-
Verfahren und Anordnung zur Überwachung von Rohrleitungen und dergleichen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Erkennung und
Überprüfung der Überdeckung einer zum Transport von Rohstoffen, insbesondere Erdöl
und Erdgas, vorgesehenen Rohrleitung oder dergleichen aus Stahl oder einem anderen
magnetischen Material, welche vorzugsweise am Meeresboden unter einer Deckschicht
verlegt ist.
-
In zunehmendem Umfang werden derartige Rohrleitungen im sogenannten
Offshore-Bereich am Meeresboden verlegt, und es ist daher erforderlich und teilweisesogar
durch gesetzliche Bestimmungen vorgeschrieben, derartige Anlagen für den Rohstofftransport
auf ihre Betriebssicherheit regelmäßig zu überprüfen.
-
Die Rohrleitungen werden zum Schutz gegen Beschädigungen im allgemeinen
mehrere Meter tief in den Boden eingespült. Sie müssen dächer zunächst einmal aufgefunden
werden, bevor dann die eigentliche Überwachung erfolgen kann, zu welcher insbesondere
auch die Überprüfung der Überdeckung der Rohrleitung gehört.
-
l Es ist bekannt, zu diesem Zweck seismische Verfahren einzusetzen,
bei welchen davon ausgegangen wird, daß die dabei auftretenden und aufgenommenen
Reflexionssignale durch die Rohrleitung selbst verursacht werden. Die Erfahrungen
mit diesem Verfahren zeigen jedoch, daß anstelle der Rohrleitung tatsächlich die
Grenzschicht zwischen dem gewachsenen Boden und der Sedimentschicht als Reflexionsfläche
wirkt. Es ist daher nicht möglich, beispielsweise durch die Art der Beschickung
hervorgerufene Bewegungen der Rohrleitung während des Betriebes mit diesem Verfahren
festzustellen.
-
Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser bekannten Verfahren besteht
darin, daß sie nur mit Hilfe eines beträchtlichen Aufwandes anseismischen Sende-
und Empfangseinrichtungen ausgeführt werden können und daher einen hohen technischen
und finanziellen Aufwand erfordern. Trotz dieses Aufwandes ist die Genauigkeit dieser
Verfahren nicht ausreichend, um eine zuverlässige Ortung einer Rohrleitung zu gewährleisten
und zufriedenstellende Angaben über den Zustand der Rohrleitungen und die Mächtigkeit
der Überdeckungen zu machen.
-
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Anordnung zu schaffen, mit welcher eine zu überwachende Rohrleitung mit verhältnismäßig
geringem
Aufwand schnell und sicher aufgefunden werden kann, und mit welcher gleichzeitig
zuverlässige Angaben über gegebenenfalls beim Betrieb aufgetretene Verlagerungen
oder Zustandsverönderungen der Rohrleitungen sowie über die Mächtigkeit der tatsächlichen
Überdeckung der zu überwachenden Rohrleitungen gemacht werden können.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs erwähnten
Art erfindungsgemäß in der Weise ausgeführt, daß Ort und Verlaufder Rohrleitung
durch eine magnetische Messung ermittelt wird, während der Abstand zwischen Meßstelle
und Rohrleitung mit Hilfe eines elektromagnetischen Wechselstromverfahrens aus einem
in der Rohrleitung induzierten Sekundärfeld ermittelt werden.
-
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zusätzlich
möglich, durch eine Echolot-Messung den Abstand zwischen der Meßstelle und der Oberfläche
der Überdeckung zu ermitteln und durch Vergleich des so gewonnenen Abstandswertes
mit dem elektromagnetisch gewonnenen Abstandswert ein sehr genaues Maß für die tatsächliche
Mächtigkeit der Überdeckung zu ermitteln.
-
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist ferner vorgesehen, den Abstand der Meßstelle von der Oberfläche der Überdeckung
mit Hilfe des Echolots zu steuern.
-
Vorzugsweise wird die elektromagnetische Abstandsmessung mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren in der Weise ausgeführt, daß die mittels einer Magnetsonde aufgefundene
Rohrleitung mit Hilfe eines Wechselstromes magnetisch erregt wird, und daß ein
durch
die magnetischen Eigenschaften der Rohrleitung beeinflußtes Sekundärfeld . " in
einer an einen Empfänger angeschlossenen Empfangsspulé eine Wechselspannung erzeugt,
aus welcher der jeweilige Abstand zur Rohrleitung ermittelt wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet durch die magnetische
Messung eine schnelle und sichere Erkennung einer zu überprüfendien Rohrleitung
und ermöglicht gleichzeitig während des Überfahrens dieser Rohrleitung mit Hilfe
der elektromagnetischen Messung die Ausführung einer sehr genauen Abstandsmessung.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren gestattet das erfindungsgemäße Verfahren,
die zur Überwachung einer Rohrleitung vorgesehenen Messungen kontinuierlich i vorzunehmen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit hoher Genauigkeit und
gewährleistet somit eine zuverlässige Bestimmung der Mächtigkeit der Überdeckung
einer Rohrleitung. Ferner besteht die vorteilhafte Möglichkeit, anhand spezifischer
magnetischer Eigenschaften einzelne Rohrabschnitte zu identifizieren.
-
Da die Überwachung in bestimmten Zeitabständen wiederholt wird, könnten
durch Vergleich mit früheren Meßergebnissen inzwischen aufgetretene Abweichungen
ermittelt und daraus Rückschlüsse auf Veränderungen der Lage und des Zustandes gezogen
werden, wobei durch die Erkennung einzelner Rohrabschnitte feststellbar ist, an
welcher Stelle der Rohrleitung eine Beschädigung aufgetreten oder zu befürchten
ist.
-
Eine bevorzugte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Magnetsonde für die Erkennung
einer Rohrleitung und eine elektromagnetische Sonde für die Abstandsmessung zur
Rohrleitung in einem Körper untergebracht sind, der im wesentlichen mit etwa gleichbleibendem
Abstand entlang der Rohrleitung bewegt wird. Dieser Körper kann bei bevorzugten
Ausgestaltungen als Schlitten oder Schwimmkörper ausgebildet und über Meßleitungen
und/oder ein Schlepptau mit einem Schiff verbunden sein. An Bord dieses Schiffes
sind Vorrichtungen zur Aufzeichnung und/oder Auswertung der aufgenommenen Meßwerte
vorgesehen.
-
Ein die Meßeinrichtung tragender Schlitten wird dabei einfach so geschleppt,
daß er auf dem Meeresboden entlangschleift. Wenn die Meßeinrichtung in einem Schwimmkörper
untergebracht ist, kann dessen Abstand beispielsweise mit Hilfe des Echolots so
gesteuert werden, daß er sich in einem konstanten Abstand vom Meeresboden bewegt.
-
In beiden Fällen ist es möglich, entlang dem Verlauf einer Rohrleitung
zu fahren und dabei kontinuierlich zu messen. Dabei ist es für die Schiffsführung
ohne weiteres möglich, ihren Kurs nach den mit Hilfe de Magnetfeldsonde aufgenommenen
Werten so zu steuern, daß eine lückenlose Vermessung des gesamten Verlaufes der
überwachten Rohrleitung ermöglicht wird.
-
Die Mächtigkeit der Überdeckung kann ohne weiteres aus den Meßergebnissen
an Bord abgeleitet werden. Ferner ist es möglich, aus den Meßwerten auch die jeweilige
Lage der Sonde relativ zur vermessenen Rohrleitung zu ermitteln.
-
Im Rahmen der Erfindung ist es außerdem möglich, unter Verzicht auf
Schlepptau und Meßleitungen mit einem ferngesteuerten oder selbstgesteuerten Unterwasserfahrzeug
zu arbeiten.
-
Die bei der Erfindung verwendete Magnetfeldsonde erlaubt die Bestimmung
der Stärke des Erdmagnetfeldes. Die durch eine Rohrlettung hervorgerufenen Störungen
des Erdmagnetfeldes reichen unabhängig von der Einfallsrichtung in jedem Falle aus,
um eine zu überprüfende Rohrleitung sicher zu erkennen.
-
Derartige Meßsonden sind an sich bekannt. Für die Erfindung wird als
Meßsonde vorzugsweise ein Protonen- Präzessions- Magnetometer verwendet, mit welchem
die Magnetfeldstärke absolut gemessen wird. An sich würden Geräte, die den Vektor
der Magnetfeldstärke messen, noch bessere Informationen geben. Der Vorteil des Protonen-Präzessions-Magnetometers
besteht aber vor allem darin, daß der Sensor keinerlei ferromagnetische Materialien
enthält, welche bei den elektromagnetischen Messungen stören würden. Ein weiterer
Vorteil ist, daß für Magnetfeld und elektromagnetische Messungen die gleichen Sensorspulen
benutzt werden können.
-
Für die Feinmessung, welche dann Aufschluß über die genaue Lage und
den Zustand der überprüften Rohrleitung gibt, ist erfindungsgemäß eine elektromagnetisch
arbeitende Meßanordnung mit einer an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Sendespule
und einer an einen Empfänger angeschlossenen Empfangsspule vorgesehen. Eine solche
an sich bekannte Einrichtung ist für die Erfindung insbesondere deshalb geeignet,
weil die zur Messung verwendeten Wechselströme leicht verstärkt werden können und
weil die ferromagnetischen Eigenschaften der Rohrleitung direkt das empfangene
Sekundärfeld
bestimmen. Damit ist bei der Erfindung eine sehr genaue Abstandsmessung im Nahbereich
der Rohrleitung möglich.
-
Es gibt eine Vielzahl bekannter elektromagnetischer Meßsysteme, von
denen später zwei beschrieben werden, die für das erfindungsgem,äße Meßverfahren
besonders geeignet erscheinen.
-
Die mit derartigen Systemen ausgeführte Feinmessung führt zu sehr
genauen Ergebnissen, wobei ein besonderer Vorteil darin besteht, daß zur Messung
des Sekundärfeldes die Permeabilität der überwachten Rohrleitung herangezogen wird.
-
Erfahrungsgemöß besitzen Pipelines oft eine hohe remanente Magnetisierung,
deren Richtung und Stärke besonders an Verbindungsstellen wechseln kann. Diese Magnetisierung
führt bei der magnetischen Messung zu starken Veränderungen der Meßwerte.
-
Dagegen wird das elektromagnetische Verfahren dadurch nicht beeinflußt,
so daß dessen Ausganyssignal eine zuverlässige Information für den Abstand zwischen
Sonde und Rohrleitung liefert.
-
Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in welchen eine bevorzugte
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Meßanordnung beispielsweise dargestellt
und erläutert ist. Es zeigen: Fig. 1 und 2 eine Draufsicht und eine Seitenansicht
einer schematisch vereinfacht dargestellten, in einem beispielsweise als Schlitten
ausgebildeten
Tragkörper untergebrachten Meßanordnung, Fig. 3 eine
der Fig. 1 und 2 entsprechende Meßanordnung, wobei zur Veranschaulichung des Meßprinzips
Feldlinien eingezeichnet sind, Fig. 4 ein schematisch veret lfachtes Blockschaltbild
einer an Bord eines begleitenden Meßschiffes vorgesehenen Steuerungs- und Auswertungseinrichtung
und Fig. 5 und 6 Signalplöne zweier geeigneter elektromagnetischer Meßverfahren.
-
In der vereinfachten Darstellung der Fig. 1 und 2 ist mit 10 ein Schlitten
oder Schwimmkörper dargestellt, welcher oberhalb des Meeresbodens beispielsweise
entlang einer zu überprüfenden Rohrleitung bewegbar ist.
-
Die Sensor- oder Empfangsspulen und die Erregerspulen der erfindungsgemäßen
Meßanordnung sind beispielsweise auf einer Plattform oder unmittelbar auf dem Deck
des Schlittens 10 montiert.
-
Bei einer vorteilhaften Anordnung können zwei mit ihrer Achse vertikal
ausgerichtete Spulen 11 und 12, welche die Erregerspulen für die elektromagnetischen
Messungen bilden, parallel zueinander und in Richtung der Bewegung des Schlittens
hintereinander angeordnet sein.
-
Zwei weitere Spulen 21 und 22, welche sich in Behältern 23 und 24
befinden, sind mit ihren Achsen horizontal ausgerichtet und parallel zueinander
und zur Bewegungsrichtung des Schlittens angeordnet. Die Behälter 23 und 24 für
die Spulen 21 und 22 sind mit einer Flüssigkeit gefüllt, weiche einen hohen Wasserstoffanteil
hat. Solche Flüssigkeiten sind beispielsweise destilliertes Wasser oder eine Kohlenwasserstoffverbindung.
-
Bei einer abgewandelten Ausführungsform können die Spulen 21 und 22
auch um die Flüssigkeitsbehälter 23 und 24 herumgelegt sein. Mittels der Wasserstoffatome
können diese Spulen in bekannter Weise als eigenständige Magnetometer-Sensoren nach
dem Protonen-Präzessions-Prinzip eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, diese
Spulen für die elektromagnetischen Messungen als Sekundärspulen einzusetzen, wobei
sich dann die Eigenschaften der Flüssigkeit nicht auswirken.
-
Die Spulen 21 und 22 sind mit den Einheiten 25 und 26 verbunden. Für
den Betrieb als Protonen-Präzessions-Magnetometer befinden sich in diesen Einheiten
Umschalter, Stromversorgung und Vorverstärker. In bekannter Weise wird zunächst
ein hoher Gleichstrom durch die Spulen 21 und 22 geschickt, durch den die Protonenspins
in Richtung der Spulenachsen ausgerichtet werden. Nach definierter Zeit werden die
Spulen auf hochempfindliche Vorverstärker umgeschaltet, über die die Präzessionsfrequenzen
der Protonen um die Feldstärke des Magnetfeldes an die Auswerteelektronik weitergegeben
werden. Die Vorverstärker können auch gleich für den elektromagnetischen Betrieb
verwendet werden, um die in den gleichen Spulen 21 und 22 induzierten Wechselspannungen
zu verstärken. Dann werden die Sendespulen 10 und 12 über Nf-Leistungsverstörker
angesteuert, die sich in den Einheiten 15 und 16 befinden.
-
Anhand der Fig. 3 wird nun im folgenden das Prinzip der Meßanordnung
erläutert. Dabei wird für die Magnetometermessung mit der gezeigten Anordnung vorausgesetzt,
daß der durch einen Pfeil angedeutete Vektor H des Erdmagnetfeldes eine im wesentlichen
vertikale Komponente aufweist, wie dies beispielsweise in nördlichen Breiten überwiegend
der Fall ist. Da die Feldlinien in der Nähe des magnetischen Äquators mehr horizontal
verlaufen, ist es beim Arbeiten in diesem Gebiet vorzugsweise möglich, die gezeigte
Anordnung in der Weise abzuwandeln, daß die Spulen 11 und 12 in flüssigkeitsgefüllten
Behältern untergebracht und als Magnetometer eingesetzt werden. Diese Abänderung
ist für eine zufriedenstellende Messung notwendig, weil bei einem Protonen-Präzessions-Magnetometer
die Signalfeldstärke proportional dem Sinus des Winkels ist, den die Spulenachse
mit dem Vektor des Magnetfeldes einschließt.
-
Zur Messung des Magnetfeldes können beide Sensoren 21 und 22 einzeln
zur Messung der Gesamtintensitat des Feldes eingesetzt werden. Vorzugsweise wird
jedoch für eine genaue Anzeige oder Bestimmung der Stärke und Richtung eines beispielsweise
durch eine zu überwachende Rohrleitung verursachten Horizontalgradienten des gemessenen
Magnetfeldes eine Differenzfeldmessung mittels der beiden Sensoren 21 und 22 ausgeführt.
-
Für die Ausführung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Messungen
sind die Erregerspulen 11 und 12 gegensinnig gepolt und erzeugen daher das in Fig.
3 gestrichelt eingezeichnete Primärfeld.
-
Wenn in dem vermessenen Gebiet weder eine Rohrleitung noch ein anderer
Störkörper vorhanden ist, ergibt sich ein symmetrischer Feldlinienverlauf oberhalb
und unterhalb der Erregerspulen. Dabei wird in den Empfangs- oder Sensorspulen 21
und 22 keine Spannung induziert, da diese durch die Anordnung entkoppelt sind.
-
Im folgenden soll nun der Fall betrachtet werden, daß ein Störkörper
beispielsweise in Form einer Rohrleitung 31 vorhanden ist. Diese Rohrleitung verläuft
z. B. in Richtung der Verbindungslinie zwischen den verlängerten Achsen der Spulen
11 und 12, so daß die Feldlinien aufgrund der hohen magnetischen 1 eitfähigkeit
der Rohrleitung in deren mit 1 bezeichnetem Abschnitt konzentriert werden. Dadurch
ergibt sich eine Unsymmetrie des Feldlinienverlaufes, und aie Empfangsspulen 21
und 22 sind für die von den Spulen 11 und 12 abgestrahlten Sendesignale nicht mehr
voll entkoppelt. Außerdem wird durch magnetische Wirbelströme im Eisen der Rohrleitung
ein in der Zeichnung angedeutetes Sekundärfeld erzeugt, welches gegenüber dem Primärfeld
phasenverschoben ist und in den Empfangs- oder Sensorspulen 21 und 22 ebenfalls
ein Signal induziert.
-
Die vorstehend beschriebene Spulenanordnung wird beispielsweise von
einem Begleitschiff aus über ein unmagnetisches Schleppkabel angesteuert. Eine Ausführungsform
einer auf dem Begleitschiff vorgesehenen Einrichtung zur Steuerung der vorstehend
beschriebenen Meßanordnung sowie zur Anzeige der Meßergebnisse ist beispielsweise
in Fig. 4 dargestellt.
-
Diese Steuerungs- und Auswertungseinrichtung weist einen auch als
Mikroprozessor bezeichnFJ;en Kleinrechner 41 auf, der beispielsweise eine Speicherkapazität
von
wenigstens etwa 2 K Worten hat. Dieser Rechner steuert über
eine auch als Interface bezeichnete Kopplungselektronik 42 sämtliche Meßfunktionen.
Für die Bedienung der gesamten Meßanlage ist beispielsweise ein Fernschreiber 43
und eine digitale Anzeigetafel 44 vorgesehen. Der Fernschreiber 43 kann auch durch
ein Datensichtgerät mit alphanumerischer Tastatur ersetzt werden. Dann kann auch
die digitale Anzeige der Anzeigetafel 44 von dem Bildschirm übernommen und die Anzeigetafel
eingespart werden.
-
Die bei der dargestellten Ausführungsform vorgesehene Anzeigetafel
44 hat verschiedene Anzeigefelder, die im folgenden kurz erläutert werden. Das in
der Zeichnung links liegende Anzeigefeld dient zur Anzeige der Gesamtfeldstörke
H des Magnetfeldes an einer, der Sonden bzw. Sensoren 21 oder 22, welche jeweils
mit Hilfe des Fernschreibers 43 ausgewählt werden können.
-
Das rechts daneben liegende Anzeigefeld dient zur vorzeichenrichtigen
Anzeige der magnetischen Feldstärkedifferenz jiH der von den Sensoren 21 und 22
aufgenommenen Meßwerte.
-
An den mit EMI und EMII bezeichneten Anzeigefeldern können die mittels
der Empfangsspulen 21 und 22 gemessenen elektromagnetischen Werte abgelesen werden.
-
Das mit A EM bezeichnete Anzeigefeld ist für vorzeichenrichtige Anzeige
der Differenz der Signale EMI und EMII vorgesehen.
-
Sämtliche Ausgänge des Prozeßrechners können bei einer bevorzugten
Weiterbildung der Erfindung außerdem über einen Digital-Analog-Wandler 45 auch mit
einer
beispielsweise aus einem 5-Kanal-Schreiber bestehenden Anzeigeeinheit
46 verbunden sein. Diese liefert dem Bedienungspersonul eineséhr übersichtliche
Darstellung der Tendenz und Güte der Meßwerte und läßt Fehlmessungen und Ausfälle
schnell erkennen. Der Schreiber kann fortfallen, wenn das Rechnerprogramm ausgefeilte
Überwachungsroutinen enthält, mit denen dietMeßwerte automatisch auf Plausibilität
und Einhaltung vorgegebener Grenzwerte überprüft und gegebenenfalls Alarmmeldungen
über den Fernschreiber oder Bildschirm ausgegeben werden.
-
Vorzugsweise kann ein Ausgang des Prozeßrechners 41 auch zu einer
magnetischen Aufzeichnungseinheit 48, beispielsweise einem Magnetbandgerät, geführt
sein. Für eine automatische Schiffssteuerung durch den Prozeßrechner ist es weiterhin
möglich, einen Ausgang des Rechners über ein auch als Selbststeuer-Interface 47
bezeichnetes elektronisches Steuerglied mit der automatischen Steuerung des Schiffes
zu verbinden.
-
Für die Entfernungsmessung der Meßplattform von der Rohrleitung ist
das elektromagnetische Verfahren besonders geeignet, weil die empfangene Signalamplitude
etwa mit der vierten Potenz abfällt, während der Abfall bei der magnetischen Messung
etwa quadratisch ist.
-
Es ist aber recht schwierig, das genaue Abstandsgesetz rein rechnerisch
zu ermitteln.
-
Beim elektromagnetischen Verfahren hat die Abweichung von der vierten
Potenz im wesentlichen folgende Ursachen: Einmal ist der Durchmesser der Rohrleitung
von etwa gleicher Größenordnong wie der zu messende Abstand, zum anderen gilt das
gleiche für den Abstand der zwei Induktionsspulen.
-
Man wird deshalb das Abstandsgesetz für den praktischen Einsatz empirisch
ermitteln, z. B. an einem Rohrleitungsstück, welches in genügend tiefem Wasser frei
liegt oder eine bekannte geringe Überdeckung hat. Dafür wird die Meßanordnung zunächst
abgesenkt, bis sie die Rohrleitung oder die bekannte Überdeckung berührt, und dann
schrittweise in meßbaren Abständen angehoben.
-
Aufgrund der hier beschriebenen Gesetzmäßigkeiten werden bei derGrobsuche
zum Aufspüren einer Rohrleitung zunächst im wesentlichen nur die Spulen 21 und 22
über die.Schalteinheiten 25 und 26 als Magnetfeldsensoren betrieben, und zwar so
lange, bis eine festgestellte magnetische Anomalie ihren Spitzenwert erreicht hat.
Dann wird mit Hilfe eines an Bord des Begleitschiffes vòrhandenen Steuerprogrammes
oder durch Eingriff einer Bedienungsperson die erfindungsgemäße Meßanordnung auf
elek tromagnetischen Betrieb umgeschaltet, bei welchem Magnetfeldmessungen nur noch
in vorgegebenen Zeitabständen ausgeführt werden. Wegen der großen Abstandsempfindlichkeit
des elektromagnetischen Verfahrens ergibt sich eine beträchtliche Differenz zwischen
den Signalamplituden der in den Spulen 21 und 22 induzierten Spannungen. Diese Differenz
S EM gibt somit eine sehr genaue Information über Größe und Richtung der Ablage
der Schlittenmitte über der zu überwachenden Rohrleitung, so daß diese Information
in vorteirhafter Weise zur Kurskorrektur des Schiffes verwendet werden kann.
-
Die Meßplattform wird nicht immer genau horizontal ausgerichtet sein.
Daher sollte auf ihr zusätzlich ein Horizontalreferenzgeber angebracht sein, z.
B. ein Lotkreisel mit elektrischer Abtastung oder ein gut gedämpftes Lagereferenzpendel.
-
Weiterhin kann davon ausgegangen werden, daß sich die Meßplattform
nicht immer ganz genau über- der überwachten Rohrleitung halten bzw. führen läßt.
Es ist aber bei solchen Abweichungen, sofern gewisse Grenzwerte nicht überschritten
werden, mit Hilfe des Prozeßrechners 41 möglich, auch bei Neigung und/oder seitlicher
Ablage der die Abtasteinrichtung tragenden Schleppyorrichtung aus der empfangenen
Signaldifferenz die tatsächliche Überdeckung einer Rohrleitung in der Senkrechten
zu ermitteln.
-
Aus obigen Darstellungen ergibt sich eine wesentliche Überlegerlheit
der Erfindung gegenüber herkömmlichen Verfahren, bei welchen nur die Magneffeldanomalien
gemessen werden Eine Magnetfeldanomalie kann nämlich derart genaue und quantitativ
auswertbare Informationen schon deshalb nicht liefern, weil die Größe und teilweise
auch das Vorzeichen des gemessenen Magnetfeldes durch remanente Magnetisierungen
einer Rohrleitung verfälscht sein kann.
-
Zum Schluß seien noch zwei an sich bekannte elektromagnetische Meßverfahren
beschrieben, die zur Ausführung der erfindungsgemäßen Meßaufgabe besonders geeignet
sind.
-
1. Meßverfahren mit einer kontinuierlichen Sinuswelle.
-
Von einem Sendespulensystem, welches aus einer einzelnen oder mehreren-
geeignet angeordneten Zylinder- oder Flachspulen besteht, wird ein elektromagnetisches
Wechselfeld, vorzugsweise eine Sinusschwingung im unteren Tonfrequenzbereich, so
abgestrahlt, daß ein möglichst großer Anteil der Feldlinien die Pipeline durchflutet.
Eine oder mehrere Sekundärspulen sind so angeordnet, daß diese vom Feld
der
Primärspule weitgehend enfkoppelt sind, z. B. durch senkrecht zur Primärspule angeordnete
Achsen. In diesen Sekundärspulen wird nur dann ein Feld induziert, wenn durch erzwungene
Unsymmetrie des Primärfeldes die Entkopplung gestört bzw. teilweise aufgehoben wird.
Dies geschieht z. B. durch einen ferromagnetischen Körper wie z. B. eine Rohrleitung,
welche die Feldlinien einseitig auf sich konzentriert. Einen ähnlichen Effekt bewirkt
auch leitfähiges Seewasser, da beim Schleppen des Sensors über Grund eine unsymmetrische
Verteilung des Wasserkörpers zum Spulensystem durch die Wasser-Grundgrenze gegeben
ist. Da beide Körper eine elektrische Leitfähigkeit besitzen, tritt eine Wirbelstrombildung
und somit eine Phasenverschiebung des damit verbundenen Sekundörfeldes auf, welches
wegen der höheren Induktion im ferromagnetischen Material der Pipeline im wesentlichen
von diesem bestimmt wird. Fig. 5 zeigt typische Signalverhältnisse der verschiedenen
Signalquellen: Dabei stellt die Kurve 5a) das vom Primärspulensystem abgestrahlte
Signal dar.
-
Es wird vorausgesetzt, daß die Sekundörspulen so gut entkoppelt sind,
daß in ihr bei Aufhängung der Meßanordnung in einem homogenen amagnetischen Nichtleiter
wie z. B. Luft kein Signal induziert wird; Die Kurve 5b) zeigt den bei unsymmetrischer
Seewasserumgebung, wie sie im praktischen Schleppbetrieb gegeben ist, induzierten
Spannungsanteil. Wegen der Wirbelstrombildung ist dieser Signalanteil gegenüber
dem Primärsignal leicht phasenverschoben; Die Kurve 5c) zeigt den durch Feldkonzentration
und Wirbelströme in der Rohrleitung hervorgerufenen, in der Sekundärspule induzierten
Spannungsanteil; Die Kurve 5d) zeigt das Summensignal von 5b) und 5c), welches zur
Auswertung am Verstärkereinaana des Meßsystems liest.
-
Ein Meßfenstergenerator schaltet nur jeweils für die in 5e) dargestellten
Impulsspitzen das Signal auf einen integrierenden Verstärker durch, und zwar mit
wechselnder, der Impulsrichtung entsprechender Polaritäf. Die Lage der Impulse ist
mit definierter Phasenverschiebung mit den Nulldurchgängen des Primärsignals fest
verkoppelt.
-
Die Phasenverschiebung ist so eingestellt, daß diese mit den Nulldurchgöngen
des i Seewassersignals 5b) zusammenfällt. Damit wird die Größe des Verstärkerausgangssignals
nur vom Rohrleitungssignal 5c) bestimmf. Am Verstärkerausgang steht dann ein Gleichspannungssignal,
welches dem Mittelwert der abgetasteten Amplitudenwerte 5f) entspricht. Bei überall
gleicher Rohrleitungsgeometrie, wie sie normalerweise gegeben ist, hängt die Signalamplitude
nur vom Abstand Pipeline zu Spulensystem ab.
-
2. Impulsmeßverfahren.
-
Während das oben beschriebene Verfahren voraussetzfr daß Sende- und
Empfangsspulensysteme einwandfrei entkoppelt sind, erlaubt das Impulsverfahren eine
beliebige Anordnung der Spulensysteme. Fig. 6 zeigt einen hierfür typischen Signalplan:
Die Primärspule strahlt Impulse in Form alternierender Sinushalbwellen ab, wie unter
6a) dargestellt.
-
Im ungestörten Feld würde ein Signal der Form 6b) in der Sekundärspule
induziert.
-
Bei Anwesenheit von leitfähigem Seewasser werden vor allem die rückwärtigen
Signalflanken durch die Wirbelstrombildung verschliffen, wie in 6c) dargestellt.
-
Ist ein ferromagnetischer Störkörper mit erhöhter Wirbelstrombildung
vorhanden, tritt eine weitere Verzögerung der rückwärtigen Signalflanke ein, wie
unter 6d) dargestellt.
-
Der nachgeschaltete Meßverstärker mißt nur während der unter 6e) dargestellten
Impulsfenster die Spannung an der Empfangsspule.
-
Das Ausgangssignal sefzt sich aus den integrierten Spannungswerten
6f) zusammen und ist damit nur dem Störsignal der Rohrleitung proportional.
-
- ANSPRUCHE -