DE2431907C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Konzentrationsprofilen flüssiger oder gasförmiger Stoffe längs einer Strecke - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Konzentrationsprofilen flüssiger oder gasförmiger Stoffe längs einer StreckeInfo
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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 <>s
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 Schaden 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 den 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
Isolationswidersiandes 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 18 327
wurde weiter bekannt, in die zu überwachende Leitung ein radioaktives Material einzugeben und dessen
Austreten bei Lecks mit einem der Leiiung 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
oder von Grundwasser entlang der hohlen Leitung, die eine Länge von einigen Kilometern und mehr aufweisen
kann. Wird die Leitung parallel zu ei,;er Rohöl- oder s
Gasfernleitung verlegt, läßt sich mit 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 Menge des in 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 i.s
schreibende Aufnahmegeräte, sondern auch Alarmeinridfitungen
angeschlossen werden.
In erfinderischer Ausgestaltung des neuen Verfahrens
wird vor der Beförderung der Säule des Prüfmediums in die Leitung als Wegemarke ein geringe" Volumen einer
Substanz eingebrachl, 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 etv. : eingedrungenen Stoffe vom Fühler erkannt, und aus ihrem zeitlichen Auftreter 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 Konzenttationsprofil
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; it 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 (,0
Über- oder Unterdruck im Schlauch (bzw. in einem Rohr) entsteht. Das zu bestimmende Konzentrationsprofil entsteht hier durch Interpolation der im Bereich
jedes Ventiles bestimmten Einzelwerte.
In weiterer, wichtiger Ausgestaltung der Erfindung ist (>s
an einem Ende des Schlauches eine das Einbringen einer Substanz 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 versehen sein. Diese
Schlitze entsprechen den ober 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
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung von Konzentrationsprofiien, in einem Längsschnitt, schematisch
dargestellt;
Fig. 2 eine Aufzeichnung eines an eine Vorrichtung nach Fig. 1 angeschlossenen Linienschreibers;
Fig. 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 F i g. 4, die Schlitze geschlossen.
Eine Vorrichtung zur Bestimmung von Konzentrationsprofilen flüssiger wie gasförmiger Stoffe längs
einer Strecke besteht aus einem Schlauch 1, einer Pumpe 2 und einem Fühler 3.
Der entlang der Strecke, deren Konzentra'ionsprofil bestimmt werden soll, liegende Schlauch 1 (vgl. Fig. 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 Rohölfernieitung (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 Priifmedium 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 1 (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, welche 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 Fig. 2, in welcher über der Pumpzeit t das Fühlersignal f 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 /ι — das ist die Zeit, welche
seit dem Einschalten der Pumpe 2 bis zürn 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 h 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 Fig. 2 entsprechende Aufzeichnung. Bei
dieser Ausführungsform kann als Prüfmedium ?.. B. destilliertes Wasser benutzt 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 Stoffkonzentrationen in
der flüssigen Phase längs der Strecke zu messen vermag.
Die Pumpe 2 kann anstatt zu drücken ebensogut auch eine Saugwirkung auf das Prüfmedium ausüben. F:.s
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 unc
erlauben ein ungehindertes Einfließen von flüssiger Stoffen in das Innere des Schlauches t und damit eir
Eindringen in das dort befindliche Prüfmedium ir Gestalt destillierten Wassers oder einer Indikatorlösung.
Sobald die Pumpe 2 zu arbeiten beginnt und inSchlauch 1 Druck erzeugt, verformt sich der Querschnitt
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 arbeite
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.
Claims (8)
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 Säule 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 geringes Volumen einer Substanz eingebracht wird,
für welches der Fühler ebenfalls empfindlich ist.
3. Vorrichtung zur Bestimmung von Konzentraiionsprofilen
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 (t) 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.
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