DE2222563C3 - Verfahren zur Anzeige und Ortsbestimmung einer Leckstelle in einer Rohrleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anzeige und zur Ortsbestimmung einer Leckstelle in einer Rohrleitung bzw. zur Ortung unbekannter Abzweigstellen mit Hilfe eines strömenden Mediums, wobei die Rohrleitung wenigstens einen zugänglichen Einlaß und einen Auslaß aufweist, an denen Kenngrößen des strömenden Mediums gemessen werden und bei dem in die Rohrleitung ein mit dem strömenden Medium bewegbarer, wenigstens teilweise als Wandabdichuing wirkender Indikatorteil eingesetzt wird, welcher beim Passieren der Leckstelle eine Änderung der am Einlaß und Auslaß zu bestimmenden Kenngrößen herbeiführt.

Rohrleitungen, welche strömende Medien führen, deren Austritt in das umgebende Erdreich oder in sonstige Räume verhindert werden muß, können in bekannter Weise durch sogenannte Indikator- oder Leckmeldeschläuche gesichert werden. Dabei handelt es sich um längs der zu überwachenden Rohrleitung verlegte, meist aus Kunststoffmaterial bestehende Schläuche, deren Wandflächen durch das aus der Rohrleitung austretende Fördermedium zerstört werden, so daß zusätzlieh zu der Leckstelle in der zu überwachenden Rohrleitung eine Leckstelle im Indikatorschlauch auftritt. Da in dem Indikatorschlauch dauernd oder zeitweise ein entsprechender Überdruck aufrechterhalten wird, zeig! ein Druckabfall das Auftreten einer Leckstelle des Indikatorschlauches an und weist indirekt auf eine Lecksteile in der Rohrleitung hin. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bei der Längenortung der Leckstelle, wenn bei bodenverlegten Rohrleitungen größere und damit kostspielige Erdarbeiten vermieden

ao werden sollen. Bei den bekannten Anlagen ist die zu überwachende Rohrleitung daher in kürzere Überwachungsabschnitte eingeteilt, so daß beim Auftreten eines Lecks wenigstens der Bereich der Leckstelle abgegrenzt werden kann. Besondere Bedeutung besitzen Verfahren, die es ermöglichen, die Leckstellu des Indikatorschlauches in seiner ursprünglichen Lage festzustellen. Eine Möglichkeit hierzu besteht in der Anwendung radioaktiver Füllstoffe, beispielsweise in Gasform, wobei das Austreten an der Leckstelle mit Hilfe entsprechender Nachweisgeräte festgestellt werden kann. Die Anwendung derartiger radioaktiver Stoffe ist jedoch in vielen Fällen, insbesondere, wenn sich der Indikatorschlauch in einem Grundwassereinzugsgebiet befindet, nicht zulässig. Außerdem müssen wegen der Dicke der zu durchstrahlenden Erdschichten relativ hohe Aktivitätswerte angewendet werden, welche die für solche Vorrichtungen bekannten Nachteile bedingen. Die Möglichkeit der Verwendung einer Gasfüllung und der Nachweis mit Gasspürgeräten ist ebenfalls in ihrer Anwendung sehr beschränkt und nur bei sehr durchlässigen Bodenstrukturen gegeben.

Zum Stand der Technik gehören bereits in der Rohrleitung mit dem strömenden Fördermedium bewegbare, als Wandabdichtung wirkende Indikatorteile. Ein solcher bekannter Indikator klemmt sich an der Leckstelle so lange fest, bis durch eine äußere Abdichtung entsprechende Druckverhältnisse herbeigeführt werden, welche nach Ventilsteuerung eine weitere Vorwärtsbewegung ermöglichen. Derartige in der Rohrleitung bewegbare Indikatoren zeigen jedoch einen komplizierten Aufbau, dessen Funktionsfähigkeit unter rauhen Betriebsbedingungen in Frage gestellt sein kann.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein Verfahren unter Verwendung eines in der Rohrleitung mit dem strömenden Medium bewegbaren, besonders einfach aufgebauten Indikatorteils anzugeben, mit dessen Hilfe eine Ortsbestimmung einer Leckstelle durchgeführt werden kann, ohne daß die im Erdreich oder in Gebäudeteilen verlegte Leitung zunächst abschnittsweise zugänglich gemacht werden muß, und bei dem sowohl die Anwendung radioaktiver als auch gasförmiger Indikatorstoffe vermieden wird. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß zur Anzeige der Leckstelle die Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des die Rohrleitung passierenden Indikalorteilcs benutzt wird, welcher eine unstetige Änderung einer am Einlaß und Auslaß zu bestimmenden Kenngröße hervorruft, und daß zur Ermittlung der Ent-

fernung der Leckstelle vom Einlaß und/oder Auslaß die Menge des strömenden Mediums bestimmt wird, welche erforderlich ist, um den Indikatorteil in der Rohrleitung bis zur Lecksteilenanzeige vorzutreiben. Als strömendes Medium wird dabei bevorzugt eine Flüssigkeit verwendet. Für bestimmte Anwendungsfäile kann jedoch das Meßprinzip auch auf gasförmige Medien übertragen werden. Mit dem Verfahren lassen sich kleine und große Leckstellen mit hoher Genauigkeit orten. In vielen Fällen genügt dabei eine einmalige Messung an den Rohrenden. Das Verfahren eignet sich nicht nur zur Ortsbestimmung von Leckstellen, sondern ganz allgemein auch zur Feststellung von Abzweigungen und Rohranschlüssen in einem nicht unmittelbar zugänglichen Rohrsystem. Dieses Rohrsystem kann beispielsweise eine chemische Produktionsanlage oder eine Rohrpostanlage sein.

Bei einer zweckmäßigen Ausführung des Verfahrens können als Kenngrößen Druckwerte bestimmt werden.

Der Indikatorteil kann vorteilhaft als elastischer Stopfen, insbesondere als sogenannter »Molch«, aus einer zähflüssigen Masse gebildet sein. Bei praktischen Versuchen hat sich ein Molch aus einer zähflüssigen Mischung von Agar-Agar und Wasser besonders bewährt. Der Vorteil eines solchen als Massepfropf gebildeten Molchs besteht in der unbeschränkten Anwendbarkeit in Rohrsystemen, deren Querschnitte nicht genau eingehalten werden, und in der leichten Durchführbarkeit des Verfahrens.

Die Einbringung des Indikatorteils in die Rohrleitung kann zweckmäßig über eine angeschlossene Abzweig- und Bypass-Leitung erfolgen. Eine vorteilhafte Durchführung des Verfahrens kann darin bestehen, daß der Indikatorteil jeweils vom Einlaß und vom Auslaß der Rohrleitung her zur Leckstelle vorgetrieben wird, und daß aus dem Verhältnis der beiden zum Vortrieb benötigten Mengen des strömenden Mediums das Längenverhältnis der Abschnitte der Rohrleitung zur Leckstelle bestimmt wird. Die von beiden Seiten der Rohrleitung bis zum Eintreten einer diskontinuierlichen Änderung der Kenngröße benötigten Flüssigkeits- oder auch Gasmengen ergeben einen Verhältniswert, aus dem bei bekannter Gesamtlänge die Lage der Leckstelle leicht errechenbar ist.

Es kann ferner unter Umständen vorteilhaft sein, am Auslaß der Rohrleitung einen Druckerzeuger vorzusehen, welcher einen Gegendruck erzeugt gegenüber dem Druck, der den Indikatorteil vom Einlaß her vortreibt, und dabei kann die Druckänderung dieses Gegendrucks als Meßgröße bestimmt werden. Dieses Verfahren eignet sich besonders für relativ große Leckstellen, während bei kleineren Leckstellen eine einfache Druckmessung am Auslaß der Rohrleitung in Verbindung mit einer Druckmessung am Einlaß hinreicht. Zur Erreichung einer günstigen, relativ großen Änderung der Kenngröße kann es zweckmäßig sein, daß dem Druckerzeuger für den Gegendruck eine Drosselstelle vorgeschaltet ist.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann zweckmäßig derart aufgebaut sein, daß am Einlaß eine Indikatorschleuse zum Einschleusen des Indikators vorgesehen ist, welche ein Druckmeßgerät sowie Ventile zum Anschluß an einen Druckerzeuger aufweist. Am Auslaß der Rohrleitung befindet sich eine Meßzelle mit einem weiteren Druckmeßgerät und Schaltventilen.

In der Zeichnung sind zwei Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt, aus denen sich das erfindungsgemäße Verfahren sowie gegebenenfalls weitere Erfindungsmerkmale erkennen lassen; es zeigt

A b b. 1 eine Meßanordnung zur Bestimmung relativ kleiner Leckstellen,

A b b. 2 eine Meßanordnung zur Bestimmung größerer Leckstellen.

In A b b. 1 ist eine Indikatorschleuse 1 an einem zugänglichen Einlaß 2 eines defekten Indikatorschlauches 3 angeschlossen. Am anderen Ende 4 des Indikatorschlauches 3 liegt eine Meßzelle 5, die ein erstes Manometer 6 enthält. Die Indikatorschleuse 1 ist über eine Wasservorlage 7 mit einer Preßluftquelle 8 verbunden. Zur Bestimmung der in den Schlauch eingepreßten Wassermenge sind Zählwerke 10, 11 vorgesehen, die mit einem Linienschreiber 9 in Verbindung stehen. In Abhängigkeit von der Größe des Flüssigkeitsverlustes am Leck kann über ein Umschaltventil 12 das jeweils entsprechende Zählwerk 10 oder U eingeschaltet werden. Ein Steuerventil 15 ist mit einem zweiten Mano-

ao meter 13 verbunden, wobei die zu bestimmende Druckgröße über einen Meßwertumformer 14 an den Linienschreiber 9 weitergeleitet wird.

In der Meßzelle 5 befinden sich neben dem ersten Manometer 6 mit zugehörigem Meßwertumformer

as zum Anschluß an den Linienschreiber 9 drei Schaltventile 16, 17, IS.

Ein aus zähflüssiger Masse — hier aus einer Mischung aus Agar-Agar und Wasser — bestehender Molch 23, der in einen Plastikschlauch gegossen wurde, wird zwischen den Punkten !9 und 20 eingesetzt. Im Bereich dieser Leitung liegt ein Absperrventil 21.

Die Leckstelle ist mit 24 gekennzeichnet. Vor der

Preßluftquelle 8 befindet sich ein Druckminderventil 22.

Zur Durchführung des Meßverfahrens wird an den zugänglichen Einlaß 2 des defekten Indikatorschlauches 3 die Indikatorschleuse 1 angeschlossen. Ebenso wird der Auslaß 4 des defekten Schlauches mit der Meßzelle 5 verbunden. Der Molch 23 hat die Aufgabe, daß die ihn schiebende Wassersäule geschlossen und ohne Luftblasen in den Schlauch gebracht werden kann, auch wenn dieser in seinem Verlauf größere Höhenunterschiede oder Querschnittsveränderungen aufweist. Der defekte Indikatorschlauch 3 wird bei geschlossenen Ventilen 18 und 21 über das Druckminderventil 22 und das Steuerventil 15 (Stellung 1) mit Druckluft gefüllt. Hat sich ein auf dem Linienschreiber 9 und den Manometern 13 und 6 ablesbarer konstanter Druck eingestellt, so wird das Absperrventil 21 geöffnet. Dabei ist vorausgesetzt, daß das Leck so klein ist. daß der am ersten Manometer 6 gezeigte Druck annähernd dem Druckwert des zweiten Manometers 13 entspricht. Die aus dem Leck ausströmende Luftmenge wird durch das Druckminderventil 22 dem Schlauch 3 wieder zugeführt. Durch Umschaltung des Steuerventils 15 auf die Stellung 3 wird bewirkt, daß die Wasservorlage 7 mit dem davor befindlichen Molch 23 den Luftverlust am Leck jeweils ausgleicht. Die in den Schlauch 3 strömende Wassermenge wird von einem Zählwerk 10 oder 11 gemessen und auf dem Linienschreiber 9 registriert.

Die von der Wasservorlage 7 über die Zählwerke 10 oder 11 und das geöffnete Absperrventil 21 strömende Wassermenge bewirkt, daß der Molch 23 durch den defekten Schlauch 3 wandert, und zwar so lange, bis er ari der Leckstelle 24 angelangt ist und dort stehenbleibt.

Die auf dem Linienschreiber 9 bis zu dieser Position registrierte Durchflußmenge ist ein Maß für die Entfernung des Lecks vom Einlaß 2, falls die Zuordnung des

Schlauchvolumens zur Länge über dem Boden bekanni ist. Das Erreichen der Lecksiellc wird durch eine deutliche, unstetige Druckänderung der ManonKter 6, 13 und auf dem Linienschreiber 9 angezeigt. Ist das Schlauchvolumen unbekannt, so läßt man den Molch 23 durch öffnen des Schaltventils 18 weiterwandern und mißt die Wassermenge, die verbraucht wird, bis der Molch 23 am Schaltventil 18 in der Meßzelle 5 angelangt ist. Aus dem Verhältnis der beiden Flüssigkeitsmengen L\ und L2 und der bekannten Gesamtentfernung läßt sich der Ort der Leckstelle leicht errechnen.

Trifft die Voraussetzung, wonach das Leck so klein sein soll, daß die Druckanzeige der beiden Manometer 6, 13 zunächst nicht merklich voneinander abwe'cht. nicht mehr zu, so wird zweckmäßig ein Meßsystem nach A b b. 2 angewendet. Bei diesem ist die Meßzelle 5 mit einer weiteren Druckluftquellc 25 versehen, die über ein zusätzliches Druckminderventil 26 und über eine Drosselstelle 27 mit dem Schaltventil 18 in Verbindung steht. »0

Die nicht näher erläuterten Teile des Meßsystems der A b b. 2 entsprechen denen der A b b. 1.

Durch die weitere Druckluftquelle 25 wird über die Drosselstelle 27 und die Schaltventile 17, 18 dem Indikatorschlauch 3 eine der ursprünglichen Druckgröße entgegengerichtete Druckkomponente zugeführt. Die die Leckstelle kennzeichnende Änderung wird in diesem System nicht mehr — wie in A b b. I — durch die veränderte Fließgeschwindigkeit des Wassers und die Bewegungsgeschwindigkeit des Molches 23, sondern durch die Druckerhöhung am Manometer 6 angezeigt, die von einem zugeordneten Meßwertwandler 30 auf den Linienschreiber 9 übertragen wird.

Zunächst wird das Schaltventil 17 geschlossen und mittels des weiteren Druckminderventils 26 am ersten Manometer 6 derselbe Druck eingestellt, wie er sich am zweiten Manometer 13 bei der Stellung 3 ergibt. Nach dem öffnen des Schaltventils 17 strömt die Luft in den zu messenden Schlauchabschnitt, und infolge der Drosselung an der Drosselstelle 27 fällt der Druck am Manometer 6 auf einen erheblich geringeren Wert ab, z. B. auf einen Wert, der 50 % unterhalb des Ursprungwertes liegt.

An der Indikatorschleuse 1 werden anschließend dieselben Vorgänge eingeleitet, wie bei dem Meßverfahren nach A b b. 1. Der Molch 23 wandert wiederum bis zur Leckstelle 24, und wegen des geringeren Luftdrukkes im Schlauch auch etwas in den nachfolgenden Leitungsabschnitt 28 hinein. Beim Überschreiten der Leckstelle wird ein Druckanstieg am Manometer 6 beobachtet, der durch die Abdichtwirkung des Molches 23 gegenüber der Leckstelle 24 hervorgerufen wird. Der Zeitpunkt des Druckanstiegs wird über den Meßwertwandler 30 und die Meßleitung 29 zum Linienschreiber 9 übertragen, der auch die bis zu diesem Zeitpunkt verbrauchte Fördermenge des Wassers registriert. Diese ist ein Maß für die Entfernung der Leckslelle vom Einlaß 2. falls die Zuordnung des Volumens zur Entfernung (Li) bekannt ist. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren wiederholt, wobei jedoch die Indikatorschleuse 1 nunmehr am Auslaß 4 des Indikatorschlauches 3 und die Meßzelle 5 am Einlaß 2 angeschlossen werden. Aus dem Verhältnis der jeweils bis zum Auftreten einer charakteristischen Meßgrößenänderung verbrauchten Wassermengen wird die Lage der Leckstellc bestimmt.

Das Verfahren kann in verschiedenen Abwandlungen durchgeführt werden, wobei unter Umständen eine Abdichtung durch mehrere Indikatorteile möglich ist, An Stelle von Druckluft lassen sich in bestimmten Anwcndungsfällen auch andere Druckgase — wie Stickstoff od. dgl. — verwenden. Die Durchführung des Verfahrens ist ferner auch unter ausschließlicher Verwendung von Flüssigkeiten als strömende Medien möglich Die Meßwerte können einem entsprechenden Rechner zugeführt werden, der das gesuchte Ergebnis, d. h. die Längenkoordinaten der Leckstelle unmittelbar ausgibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Leckstelle in einer Rohrleitung bzw. zur Ortung unbekannter Abzweigstellen mit Hilfe eines strömenden Mediums, wobei die Rohrleitung wenigstens einen zugänglichen Einlaß und einen Auslaß aufweist, an denen Kenngrößen des strömenden Mediums gemessen werden, und bei dem in die Rohrleitung ein mit dem strömenden Medium bewegbarer, wenigstens teilweise als Wandabdichtung wirkender Indikatorteil eingesetzt wird, welcher beim Passieren der Leckstelle eine Änderung der am Einlaß-und Auslaß zu bestimmenden Kenngrößen herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der Leckstelle die Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des uie Rohrleitung passierenden Indikatorteiles benutzt wird, welcher eine unstetige Änderung einer am Einlaß und Auslaß zu bestimmenden Kenngröße hervorruft, und daß zur Ermittlung der Entfernung der Leckstelle vom Einlaß und/oder Auslaß die Menge des strömenden Mediums bestimmt wird, welche erforderlich ist, um den Indikatorteil in der Rohrleitung bis zur Leckstellenanzeige vorzutreiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngrößen Druckwerte bi. stimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikatorteil ein Molch aus zähflüssiger Masse ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung des Indikatorteils in die Rohrleitung über eine Abzweig- oder Bypassleitung erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikatorteil jeweils vom Einlaß und vom Auslaß der Rohrleitung her zur Lcckstclle vorgetrieben wird, und daß aus dem Verhältnis der beiden zum Vortrieb benötigten Mengen des strömendenden Mediums das Längenverhältnis der Abschnitte der Rohrleitung zur Leckstelle bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaß der Rohrleitung ein Gegendruck erzeugt wird gegenüber dem Druck, der den Indikatorteil vom Einlaß her vortreibt, und d.iß die Druckänderung des Gegendrucks als Meßgröße bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckerzeuger für den Gegendruck eine Drosselstellc vorgeschaltet ist.