignet gewählt und der Querschnitt oder Durchmesser
des seitlichen Abgangs (9) am Kabeldurchmesser und den Dicht
mitteln orientiert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
der seitliche Abgang (9) mindestens eine auf Verbundkabel und
Abgangsinnenwandung durch Einspannung resultierende, axial
gerichtete Kräfte erzeugende elastische Dichtung (11) aufweist.
8. Verfahren zum Verlegen einer Kabel-Verbundanordnung für eine
Vorrichtung zum Überwachen des Zustands von Rohren, Rohr
systemen, Pipelines oder dergleichen nach einem der Ansprüche 1
bis 7 mit folgenden Schritten:
- - Freilegen von mindestens zwei Rohrabschnitten;
- - Befestigen der Aufschweißstutzen im Bereich der freigelegten Rohrabschnitte;
- - Senken des Betriebsdrucks im Rohr bzw. Rohrsystem, Sperren des Rohrs auf der Verbundkabel-Einzugslänge, Ausblasen und Drucklosmachen des abgesperrten Rohrabschnitts;
- - Anbohren des Rohrs über die Aufschweißstutzen;
- - Einführen der Verlegeeinrichtung über die Öffnung des Aufschweißstutzens;
- - Verbinden der Verlegeeinrichtung mit dem Verbundkabel oder einem Zugseil, welches über den seitlichen Abgang zugeführt wird;
- - vorläufiges Abdichten der Aufschweißstutzen;
- - Erhöhen des Betriebsdrucks im Rohr zur Steuerung der Einzugsgeschwindigkeit, wobei die Verlegeeinrichtung vom strömenden Medium mitgenommen wird;
- - Ausführen des Kabels oder des Zugseils und Entnahme der Verlegeeinrichtung; sowie
- - endgültiges Abdichten der Aufschweißstutzen und der seitlichen Abgänge nach erfolgter Kabeldurchführung.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
das vorläufige Abdichten der Aufschweißstutzen mittels Blind
flansch und das endgültige Abdichten durch Verschweißen mit
einem Rohrdeckel erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Einziehen des Verbundkabels mittelbar über ein Hilfsseil
vorgenommen wird, wobei das Einziehen mittels einer Kabel
ziehwinde unter Überwachung der Zugkraft sowie bei einge
stellter Zugkraftbegrenzung erfolgt.
11. Einrichtung zum Verlegen einer Kabel-Verbundanordnung für
eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder zur Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
eine flexible, schirmförmige Tasche mit im Innern sich in
Längsrichtung erstreckend angeordneten Federelementen (15),
wobei die Federelemente (15) radiale, nach außen gerichtete
Vorspannkräfte erzeugen, so daß mindestens Teile der Außenseite
der Tasche an der Rohrinnenwandung anliegen, wobei die Tasche
Zugmittel (16) zum Befestigen des Verbundkabels oder eines
Zugseils aufweist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Taschenmaterial Leder, Kunstleder, Textilgewebe oder
Kunststoffolie ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
die offene Taschenseite (13) vom strömenden Medium beaufschlagt
sich aufwölbt und gegenüber der Rohrinnenwandung abdichtend
wirkt, wobei unter Überwindung der Reibungskräfte die Ein
richtung sich vom Druck des strömenden Mediums abhängig auch
bei Durchmesseränderungen des Rohrs im Rohrinnern in Längs
richtung fortbewegt.
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