DE2431907B2

DE2431907B2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von konzentrationsprofilen fluessiger oder gasfoermiger stoffe laengs einer strecke

Info

Publication number: DE2431907B2
Application number: DE19742431907
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Issel, Wolfgang, Dipl.-Phys. Dr.-Ing., 7500 Karlsruhe
Priority date: 1974-07-03
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1977-07-21
Also published as: AT356948B; CH580250A5; FR2277299B1; US3977233A; FR2277299A1; DE2431907C3; DE2431907A1; ATA511375A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung von Konzentrationsprofilen flüssiger oder gasförmiger Stoffe längs einer Strecke, bei welchem entlang der Strecke eine hohle Leitung verlegt wird, die so ausgebildet ist, daß die Stoffe in ihr Inneres eindringen können, und sie betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung findet ebenso Anwendung zur Ermittlung der Anwesenheit und der genauen örtlichen Verteilung von flüssigen und gasförmigen Stoffen in der Luft und im Erdreich wie zur Feststellung und Ortung von Lecks von unterirdisch bzw. überirdisch verlegten, zum Transport flüssiger und gasförmiger Produkte dienender Produktenleitungen, insbesondere hierbei von Lecks von Rohölfernleitungen.

Zur Feststellung von Schäden an Leitungen sind seit längerer Zeit eine Reihe unterschiedlicher Methoden und Vorrichtungen bekannt.

Mit der deutschen Patentschrift 10 23 102 wurde ein Verfahren zur Lecksuche vorgeschlagen, bei welchem als Spürvorrichtung ein durch dan zu ortenden Stoff quell- oder auflösbarer Schlauch dient, der mit einem halogenhaltigen bzw. radioaktiven Spürstoff gefüllt ist, dessen Entweichen aus dem Schlauch mit einem entlang der Trasse geführten Lecksucher festgestellt wird.

Seit langem ist bekannt (deutsche Patentschrift 7 21 463), entlang zu überwachender Rohrleitungen isolierte, stromdurchflossene Drähte zu verlegen, deren Isolierung bei Austritt des Rohrleitungsinhaltes zerstört wird, sodaß eine Herabsetzung des Isolationswiderstandes meßbar wird. Anstelle der Veränderung des Isolationswiderstandes kann (deutsche Patentschrift 10 23 102) die Unterbrechung eines stromdurchflossenen Leiters oder auch die Trennung eines durch zwei streifenförmige Belege gebildeten Kondensators in zwei Teilkondensatoren treten.

Durch die USA-Patentschrift 23 46 043 und 25 1S 327 wurde weiter bekannt, in die zu überwachende Leitung ein radioaktives Material einzugeben und dessen Austreten oei Lecks mit einem der Leitung entlanggeführten Geigerzähler festzustellen.

Mit der USA-Patentschrift 36 00 674 ist endlich bekannt geworden, unterhalb im Erdreich geführter Rohrleitungen ein Koaxialkabel zu verlegen und die Änderung der Ausbreitung von Mikrowellen zur Leckortung auszunutzen, wenn das Leckmedium nach Zerstörung der Kabelumhüllung in den durch den äußeren Schirmleiter und den Mittelleiter gebildeten und zur Feststellung des Fehlerortes in Längskavernen eingeteilten Hohlraum eingedrungen ist, wobei jeder dieser Kavernen oberirdisch eine Meßstation zugeordnet ist.

Keines der bekannten Verfahren bzw. der vorgeschlagenen Vorrichtungen hat sich bisher in der Praxis durchsetzen können, weil entweder die Kosten für die erforderlichen Einrichtungen zu hoch und/oder die Meßgenauigkeiten zu gering waren. Aus diesem Grunde werden auch heute noch selbst Rohölfernleitungen lediglich auf optischem Wege, nämlich durch Inaugenscheinnahme der Trasse aus der Luft oder vom Boden her, auf Lecks überwacht.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, welche auf einfache Weise die Bestimmung von Konzentrationsprofilen gasförmiger und flüssiger Stoffe entlang einer Strecke gestattet, um selbst große Strecken mit geringem Aufwand, kurzer Ansprechzeit und hoher Ortungsgenauigkeit laufend überwachen zu können. Dabei wird entlang der Strecke eine hohle Leitung verlegt, die so ausgebildet ist, daß die Stoffe in ihr Inneres eindringen können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Leitung mit einem Prüfmedium gefüllt ist und die Säule des Prüfmediums in zeitlichen Abständen durch die Leitung hindurchgeschoben und an einem für die Stoffe empfindlichen Fühler vorbeigeführt wird. Als hohle Leitung kann entweder ein Rohr oder ein Schlauch Verwendung finden, der entsprechend den Erfordernissen mit einem gasförmigen oder einem flüssigen Prüfmedium gefüllt ist. Gemäß der Erfindung kann leicht ein ganzes Konzentrationsprofil der Stoffe längs

der Strecke aufgenommen werden, also beispielsweise die örtliche Verteilung von Verunreinigungen von Luft Qder von Grundwasser entlang der hohlen Leitung, die eine Länge von einigen Kilometern und mehr aufweisen kann. Wird die Leitung parallel zu einer Rohöl- oder Gasfernleitung verlegt, läßt sich «it Hilfe des bestimmten Konzentrationsprofiles entlang der Fernleitung nicht nur eine, sondern mehrere Leckstellen im Rahmen einer Bestimmung ermitteln, wobei nicht nur der Ort des Lecks festgestellt, sondern auch auf die to Menge des :n das Erdreich ausgetretenen Stoffes (Rohöl, Gas) geschlossen werden kann. Das Verfahren eignet sich zur selbsttätigen Überwachung, sofern nur das Hindurchschieben mittels in Abständen ausgelöster Maßnahmen geschieht und an den Fühler nicht nur schreibende Aufnahmegeräte, sondern auch Alarmeinrichtungen angeschlossen werden.

In erfinderischer Ausgestaltung des neuen Verfahrens wird vor der Beförderung der Säule des Prüfmediums in die Leitung als Wegemarke ein geringes Volumen einer Substanz eingebracht, für welche der Fühler ebenfalls empfindlich ist. Dieses Substanzvolumen dient vorteilhaft als Wegemarke zur Erhöhung der Ortungsgenauigkeit eines Lecks; falls erforderlich, kann bei sehr langen Leitungen ein Einbringen auch an mehreren Stellen erfolgen. Diese Wegemarken werden genauso wie die in die Leitung etwa eingedrungenen Stoffe vom Fühler erkannt, und aus ihrem zeitlichen Auftreten kann leicht auf ihre ursprüngliche Lage in der Leitung und damit auf den Ort des Lecks geschlossen werden.

Die Vorrichtung zur Bestimmung von Konzentrationsprofilen flüssiger oder gasförmiger Stoffe längs einer Strecke zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem entlang der Strecke liegenden, mit einem Prüfmedium gefüllten Schlauch, welcher für die Stoffe durchlässig ist, durch eine an einem Ende des Schlauches vorgesehene, zur Verschiebung des Prüfmediums dienende Pumpe, und durch einen ebenfalls an einem Ende des Schlauches angeordneten, für die Stoffe empfindlichen Fühler. Die erforderliche Ausbildung des Schlauches kann verschieden sein; es kann eine Druck- oder eine Saugpumpe Verwendurg finden; und die Empfindlichkeit des Fühlers richtet sich nach der Art der Stoffe, deren Konzentrationsprofil zu bestimmen ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Schlauch aus einem Material, durch welches die Stoffe eindiffundieren können. Für den Schlauch werden geeignete Kunststoffe verwendet; je nach deren Zusammensetzung lassen diese unterschiedliche Stoffe hindurchdiffundieren.

Nach einem anderen wichtigen Merkmal der Erfindung sind in der Wandung des Schlauches in Abständen unter Druck bzw. Unterdruck selbsttätig schließende Ventile angeordnet. In diesem Falle dringen die zu bestimmenden Stoffe nicht durch die Wandung des Schlauches, sondern durch die mit Hilfe der Ventile geschaffenen öffnungen in das Innere des Schlauches ein, wobei sich die Ventile schließen, sobald die Pumpe beginnt, das Prüfmedium zu verschieben und dadurch Über- oder Unterdruck im Schlauch (bzw. in einem Flohr) entsteht Das zu bestimmende Konzentrationspirofil entsteht hier durch Interpolation der im Bereich jedes Ventiles bestimmten Einzelwerte.

In weiterer, wichtiger Ausgestaltung der Erfindung ist an einem Ende des Schlauches eine das Einbringen einer Siubstanz gestattende Einrichtung vorgesehen. Mit Hilfe dieser Einrichtung kann eine Wegemarke in die Säule des Prüfmediums eingebracht werden, deren Beobachtung mittels des Fühlers eine Erhöhung der Ortungsgenauigkeit nach sich zieht.

Zum Zwecke des Eindringens der Stoffe, deren Konzentrationsprofil bestimmt werden soll, kann der Schlauch auch einen nierenförmigen Querschnitt aufweisen und in Abständen mit offenen, beim Entstehen von Druck bzw. Unterdruck in seinem Innern sich selbsttätig schließenden Schlitzen verschen sein. Diese Schlitze entsprechen den oben erwähnten Ventilen, jedoch ist eine derartige Ausführung des Schlauches beträchtlich billiger herzustellen.

Der Fühler kann ionenselektive Meßorgane und/oder Meßfühler für die elektrische Leitfähigkeit von Wasser aufweisen. In Verbindung mit destilliertem Wasser als Prüfmedium eignet sich die so ausgestaltete Vorrichtung insbesondere zur Überwachung von Grundwasser-Einzugsgebieten auf das Eindringen unerwünschter, gelöster Stoffe.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung von Konzentrationsprofilen, in einem Längsschnitt, schematisch dargestellt;

F i g. 2 eine Aufzeichnung eines an eine Vorrichtung nach Fig. 1 angeschlossenen Linienschreibers;

F i g. 3 eine Vorrichtung zur Bestimmung von Konzentrationsprofilen in einer anderen Ausführungsform, in einem Längsschnitt und schematisch dargestellt;

Fig.4 einen mit Schlitzen versehenen Schlauch nierenförmigen Querschnittes, die Schlitze geöffnet;

Fig.5 den Schlauch gemäß Fig.4, die Schlitze geschlossen.

Eine Vorrichtung zur Bestimmung von Konzentrationsprofilen flüssiger wie gasförmiger Stoffe längs einer Strecke besteht aus einem Schlauch K, einer Pumpe 2 und einem Fühler 3.

Der entlang der Strecke, deren Konzentrationsprofil bestimmt werden soll, liegende Schlauch 1 (vgl. F i g. 1) besteht aus einem Material, durch welches die Stoffe in sein Inneres eindiffundieren können, dieser Schlauch 1 ist mit einem Prüfmedium gefüllt. Die Strecke kann beispielsweise eine Rohölfernleitung (nicht dargestellt) sein und der eindiffundierende Stoff ist dementsprechend Rohöl, in diesem Falle wird zweckmäßig Luft als Prüfmedium gewählt. Ebensogut kann sich aber auch die Strecke in einem Grundwassereinzugsgebiet befinden, dann sind die Stoffe unerwünschte, im Grundwasser gelöste Substanzen, und als Prüfmedium im Schlauch 1 dient vorteilhaft etwa destilliertes Wasser.

Sobald eine Stoffansammlung 4 — beispielsweise aus einem Leck einer Rohölfernleitung herrührendes Rohöl — in die Nähe des Schlauches t (vgl. Fig. 1) gelangt, diffundiert der nachzuweisende Stoff an dieser Stelle in den Schlauch 1 und bildet im Bereich der Stoffansammlung 4 in dessen Innern einen Dampfpfropf 5 im Prüfmedium (z. B. Luft). Zu beiden Seiten dieses Dampfpfropfes 5 bleibt das Prüfmedium im Schlauch jedoch rein.

Die Pumpe 2 sitzt an einem Ende des Schlauches 1, während der Fühler 5 am gegenüberliegenden Schlauchende angeordnet ist. In zeitlichen Abständen schiebt nun die Pumpe 2 die im Schlauch 1 befindliche Säule des Prüfmediums durch den Schlauch 1 hindurch und führt sie dadurch am Fühler 3 vorbei.

An dem Ende des Schlauches 1, an welchem sich die Pumpe 2 befindet, ist unmittelbar vor der Pumpe 2 eine

(nicht dargestellte) Einrichtung vorgesehen, weiche es gestattet, in das Innere des Schlauches 1 ein geringes Volumen einer Substanz einzubringen, für welche der Fühler 3 ebenfalls empfindlich ist.

Der Fühler 3 arbeitet auf einen Linienschreiber (nicht dargestellt); die Aufzeichnung eines solchen Linienschreibers zeigt F i g. 2, in welcher über der Pumpzeit / das Fühlersignal / aufgetragen ist. Solange das reine Prüfmedium am Fühler 3 vorbeizieht, registriert der Linienschreiber einen Grundwert g\ sobald aber der Dampfpfropf 5 den Fühler 3 erreicht, schreibt der Linienschreiber eine Zacke z, deren Höhe und Breite ein Maß für die Größe der Stoffansammlung 4 ist. Mit Hilfe der festgestellten Pumpzeit t\ — das ist die Zeit, welche seit dem Einschalten der Pumpe 2 bis zum Auftreten der Zacke ζ am Linienschreiber verstrichen ist — läßt sich (Fig. 1) die Entfernung e der Substanzansammlung 4 vom Fühler 3 und damit die Lage der Leckstelle der Rohölfernleitung bestimmen.

Zur Erhöhung der Genauigkeit einer solchen Ortung kann vor dem Einschalten der Pumpe 2 durch die am Ort der Pumpe vorgesehene Einrichtung eine kleine Menge einer Substanz als Wegemarke (auf welche der Fühler ebenfalls anspricht) in den Schlauch 1 gedrückt werden, die beim Vorbeiziehen am Fühler 3 ebenfalls einen Ausschlag a des Linienschreibers veranlaßt (vgl. F i g. 2); die Pumpzeit <2 vom Einschalten der Pumpe 2 bis zum Erscheinen des Ausschlages a ist ein Maß für die Gesamtlänge ei des Schlauches 1 (F i g. 1) und damit für diejenige der Rohölfernleitung.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer anderen Ausführungsform ist in Fig.3 dargestellt. Der hier benutzte Schlauch 1 weist in Abständen Ventile 6 auf, durch welche die Stoffe in das Innere des Schlauches 1 eindringen können. Diese Ventile 6 sind in drucklosem Zustand des Schlauches 1 zum ungestörten Eindringen der Stoffe offen, sie schließen sich selbsttätig, sobald die Pumpe 2 den zum Durchschieben der Säule des Prüfmediums erforderlichen Druck erzeugt hat. Beim Vorbeiziehen des Prüfmediums am Fühler 3 ergibt sich dann eine der F i g. 2 entsprechende Aufzeichnung. Bei dieser Ausführungsform kann als Prüfmedium z. B. destilliertes Wasser benützt werden und der Fühler weist dementsprechend ionenselektive Meßorgane und/oder Meßfühler für die elektrische Leitfähigkeit von Wasser auf. Damit ist es möglich, mit Hilfe der Vorrichtung ein Grundwassereinzugsgebiet auf das Einsickern unerwünschter Stoffe laufend zu überwachen, weil diese Vorrichtung Stoffkonzentrationeji in der flüssigen Phase längs der Strecke zu messen verrjiag;

ίο Die Pumpe 2 kann anstatt zu drücken ebensogut auch eine Saugwirkung auf das Prüfmedium ausüben; Es versteht sich, daß in diesem Falle der Fühler 3 am gleichen Ende des Schlauches 1 angeordnet ist wie die Pumpe 2, wogegen die das Einbringen der als Wegemarke dienenden Substanz gestattende Einrichtung dann am gegenüberliegenden Schlauchende liegt. Wird hierbei ein mit Ventilen 6 versehener Schlauch 1 verwendet, dann müssen die Ventile 6 bei Unterdruck schließen.

Um das Eindringen der Stoffe in das Innere des Schlauches 1 zu ermöglichen, kann aber der Schlauch 1 entsprechend einer Ausbildung nach Fig.4 auch nierenförmigen Querschnitt aufweisen und in Abständen mit offenen Schlitzen 7 versehen sein. Solange die Pumpe 2 nicht arbeitet, sind die Schlitze 7 offen und erlauben ein ungehindertes Einfließen von flüssigen Stoffen in das Innere des Schlauches 1 und damit ein Eindringen in das dort befindliche Prüfmedium in Gestalt destillierten Wassers oder einer Inuikatorlösung. Sobald die Pumpe 2 zu arbeiten beginnt und im Schlauch t Druck erzeugt, verformt sich der Querschniti des Schlauches 1, wie in Fig.5 dargestellt, wobei sich die Schlitze 7 schließen, sodaß die Säule des flüssiger Prüfmediums ohne Austrittsverluste durch den Schlauch 1 geschoben werden kann.

Ein mit Schlitzen 7 versehener Schlauch 1 kann aucr Verwendung finden, wenn die Pumpe 2 saugend arbeitel und Unterdruck erzeugt oder wenn ein gasförmige; Prüfmedium (z. B. Luft) Verwendung findet, in welche; die in Gasform vorliegenden Stoffe oder die Gase vor flüssigen Stoffen dann eindiffundieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung von Konzentrationsprofilen flüssiger oder gasförmiger Stoffe längs einer Strecke, bei welchem entlang der Strecke eine hohle Leitung verlegt wird, die so ausgebildet ist, daß die Stoffe in ihr Inneres eindringen können, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung mit einem Prüfmedium gefüllt wird und die SiIuIe des Prüfmediums in zeitlichen Abständen durch die Leitung hindurch geschoben und an einem für die Stoffe empfindlichen Fühler vorbeigeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Beförderung der Säule des Prüfmediums in die Leitung als Wegemarke ein rs geringes Volumen einer Substanz eingebracht wird, für welches der Fühler ebenfalls empfindlich ist.

3. Vorrichtung zur Bestimmung von Konzentrationsprofilen flüssiger oder gasförmiger Stoffe längs einer Strecke, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen entlang der Strecke liegenden, mit einem Prüfmedium gefüllten Schlauch (1), welcher für die Stoffe durchlässig ist, durch eine an einem Ende des Schlauches (1) vorgesehene zur Verschiebung des Prüfmediums dienende Pumpe (2), und durch einen ebenfalls an einem Ende des Schlauches (1) angeordneten, für die Stoffe empfindlichen Fühler (3).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (1) aus einem Material besteht, durch welches die Stoffe eindiffundieren können.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Schlauches (1) in Abständen unter Druck bzw. Unterdruck selbsttätig schließende Ventile (6) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine an einem Ende des Schlauches (1) vorgesehene, das Einbringen einer Substanz gestattende Dosiereinrichtung.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (1) nierenförmigen Querschnitt aufweist und in Abständen mit offenen, beim Entstehen von Druck bzw. Unterdruck in seinem Innern sich selbsttätig schließenden Schlitzen (7) versehen ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (3) ionenselektive Meßorgane und/oder Meßfühler für die elektrische Leitfähigkeit von Wasser aufweist.