DE20321810U1

DE20321810U1 - Rohr

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Publication number: DE20321810U1
Application number: DE20321810U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2013-08-22
Also published as: US20060151044A1; DE10393015B4; WO2004018929A1; DE10393015T5; AU2003261683A1

Abstract

Rohr mit einer für die Prüfung und/oder Wandreparatur bestimmten Spirale, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenteilung der Spirale (3, 4, 6) nicht größer als die Länge des kritischen Risses des Rohrs (1) mit der Schweißnaht (16) gewählt wird.

Description

Die Erfindung gehört zu Rohren, Rohrleitungen und ähnlichen Objekten, und kann in der Luftfahrt, Metallurgie, im Schiffbau, in der Erdölindustrie, raketenkosmischen, chemischen Industrie und in anderen Industriebranchen verwendet werden.
Bekannt sind Rohre, die zu Rohrleitungen durch Schweißen, mechanischen Aufzug oder Gewindeverbindungen [1] zusammengebaut werden. Dabei enthalten die mit Gewindeverbindungen versehenen Rohre eine Hülle und ein Endgewinde. Der Nachteil dieser Erzeugnisse ist eine niedrige Prüfverfügbarkeit und ein sehr hoher Reparaturaufwand, wodurch riesige Verluste in der Industrie, auch wegen der Ausserbetriebnahme der Rohrleitungen, verursacht werden, weil die Konstruktion die für die Hüllen erforderliche Funktionen nicht vorsieht.
Bekannt ist ein Prüfverfahren für Erdölleitungen, das darin besteht, dass in der Nähe der Erdölleitung (Erdöllager, Behälter für Erdölprodukte) ein Kabelgeber vorgesehen und an einen Bildschirm angeschlossen wird und dass aufgrund von Bildschirmanzeigen die Leckstelle im Abschnitt der Erdölleitung [2] bestimmt werden. Das Verfahren arbeitet ohne Außerbetriebnahme der Erdölleitung und Eingriff in die Konstruktion fehlerhaft. Bei diesem Verfahren sind die Adern des Erdölleitungskabelgebers durch ein synthetisches Dielektrikum getrennt, das durch das Erdöl aufgelöst wird. Diese Verfahren ändert elektrische Leitungseigenschaften dieses Gebers, der durch einen Computer zyklisch getestet wird, wobei diese Leitungseigenschaften mittels einer Hardware und Software des Bildschirms festgehalten, ausgewertet und am Bildschirm dargestellt werden. Die Feststellung der Leckstelle (des Ausfalls der Erdölleitung) kann wesentlich verzögert werden, beispielsweise in der kalten Jahreszeit bei Entstehung einer geringen Leckstelle, wenn der Boden um das Rohr herum einfriert und das aus dem Rohr ausströmende Erdöl verdickt wird, so dass sich dessen Beweglichkeit verschlechtert, wie es für die Erdölvorkommen im Norden Rußlands aktuell ist. Das ist vor allem von der Temperatur der je Zeiteinheit ausströmenden Erdölmenge, Geschwindigkeit der Erdölausbreitung, von der Entfernung zwischen der Leckstelle und dem Geber und von der Geschwindigkeit der Auflösung des genannten Dielektrikums abhängig. Obwohl nichtdurchgehende Schäden öfter vorkommen, wird bei diesem Verfahren nur die Störung der Trennhüllung im Betrieb bemerkt. Die Leckstelle wird dadurch nicht exakt geortet, wodurch die Reparatur des Abschnitts erschwert und verteuert wird. Letztendlich funktioniert diese Lösung an Wasser-, Dampfleitungen und anderen Objekten nicht.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält hintereinander verbundene, gelochte Rohre, Kabelgeber mit zwei isolierten Leitern und einen Monitor [2].
Sie sind wegen elektromagnetischer Störungen wenig wirkungsvoll. Diese Störungen werden durch ein Prüfkabel, dessen Dielektrikum durch Kohlenwasserstoffe nicht aufgelöst wird, und durch einen Monitor vermieden, der die Signale vom Kabel empfängt. Das Signal des Lecks an einem Kabel wird problemlos registriert.
Am nächsten steht der Erfindung dem technischen Wesen nach das Prüfverfahren für Erdölleitungen mit einem großen Durchmesser, das darin besteht, dass die Rohrleitung durch einen sich darin mechanisch bewegenden Kolben geprüft wird. Die Prüfeinrichtung des Kolbens registriert dessen Lage in Bezug auf die Rohrlänge und die Werte der physischen Rohrwandfelder. Anschließend werden nach der Untersuchung der Registrierungswerte die Wandmängel und deren Daten in der Rohrleitung festgestellt [3, 4]. Das Verfahren entdeckt sich ausbreitende und gefährliche (kritische) Wandmängel, weil es möglich ist, Maße, Erweiterungen, Geschwindigkeiten der Ausbreitung und den Standort der Schäden festzustellen. Der Nachteil der Außerbetriebnahme der Rohrleitung wird zwar vermieden, aber nachteilig sind die hohen Betriebskosten für die Prüfung und Reparatur von Objekten, die für die Behebung des nachgewiesenen Mangels und dessen Verhinderung erforderlich sind. Erforderlich ist der Zugang zum Rohrinneren, eine Rohrausrüstung mit Empfangs- und Laufkameras, ein Computernetz und eine umfangreiche Programm- und Messtechniksoftware. Ein weiterer Nachteil des oben genannten Verfahrens besteht in der geringen Sicherheit und ist auf folgende Gründe zurückzuführen:

1) Die Koeffizienten der Nachweisbarkeit und Prognose der Mängel erreichen dabei keine Grenzwerte. Das ist vor allem auf das Signal-Geräusch-Verhältnis elektronischer Messungen und auf Verfahrens- und Gerätefehler der zerstörungsfreien Prüfung einschließlich der Probleme beim Vergleich des Fehlers mit dem Referenzmuster (Form, Maß, Orientierung und Anordnung zu den Schweißnähten, der wärmebeanspruchten Zonen und der oberen und unteren Flächen der Rohrleitung), Messfehler bei der Messung der Entfernung bis zum Mangel u. a. zurückzuführen.
2) Die Untersuchung mit dem Kolben dauert gegenüber dem Computertest des Kabelgebers wesentlich länger und weist den Übergang vom sich ausbreitenden Mangel zur Kategorie eines gefährlichen Defekts nicht nach. Der Übergang tritt beim Erreichen der kritischnahen Größe (Griffits-Bedingung) ein, doch ist er zeitmäßig nicht bestimmt. Die Gründe dafür sind die Streubreiten der physikalisch-mechanischen Werkstoffeigenschaften, Wanddicke, Wandkorrosion, statisch-dynamische Belastung usw. Die Mindestdauer des Verfahrens ist durch die Summe der Zeitwerte der Abschnittsprüfung, Rückkehr zum Ausgangspunkt und die Kolbenvorbereitung für eine neue Prüfung ohne Bezug auf die Zeit für das Rücksetzen und Speichern der Informationen im Netz vorgegeben.
3) Die reale Dauer der Untersuchung von Objekten beträgt über 2 bis 3 Jahre, und ein solch allgemein anerkannter Fehler wie Riss als potentielle Quelle für Ausfälle und schwerwiegende Schäden an Erdölleitungen wächst sich nach einer unbestimmten Zeit zu zufälligen Sprüngen aus. Dabei übertrifft die Sprunggeschwindigkeit die Kolbengeschwindigkeit in der Größenordnung um das 2- bis 3-Fache, wobei sie der Schallgeschwindigkeit im Stahl nachsteht. Die Sprunggröße ist nicht limitiert: 10%, 400–500% und mehr vom kritischen Maß in der Nähe des Übergangspunkts, des so genannten Hauptrisses. Der Sprung ist bei Störungen in Gasleitungen kilometerlang und in Erdölleitungen einige Meter lang.
4) Die Ausfallfreiheit des Kolbens wird durch dessen Kompliziertheit verhindert. Er enthält [3, 4] eine hermetisch abgedichtete Sektionskonstruktion unter Druck des Betriebsmittels mit explosions-, brandgefährlichen, toxischen und anderen Eigenschaften, ferner einen Antrieb mit einer Messeinrichtung für Ortung, hochpräzise Analog- und Digitalkanäle, einen Spezialrechner mit Programmen, stabile Stromversorgungsquellen, Druckplatten, Steckverbindungen und Lötstellen, Ultraschallgeber, elektromagnetische und andere Gebertypen zum Nachweis der Mängel im Wandwerkstoff, eine Magnetisierungseinrichtung u. ä. Dabei soll diese ganze Ein richtung unter den Bedingungen einer Jahrestemperaturdifferenz von 70–90°C funktionieren, wodurch der Betrieb dieser Einrichtung erschwert wird.

Bekannt sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Reparatur von Rohrleitungen [5] aufgrund einer Außenrohrverfestigung. Mit diesem Verfahren wird die Beschädigungsstelle in der Rohrleitung vor dem Entstehen des Hauptrisses geortet, und die Rohrleitung wird vor der Abdichtung der Beschädigung nach einem Druckabfall [5] verfestigt. Die Einrichtung enthält mindestens zwei Dichtungen in Form von spiralförmigen Stützelementen, die auf das Rohr beidseitig des Risses aufgewickelt werden. Es gibt auch noch weitere Teile [5]. Die Nachteile einer derartigen Wiederherstellung der Rohrleitungen sind ein relativ hoher Aufwand und eine relativ hohe Arbeitsdauer, weil der Transport der Ausrüstungen und der Arbeiter zur Leckstelle, das Ausgraben des Bodens um das Rohr herum durch einen Bagger, die eigentliche Reparatur u. ä. erforderlich sind.
Bekannt ist auch ein Verfahren zur Prüfung und Wiederherstellung von durch Risse beschädigten Objekten [6]. Eine Platte mit Vertiefungen wird beschichtet. Die Werte in einer Spiralspur werden bei der Aufzeichnung verschachtelt. Die Wiederherstellung erfolgt nach Vorgabemerkmalen bei der Wiedergabe der Informationen [6]. Ein CD-Spieler enthält Laser, Drivers, Prisma, Photodiode, Kodierer, Speicherschaltungen und andere Elemente [6]. Nachteilig ist bei dieser komplexen Technologie das Plattendrehen. Diese Technologie schränkt ihren Einsatz bei beweglichen Objekten ein.
In Anbetracht der vorstehenden Erläuterungen können bekannte technische Lösungen potentiell keinen störungsfreien Betrieb der Erdölleitungen nach Funktionen, Konstruktionen, Verfahren und Einrichtungen für die Prüfung und Reparatur von Objekten gewährleisten, so dass wesentliche materielle, Produktions-, Rohstoff-, Valuta- und Finanzverluste sowie andere wichtige Verluste herbeigeführt werden. Es gibt viele entsprechende Beispiele aus verschiedenen Ländern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Ausfallunempfindlichkeit von Rohren, Rohrleitungen und ähnlichen maßgebenden Objekten durch Nachweis von Mängeln und Verfestigung der beschädigten Wand in Echtzeit zu erhöhen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, der zylindrischen Hülle Eigenschaften der industriemäßigen Prüffähigkeit zu verleihen, die eine moderne und genaue Ortung der Stelle, Größe und Geschwindigkeit der Defekte einschließt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Rohrwand mit einfachen Mitteln wiederherzustellen und den Arbeitsaufwand für die Reparatur der beschädigten Wand zu senken.
Diese Aufgaben werden dadurch gelöst, dass das bekannte Rohr [1] mindestens eine optisch leitende Spiralschicht für die Prüfung und Reparatur der Wand aufweist. Die Rohrleitung ist aus Rohren zusammengesetzt, in denen die oben genannte Schicht in der Wand in Form einer mit Glas gefüllten Rille ausgeführt ist. Beim Verfahren zur Prüfung der Rohrleitungen, das als Prototyp gilt [3] und das darin besteht, dass die Rohrleitung untersucht wird und die Wanddaten registriert und deren Defekte feststellt werden, wird gemäß der Erfindung vorgesehen, dass durch Wandriffelung und Füllung der Riffelung mit Glas in der Rohrleitung mindestens eine leitende Spiralschicht gebildet wird, diese mit optischen Schwingungen untersucht wird und die Wanddefekte aufgrund der Änderungen der Schwingungswerte bestimmt werden. Dabei wird eine Schraubenteilung der Schicht so gewählt, dass sie die Länge des kritischen Risses der Rohrleitung nicht überschreitet. Die Entfernung bis zum Defekt wird aus dem Produkt der Länge der Rohrleitung und der Laufwegzeiten der optischen Impulse vor und nach der Defektentstehung bestimmt. Es werden Schichten mit unterschiedlicher Verformungsfähigkeit gebildet, und die Ausfallzeit der Rohrleitung wird nach Werten der Verformungsfähigkeit der Schichten und Wand und nach Zeitpunkten der Zerstörung der Schichten rechnerisch bestimmt. Beim Verfahren der Rohrleitungsreparatur [5], das darin besteht, dass der Druck im Hohlraum reduziert und die defekte Wand wiederhergestellt wird, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass ähnlich dem früheren Verfahren die oben genannte Schicht in der Rohrleitung gebildet und dann untersucht wird und dass nach Änderungen der optischen Schwingungen der Druck im Hohlraum reduziert wird, wobei die defekte Wand durch die durch die Schwingungen erzeugte Wärme wiederhergestellt wird, die durch die Schicht in die Rissöffnung gelangt. Der Wärmestrom in die Rissöffnung wird durch die Leistung der durchgelassenen Schwingungen geregelt. Die Leistung der durchgelassenen Schwingungen wird stufenweise erhöht. Gleichzeitig ist die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens [2] mit einem Geber und einem Monitor dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Reiheschaltung aus einer Einheit zur ununterbrochenen Stromversorgung, einem Spannungswandler zur Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung und einem Optokoppler versehen ist, der mit dem Geber durch eine faseroptische Leitung, die die leitende Spiralschicht der Einrichtung bildet, und einem ersten Monitoreingang verbunden ist, dessen zweiter Eingang an einen Eingang des Spannungswandlers für die Umwandlung der Gleichspannung in Wechselspannung angeschlossen ist. Eine andere Variante der Einrichtung weist einen Strahler im Optokoppler in Form eines Lasers, eines Halbleiterlasers, auf.
Kurzfassung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 Rohrvarianten mit einer leitenden Spiralschicht gezeigt,
2, 3 und 4 Querschnitte der Spiralschichten der 1 in vergrößertem Maßstab,
5 ein angenähertes Diagramm der Stahldehnung und
6 ein Rohrschema und eine Einrichtung zur Prüfung der Rohrleitungen und derartiger Objekte, wobei die Bezeichnungen im Schema denen der 1 entsprechen.
Die Erfindung besteht in folgendem. Das Rohr (und andere Erzeugnisse aufgrund der Konstruktion der zylinderförmigen Hülle) verfügt mindestens über eine optisch leitende Schrauben- oder Spiralschicht (nachfolgend LSS genannt) für die Wandprüfung und Wandreparatur (s. 1). Zwecks Industrieprüfung und frühzeitiger Wiederherstellung sind die Rohrleitungen und ähnliche wichtige Objekte mit der LSS in der Wand in Form einer Rinne versehen, die mit gegenüber den elektromagnetischen Schwingungen des optischen Bereichs transparenten Festwerkstoffen, z. B. Glas, gefüllt ist. Derartige Objekte werden durch den Zusammenbau der oben genannten Rohre (Hüllen) oder auf eine andere Weise gefertigt. Zu diesem Zweck wird im Rohr 1 (1) die bekannte Spiralfläche 3, 4, 6 beispielsweise durch Riffeln, Gewindebohren oder Verdampfen eines Teils der Stahlwand 2 durch einen gebündelten Laserstrahl gebildet. Die Füllung 8 (2) der erzeugten Fläche mit Glas erfolgt insbesondere durch Aufwickeln von faseroptischen Nachrichtenleitungen (nachfolgend VOLS genannt), die mit der Wand durch Adhäsion oder auch durch einen Epoxidklebstoff 9 verbunden sind. Der entsprechende Kolben (in den Figuren nicht gezeigt) wird mit dem erforderlichen technologischen Zubehör ausgestattet. Die Arbeitsgänge sind unter den Betriebsbedingungen effektiver, weil die Schichten an technologischen Hochleistungsanlagen (Gewindeschneid-, Aufwickelmittel u. a.) erzeugt werden. Der Nutzungsgrad von Metall ist bei der Bildung der Rille durch Gewindeschneiden am geringsten, aber die Innenschicht 6 (1) weist den für die Außenschicht unzugänglichen, mechanischen Verschleiß durch Einschlüsse im Erdgasstrom auf, weil die Wand durch harte Sandkörnchen geschliffen und allmählich dünner wird.
Die Bildung erfolgt schraubenartig, und die Teilung h (1) wird insbesondere durch die halbe Länge des kritischen Risses der durch den Innendruck belasteten, zylinderförmigen Hülle begrenzt, wodurch der rechtzeitige, 100%-ige Nachweis von Längsrissen und anderen Betriebsfehlern in der Rohrleitung ermöglicht wird. Die Größe dieser Teilung h wird beispielsweise nach folgender Formel berechnet: h ≤ WE/πσ2,wobei

W: die spezifische Arbeit des Rohrleitungsbruchs,
E: das Jung-Elastizitätsmodul des Werkstoffs und
σ: die durchschnittliche Zugspannung ist.

Der Riffelung (Rille) wird insbesondere ein trapezförmiger Querschnitt 5, 7 (2, 3) mit einer Durchschnittsbreite von 1–10% der Schraubenteilung verliehen. Ein solcher Querschnitt braucht nur eine geringere Präzision der mechanischen Bearbeitung bei der Installation des fertigen optischen Kabels in der Rinne und konzentriert die Rohrspannungen in einem geringeren Maß, d. h. besser im Vergleich zu einer beispielsweise geometrischen Querschnittsform. Die LSS-Teilung ist beim Einsatz in der Regel konstant. Die Tiefe (Höhe) der Rille wird nach folgenden Gesichtspunkten bestimmt: die Wanddicke wird bei der Rohrfertigung nach der Festigkeit und Sicherheit gewählt, so dass das Gewinde und die Rillen den Querschnitt nicht verringern, der die Auslegungsdruckwerte aushalten kann; die faseroptische Nachrichtenleitung darf nach außen hinter die Rohrwand zur Vermeidung von Schäden beim Bau der Rohrleitung und Rohrtransport nicht herausragen. Die Einzelfaser braucht keine tiefe Rille, beispielsweise nur 0,3–0,7 mm. Die Rohre können mit einer Werk(Bau)-isolation versehen werden. Die Dehnungen der Stahlrohrleitung und der LSS werden technologisch ”in Einklang gebracht”, d. h., dass dem Beginn und/oder der Entwicklung plastischer Stahlverformungen der mechanische Glasbruch (s. 5) entsprechen soll.
Ein solches Objekt ist in einem breiten Temperaturbereich aufgrund der etwa gleichen Temperaturlängenausdehnungskoeffizienten beider Konstruktionswerkstoffe zuverlässig. Die Dehnungen werden beispielsweise durch die Anordnung der faseroptischen Nachrichtenleitung auf dem durch den Innendruck vorgespannten Rohr mit Rille abgestimmt. Der Druckpegel wird insbesondere bei der Abarbeitung der Rohrherstellung nach den Größen der Fläche der Fließeigenschaften von Rohrstahl 11 (5) und nach der Faserverformung (2–5%) zum Bruchzeitpunkt bestimmt. Der Arbeitsgang wird beispielsweise nach der Kalibrierung (Ausdehnung) von dünnwandigen Rohren nach dem Durchmesser durchgeführt. Beim Aufwickeln der Glasfaser in der Rille wird eine geringe mechanische Spannung erzeugt. Die Schichten aus zwei LSS (auf dem Rohr befinden sie sich nebeneinander, s. die Stelle 10 in 4) mit unterschiedlichen Werten der Bruchdehnung (Verformbarkeit) weisen die Geschwindigkeit der Defektausbreitung zusätzlich aus, weil zwei Zeitanzeigen (t1, t2) zum Zeitpunkt des Schichtenbruchs bekannt werden. Zuerst bricht die Schicht mit geringerer Verformbarkeit δ1, dann bricht die Schicht mit größerer Verformbarkeit δ2. Wenn beispielsweise die Rohrleitung eines Heizleitungsstrangs aus Stahl mit der Verformbarkeit δ3 hergestellt ist, wird die Bedingung δ1 < δ2 < δ3 erfüllt. Es wird vorausgesetzt, dass das Objekt im stationären Zustand betrieben wird. Die Prognose der Ausfallzeit der Rohrleitung, bei der die Abstände bis zur Bruchstelle nach Messungen unter Ausnutzung von zwei Schichten zusammengefallen sind, wird rechnerisch bestimmt. Für das Modell der Fläche des Fließvermögens (5) von Rohrstahl gilt beispielsweise (t3 – t2) = (t2 – t1) × (δ3 – δ2)/(δ2 – δ1). Angenommen, dass (t2 – t₁) 10 Tage, (δ2 – δ1) = 5%, (δ3 – δ2) = 10% ist, beträgt die Auslegungszeit (t3 – t2) = 20 Tage. Vor Ablauf dieser Zeit ab dem Zeitpunkt t2, insbesondere mit einer Zeitreserve von 2 bis 3 Tagen, werden Maßnahmen zur Vermeidung der Störung getroffen. Das ist für gefährliche Objekte in der Stadt oder an einer Kreuzung mit der Eisenbahn usw. wichtig. An Hüllen mit LSS ist in einem gewissen Sinne die Theorie der spröden, dehnungsmessempfindlichen Beschichtungen anwendbar. Beim Tarieren ergibt die Lackierung 10–20% der Nachweisgenauigkeit des verformbaren Spannungszustands mechanischer Erzeugnisse. Für einschichtige VOLS ist keine Festigkeitsidentität der Abschnitte (Partien) der optischen Faser erforderlich. Wichtig ist, dass diese physikalische Größe im Bereich plastischer Verformungen des Stahlrohrs 0,5–27% vom Anfangsdurchmesser unter Berücksichtigung der Stahlsorte und des Fehlens des Vorliegens des Kalibrierungsablaufs liegt, weil gerade die ”Plastik” ein untrennbares Attribut von gesuchten Defekten ist. In Abhängigkeit von der Art der Schichtenanordnung ist es auch wichtig, dass die Fasern mit dem Adhäsionsfüllstoff 8, 9 (2, 3, 4) in der Rille gute Verdichtungsarbeit aufweisen, die durch eine Reihe von Bauwerkstoffen einschließlich Glas und Epoxidmatrix gesichert wird.
Im Ergebnis der oben beschriebenen Arbeitsgänge entsteht das Referenzmuster (Prüfmuster) des Bruchgrads des Objekts. Die Metrologie des Verfahrens gemäß der Erfindung beruht auf den metrischen Eigenschaften der Schraubenoberflächen, der Theorie der spröden, dehnungsmessempfindlichen Beschichtungen, den Gesetzmäßigkeiten der Bruchmechanik für die durch den Innendruck belastete, lange, zylinderförmige Hülle mit Defekt und auf der Möglichkeit der Beobachtung (Untersuchung) des Zustands des Referenzmusters in Bezug auf Raum und Zeit.
Dieses Muster wird mit optischen Schwingungen untersucht, indem insbesondere optische Impulse mit bekannten Werten durch das Muster durchgelassen werden.
Bei einer Qualitätsrohrleitung breitet sich die elektromagnetische Welle in der LSS mit einer gewissen konstanten Dämpfung aus, ohne unterwegs auf merkliche Hindernisse zu stoßen (z. B. ist für eine VOLS mit einem Durchmesser von 125 μm der Dämpfungskoeffizient 0,2 dB/km bei einer Wellenlänge von etwa 1,6 μm bekannt). Die Welle wird am Ende der Rohrleitung zurückgestrahlt und bewegt sich zurück. Der periodische Ablauf lässt mit der Zeit nach und hört auf. Die Hin- und Rückwelle wird an Punkten beider Objektenden registriert. Bei längeren Abschnitten ist die Untersuchung nach der Hinwelle effektiver, weil sie gegenüber der abgestrahlten weniger abgedämpft wird. Die Hinwelle wird im Punkt am gegenüberliegenden Ende der Rohrleitung (des Abschnitts) bezogen auf den Punkt der Impulseingabe registriert, während die reflektierte Welle unmittelbar im Punkt der Eingabe registriert wird. Die Wellentrennung erfolgt insbesondere nach dem Zeitmerkmal. Beispielsweise wird die Verzögerung der reflektierten Welle gegenüber der Hinwelle für einen 1000 m langen Abschnitt mit einem Durchmesser von 350 mm, einer Teilung der Schraubenoberfläche von 20 mm und einer bekannten Geschwindigkeit der Ausbreitung der elektromagnetischen Welle etwa 0,25 ms betragen. Möglich sind andere Trennverfahren oder die Anwendung von einigen Trennverfahren.
Die beschädigte Schicht, z. B. im Falle der Defektbildung im Rohr beim Betrieb, strahlt einen Wellenteil im Punkt der gestörten Werkstoffgeschlossenheit ab, während der andere Teil durchgelassen wird. Das Verhältnis beider Anteile ist von der Art der Beschädigung, d. h. von den Defektdaten, abhängig. Bei der Prüfung mit der Hinwelle wird deren Amplitude an der Registrierstelle entsprechend reduziert. Doch diese Reduzierung kann auch auf einige Störungen der LSS zurückgeführt werden, z. B. durch eine Kette vereinzelter Defekte. Die Defekttiefe wird nicht registriert, d. h., dass dieser Wert als ein größerer Wert gegenüber dem Durchmesser der verwendeten optischen Faser (oder der Tiefe der Rille, in die diese verlegt ist) anzusehen ist.
Für eine genaue Beobachtung des tatsächlichen Zustands der Rohrleitung mit der Eigenschaft der industriemäßigen Prüfverfügbarkeit wird die Größe der Auslegungsteilung auf ... 0,2 h, ... 0,3 h, ... 0,7 h ... kh gesetzt, d. h., dass die Größe eines ungefährlichen Defekts kontrolliert und die restliche störungsfreie Betriebsdauer des Objekts vorhergesagt wird. Der Koeffizient k ≤ 1 kann an den Branchensicherheitsfaktor der Festigkeit der Konstruktion der Hülle bezogen werden. Die Störungsfreiheit des Objekts wird beispielsweise durch eine Druckreduzierung im Objekt auf das 1,5- bis 2-Fache mit automatischen Funktionen der Steueranlage für den Gastransport aufgrund des fehlenden Merkmals (d. h. der Änderung) der Prüfwelle (Hin welle, reflektierte Welle) an entsprechenden Steilen der Rohrleitung oder auf Befehl der Bedienungsperson der Anlage (nicht gezeigt) gewährleistet.
Die Entfernung bis zum Defekt wird nach dem Produkt der Hüllenlänge und dem Verhältnis der Zeitwerte des Laufs optischer Impulse in der LSS nach und vor der Defektentstehung bestimmt. Beispielsweise wird dieser Abstand für Rohrleitungen mit einer Länge von L = 10 km und bei Zeitwerten des Laufs optischer Impulse in der LSS nach und vor entsprechend t = 25 μs, T = 1000 μs bis zu einem der Enden der Rohrleitung 0,25 km betragen, wie aus der mathematischen Formel X = Lt/T ersichtlich ist. Der Abstand bei kontinuierlichen, optischen Schwingungen wird durch das Phasenverfahren bestimmt (präzisiert).
Die Impulswiederholung wird durch den Wert begrenzt, der durch die Division der Länge der Schraubenoberfläche durch die Geschwindigkeit der Ausbreitung der elektromagnetischen Welle in der LSS gewonnen wird. So werden aus der erforderlichen Zeit folgende Alarmsignale gewählt: einmal pro Sekunde, pro Minute uw., wodurch die Zeitpunkte der Entstehung von Defekten und des Erreichens der festgelegten Größe durch Defekte ermöglicht werden.
Nach der Erfassung der Werte der Schwingungen je nach Situation ”die Parameteränderung liegt vor oder fehlt” wird das Vorliegen oder Fehlen des Wanddefekts festgestellt. Das geometrische Maß des nachzuweisenden Defekts ist unter den im Text erwähnten Bedingungen ungefähr h. In Einzelfällen, je nach Form und Lage des Defekts gegenüber den Spiralwindungen, ”Sprödigkeit” des Spiralwerkstoffs, wird das Maß kleiner, beispielsweise für den gegenüber der Windung symmetrischen Oberflächenriss.
Wegen des Vorteils der Zweipunkteingabe (Punkte an den Enden der Rohrleitung), die die LSS-Trennung in Teile unabhängig berücksichtigt, besteht kein Bedarf an ei ner dringenden Reparatur der Schicht. Das ist hinsichtlich der Betriebs- und Effektivitätsfreundlichkeit des räumlich verteilten Systems der Rohrleitung 1 wichtig. Möglich ist die Gleichheit der Eingabestellen mit der Anzahl der Kranbühnen (Verdichter- oder Pumpenstationen) des Prüfobjekts. Dabei wird die Lösung wahrscheinlich optimal sein. Deren Sicherheit erhöht sich durch Duplizierung (Reservierung) der Eingabestellen, doch die Reparatur des Abschnitts gleich nach der Angabe des Defekts gewährleistet die Kontrolle nur von einer Stelle aus.
Die leitende Spiralschicht ist gegenüber den anfänglichen geringen Defekten, z. B. der Korrosion, die eine große Objektfläche einnehmen kann, unempfindlich. Sie reagiert nur auf Defekte, die eine lokale Änderung des spannungsverformbaren Zustands der kombinierten Konstruktion aufweisen und eine gleiche oder größere Bruchdehnung der Schicht verursachen, was unter diesen Bedingungen ein adäquates Merkmal einer unzulässigen Beschädigung der Schicht ist. Die zum Zeitpunkt der Untersuchung der Rohrleitung ungefährlichen Defekte verursachen kein falsches Ansprechen, das die Prüfung als einen technologischen Arbeitsgang vermindert.
In 6 sind eine Einheit für ununterbrochene Stromversorgung 12, ein Wandler 13 für die Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung, ein Optokoppler 14 und ein Monitor 15 in Reihe geschaltet. Der Monitor 15 ist mit seinem anderen Eingang an den Ausgang des Wandlers 13 angeschlossen. Der Optokoppler 14 ist mit der leitenden Spiralschicht 4 verbunden. Mit 16 ist eine Schweißstoßstelle des Rohrs 1 bezeichnet.
Die Einrichtung für die Prüfung der Rohrleitungen und derartiger Objekte arbeitet in folgender Weise (s. 6). Die Einheit für ununterbrochene Stromversorgung 12 (Speicher komplett mit Elektroenergieübertragungsleitung, benzinelektrischer Station und Gleichrichter) versorgt die Teile der Einrichtung mit Strom unabhängig von Unterbrechungen der Stromversorgung. Der Gleichrichter 13 erzeugt vorgegebene Schwingungen (Impulse) mittels des Optokopplers 14 (z. B. Ausführung mit einem Laserstrahler, Photoempfänger und Prisma) an der VOLS 4 (Geber) der Rohrleitung 1 und von der Leitung am Monitor 15. Die Werte der optischen Impulse ändern sich so lange nicht, bis die beim Objektbetrieb ansteigenden Impulse unter dem Wert h liegen. Wenn die Größe eines beliebigen Impulses h erreicht hat, reißt die LSS an der Defektstelle, und die Laufzeit der optischen Impulse wird vermindert. Diese Verminderung ist der Defektlage längs der Rohrleitung proportional, wird erfasst und mit den Mitteln des Monitors 15 (Einrichtung für Datenbereitstellung und Speichern, Analog-Digital-Umsetzer, Computer, Hard- und Software, Drivers) in der Entfernung bis zum Defekt nach der mathematischen Formel der Beschreibung umgerechnet. Die Einrichtung wird durch elektromagnetische Störungen nicht beeinflusst. Die Spektren der Nutz- und Störschwingungen sind weit voneinander getrennt. Der Laser des Optokopplers 14 (erzeugt im Wellenlängenbereich von 0,3–30 μm Impulse mit einer Dauer bis zu 10^–9 s, einer Leistung bis zu 10⁵ W und einem Wirkungsgrad von 40–60%) macht die Einrichtung sicherer und langlebiger, was bei kontinuierlichen Schwingungen wegen der Wärmeüberhitzung nicht gewährleistet wird. Der Fehler der Bestimmung der Entfernung bis zum Defekt (Längskoordinate) ist nur durch die Teilung der Schicht vorgegeben, d. h., dass die relative Abweichung der Lasermessungen (Sekundennormal etwa 10^–12, Meternormal etwa 10^–10) recht geringfügig ist. Der Fehler der Winkelkoordinate kann weniger als 1–3° betragen.
Aus den vorangegangenen Arbeitsgängen und Empfehlungen geht hervor, dass der Koeffizient der Nachweisbarkeit der Defekte vom Verhältnis der Länge des Rohrs mit der LSS und der Rohrgesamtlänge abhängig ist. Beispielsweise (s. Skizze und Schweißstoßstelle 16, 6) ergibt der Teil der zylindrischen Oberfläche für die Kanten der Stoßschweißnaht ohne Spirale für eine 12 m-Sektion mit 2 cm-Kanten den Auslegungswert KWD = 0,996(6) und mit 1 cm-Kanten den Auslegungswert 0,998(3). Im Falle der Ganzspirale ist der Auslegungswert KWD = 1. Bei der Montage der Rohrleitungen nach bekannten Verfahren wird die LSS durch Schweißen oder Kleben ver bunden. Auf diese Weise wird die Unteraufgabe der Kontrolle gelöst. Der Ausfall der Konstruktion infolge eines Betriebsdefekts ist praktisch ausgeschlossen, und die Standzeit der Objekte erhöht sich.
Zur frühzeitigen Reparatur von rissartigen Anomalien des Wandwerkstoffs wird beim bekannten Verfahren der Reparatur von Rohrleitungen [5], ähnlich wie bei dem eben beschriebenen Prüfverfahren, die oben genannte Schicht gebildet und durch optische Schwingungen untersucht, und die Änderungen der Parameter dieser Schwingungen werden bestimmt. Aufgrund dieser Änderungen wird der Druck im Hohlraum herabgesetzt (s. Absatz zum Steuerschema und zur Bedienungsperson), beispielsweise mit einer Klappe oder einem Ventil. Die defekte Wand der Rohrleitung 1 wird durch die Wärme der optischen Schwingungen wiederhergestellt, die durch die Schicht in die Rissöffnung durchgelassen werden.
Weil die LSS, wie aus den obigen Gründen folgt, durch den Riss bereits zerstört ist und das Abklingen der optischen Schwingungen in der Schicht, wie bei der Beschreibung der Untersuchung der Rohrleitung durch elektromagnetische Wellen erläutert wurde, geringfügig ist, wird ein Teil der Energie der gebündelten Laser-strahlung, der sich durch diesen Wellenleiter ausbreitet, automatisch durch diesen mittels der Rille exakt in die Rissöffnung konzentriert, so dass sich dieser Teil dort aufgrund von mehrfachen Reflexionen und entsprechenden Verlusten auswirken kann.
Dadurch wird eine effektive Erwärmung der Rissränder und der angrenzenden Wandabschnitte 2 ohne Metallverdampfung verursacht. Dabei vergrößert sich der Riss wegen der Wirkung von elastischen Verformungen in der Wand infolge der früher eingeleiteten Herabsetzung des Betriebsdrucks im Objekt 1 nicht. Der Wärmestrom in die Öffnung wird durch die Leistung der durch die Schicht durchgelassenen, optischen Schwingungen geregelt. Dies wird beispielsweise durch die Ausnutzung der Schwingungen an zwei Eingabepunkten erreicht, wie im Prüfverfahren gemäß der Erfindung durchaus möglich ist, und zwar durch den Anschluss stetiger Laser mit großer Energieleistung usw.
Die Temperatur, die Geschwindigkeit und die Heizzeit werden durch die Wandwerkstoffe bestimmt und versuchsweise ausgewählt. Zur Herabsetzung mechanischer Spannungen im Defektbereich (frühzeitige Reparatur) wird die Zeit der Erwärmung (Abkühlung) aufgrund der Dauer und Anzahl von Laserimpulsen gewählt, die durch die Schicht pro Sekunde durchgelassen werden. Zur Gewährleistung der Unversehrtheit der optischen Faser, die sich in der Nähe des Defekts erwärmt (zur Vermeidung von neuen Rissen und entsprechenden, zusätzlichen Verlusten der Wellenenergie infolge der Abstrahlung in die Schicht zurück) wird die Leistung der durchgelassenen, optischen Schwingungen in kleinen Stufen erhöht, indem die Amplitude oder Dauer der Schwingungen geändert wird.
Die Rissränder nähern sich durch die Wärmedehnung des Metalls, kommen in Kontakt miteinander und verschweißen sich. Die Rissnaht schmilzt ab und glättet sich, so dass die Geschlossenheit des Wandwerkstoffs an der Stelle der Wiederherstellung nach der Abkühlung erhöht wird. Die Rissschließung ist bei den Konstruktionen aus Aluminium und Aluminium-Industrielegierungen, Kupfer und einigen Kupferlegierungen, wie Bronze, Messing, anderen Metallen und Thermoplasten, möglich.
Für Stähle und Werkstoffe mit einer Schmelztemperatur über der Temperatur des Glaserweichens wird die Wandreparatur durch Füllung der Rille (Riffelung) mit Glas durchgeführt, wobei ein Schweiß- oder Lötvorgang durchgeführt wird. Dabei ist die Reserve (der Querschnitt) des Glases in der LSS von Bedeutung. Die Funktion der Rille wird durch den Riss selbst übernommen. Eine derartige Wiederherstellung der Wand macht es möglich, ohne Notaußerbetriebsetzung der Rohrleitungen und ähnlicher Objekte mit entsprechenden Ausgaben für die Außerbetriebssetzung auszu kommen, und wird durch das gezeigte Schema und die gezeigte Einrichtung in 3 gewährleistet.
Für die nächsten Analogons und den Prototyp bedeutet das die Beschleunigung der Reparatur und die Reduzierung der technologischen Zeit und Vorbereitungszeit.
Die Wirkung der Einrichtung gemäß der Erfindung ist für Industrie-, Transportobjekte und andere Objekte maximal, die unter Druck gefährlicher Betriebsmittel betrieben werden, wie bei Hauptgas- und Erdölleitungen. Die Wirkung ist bei Fernheizleitungen und bei anderen Konstruktionen geringer, bei denen diese Faktoren geringer sind, der Bruch durch die Rissbildung nicht vorherrscht und die LSS-Teilung unter Bezug auf das durchschnittliche Maß (Durchmesser) des Korrosionslecks nach den Ergebnissen der Untersuchungen bestimmt werden kann. Montageschweißfehler können durch eine h-Reduzierung im Bereich der Stoßnaht 16 berücksichtigt werden. Die Ausgaben für die wirtschaftliche Wirkung unter Einbezug der Vollständigkeit und der Varianten der Realisierung werden in Höhen von 10% vom Preis für Rohre einer ähnlichen Rohrleitung ohne die Funktionen gemäß der Erfindung angesetzt. Dasselbe gilt ungefähr für Erzeugnisse einer ähnlicher Art: Druckflaschen, Gasbehälter, Behälter für Erdölprodukte, Gehäuse verschiedener Zweckbestimmung, Gefäße, Tanks usw.
Daher werden durch die Erfindung die oben genannten Objekte wesentlich verbessert, deren Zuverlässigkeit und Sicherheit sowie die Effektivität der Produktion erhöht und die Ökologie und die Unversehrtheit des Wohnraums des Menschen verbessert.
Berücksichtigte Informationsquellen

[1] Nationalnorm von Kanada, CAN3-Z163-M86, Systeme der Erdölleitungen (Übersetzung) (Übersetzt durch das wissenschaftlich-technische Zentrum "Neftepromdiagnostika") Stadt Samara, Verlag "Samarskij dom", 1994, 196 S.
[2] [3] Kollacot R., Diagnostik von Störungen, Übersetzung aus dem Englischen, M.: Mir, 1989, S. 220–222, 440–443 (Prototyp)
[4] Technische Mittel der Diagnostizierung, Handbuch, unter allgemeiner Redaktion von V. V. Kljuev, M.: Maschinostrojenije, 1989, S. 601–612.
[5] Patent der RF Nr. 2118738 auf die Erfindung ”Verfahren und Einrichtung zur Reparatur von Rohrleitungen”, veröffentlicht am 10.09.98, Bull. Nr. 25.
[6] Sinkler Jan, Einführung in die Digitalschalltechnik, Übersetzung aus dem Englischen, M.: Energoatomizdat, 1990, 80 S.

1: Rohr (Rohrleitung)
2: Wand
3: Spiralaußenfläche
4: Außenschicht
6: Spiralinnenflächen (eine davon ist die Schicht)
5: Grenze der Spiralaußenflächen
7: Grenze der Spiralinnenflächen
8, 9, 10: Schnitte der optischen Faser, Epoxidmatrix und der Doppelschicht in der Rille.
11: Stoßstellenbereich für Rohre mit leitender Glasspiralschicht
12: ununterbrochene Stromversorgung
13: Spannungswandler für Wandlung der Gleichspannung in Wechselspannung,
14: Optokoppler 14
15: Monitor
16: Schweißstoßstelle zwischen den Rohren
σ_B: Festigkeitsgrenze Bruchdehnung

Claims

Rohr mit einer für die Prüfung und/oder Wandreparatur bestimmten Spirale, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenteilung der Spirale (3, 4, 6) nicht größer als die Länge des kritischen Risses des Rohrs (1) mit der Schweißnaht (16) gewählt wird.
Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens mit einer zusätzlichen Spirale in der mit der ersten Spirale (3, 4, 6) gleichen Richtung versehen ist.
Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spirale (3, 4, 6) in der Wand (2) als eine mit glasartiger Masse (9) gefüllte Rille ausgeführt ist (2, 3, 4).
Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spirale (3, 4, 6) an der Wand (2) als gewölbte Schicht aus glasartiger Masse ausgebildet ist.