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Die Erfindung bezieht sich auf eine-Anordnung zur Mar-
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kierung und Ortung von Molchen in Rohrleitungssystemen, insbesondere
Pipelines, wobei dem Molch ein Markierungsgeber zugeordnet ist, der ein die Rohrwand
durchdringendes Markierungsfeld erzeugt, welches außerhalb des Rohrleitungssystems
von einem entsprechenden Empfänger geortet werden kann.
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Sogenannte Solche finden insbesondere in Pipelines zur Erfüllung verschiedenartiger
Aufgaben, z.B. zur Chargentrennung und zum Säubern der Leitung, Verwendung. Sie
können in unterschiedlicher Weise gestaltet sein. Als einfachste Ausführungsform
eines Molches der in Rede stehenden Art ist ein lamellierter Gummipfropfen denkbar.
Eine andere Variante zeichnet sich durch eine Reihe von axial aneinandergeschraubten,
elastisch-beweglichen Stahlblechen aus.
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Die Fortbewegung des Molches in der Rohrleitung, z.B. einer Pipeline,
erfolgt ohne eigenes Zutun ausschließlich durch das zu fördernde Medium, wobei der
Solch am Außenumfang unter Pressung an der umgebenden. Innenwandung der Rohrleitung
anliegt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Problematik besteht darin, daß
ein solch gelegentlich an engen Krümmungen, an systembedingten Rohrverengungen,
an Schiebern und an anderen Hindernissen des Rohrleitungssystems stecken bleibt
und dadurch die eigentliche Aufgabe der Rohrleitung behindert, unter Umständen sogar
völlig unterbindet. Es leuchtet ein, daß zur Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit
der Rohrleitung hinsichtlich ihrer Förderleistung ein solcher steckengebliebener
Molch schnellstens entfernt werden muß. Die Mindestvoraussetzung hierfür ist allerdings,
daß der genaue Standort des steckengebliebenden blolches bekannt ist bzw. rasch
ermittelt werden kann.
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Da die infrage kommenden Rohrleitungen im allgemeinen sehr lang sind,
besteht das eigentliche Problem weniger in dem Entfernen des steckengebliebenen
Molches, sondern vielmehr in der raschen und möglichst präzisen Ortung desselben.
Durch eine präzise Ortung kann eine unter Umständen sonst erforderliche langwierige
und aufwendige Demontage des Rohrleitungssystems vermieden werden. Eine kurze Ortungszeit
und damit eine kurze Reperaturzeit vermindert die in jedem Fall abträgliche Ausfallzeit
der Rohrleitung, z.3. einer Pipeline.
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Eine präzise Ortung des Solches ist aber auch, und sogar besonders,
wichtig bei solchen Pipelines, die nicht aus zerlegbaren Rohrstücken zusammengesetzt
sind, sondern gewissermaßen aus einem Endlosrohr bestehen: Ein steckender Solch
wird dort durch Auftrennen der Pipeline, z.3. mit einem Schweißbrenner, entfernt.
Es ist unmittelbar einzusehen, daß hierfür eine möglichst präzise Ortung wunschenswert
ist.
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Es sind bereits mehrere Plöglichkeiten zur Ortung eines solches bekannt
geworden, die stets auf das Grundprinzip hinauslaufen, den Molch oder ein mit ihm
verbundenes Teil (sogenarnter Anhänger) in geeigneter Weise zu markieren Eine einfache,
gelegentlich auch angewendete bekannte Lösung besteht darin, den I;olch mit einer
nachgeschleppten Kette zu versehen, die infolge ihres Schleppgeräusches zu erkennen
gibt, wo sich der Solch gerade bewegt. Wachteilig ist hierbei, daß der steckende
Solch - also gerade bei dem in Rede stehenden Problemfall - wegen des fehlenden
Ketten geräusches nicht gefunden werden kanne Eine andere bekannte lWlaßnahme besteht
darin, den Nolchanhänger mit einem radioaktiven Strahler zu versehen, der dann mit
einem geeigneten Detektor gefunden werden könnte.
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Dieser Lösung stehen insbesondere die Strahlenschutzbestimmungen
entgegen:
Der Nolchanhänger wäre nur unter besonderen Vorkehrungsmaßnahmen zu handhaben und
würde bei der überwiegenden Mehrzahl aller Fälle eine zu hohe Aufmerksamkeit erfordern.
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Ueber den im vorstehenden genannten Stand der Technik hinaus wurden
auch Experimente mit Schallerzeugern im Molch durchgeführt, bisher jedoch ohne einen
überzeugenden Erfolg.
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So sind z.B. Versuche bekannt, in denen der solch einen kleinen "Wagen"
hinter sich herzieht, der durch einen durch die Bewegung vermittelten Antrieb einen
kleinen, an die Pipelinewand schlagenden Hammer betätigt. Der wesentliche Nachteil
liegt auch bei dieser Lösung darin, daß das Hammergeräusch gerade dann unterbleibt,
wenn der solch und damit auch der "Wagen" in der Leitung festsitzen.
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Eine andere bekannte mechanisch-akustische Lösung geht dahin, den
Molch mit einer zunächst "verblockten" Durchgangsbohrung zu versehen, die bei Beaufschlagung
mit einem Differenzdruck ein akustisches Erkennungssignal erzeugt. Hiermit wäre
das Problem auch für den Fall des ruhenden Içiolches gelöst; allerdings müssen die
Umgebungsbedingungen derartig gestaltet sein, daß im gesamten Rohrsystem ein Differenzdruck
aufgebaut werden kann. Diese Voraussetzung ist jedoch nicht in allen denkbaren Fällen
erfüllt; vielmehr bleibt ein Milch häufig gerade deswegen stecken, weil eine Pipeline
beschädigt wurde und ein Förderdruck nicht mehr aufrecht erhalten werden kann.
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Schließlich ist auch schon eine Anordnung der eingangs bezeichnete
Art bekannt geworden, die im Prinzip darin besteht, dem i.olch einen mechanisch
geeignet dimensionierten, stabilen Sender anzuhängen, der von außerhalb der Pipeline
mit einem dazu passenden Empfänger geortet werden kann. Eei dieser bekannten Lösur,g
handelt es sich
um einen batteriegespeisten Sender, der derartig
starke elektromagnetische Felder aussenden muß, daß diese außerhalb der Rohrleitung
noch von einem geeigneten Empfänger wahrgenommen werden können.
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Wachteilig ist hier einmal insbesondere der hohe Aufwand für den Nolchanhänger,
der dann verständlich wird, wenn man bedenkt, daß in derartigen Pipelines mit Drücken
bis zu 1oC bar, mit Temperaturen bis zu 800 C, mit chemisch agressivem Umgebungsmaterial,
mit Beschleunigungen bzw.
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Verzögerungen von bis zum 1000fachen der Erdbeschleunigung gerechnet
werden muß. Von Nachteil ist außerdem, daß die Markierungseigenschaft des Rolchanhängers
infolge der 'begrenzten Batteriekapazität nach absehbarer Zeit erschöpft ist. Ubliche
Werte von Sendezeiten liegen in der Größenordnung von wenigen Stunden. Die frühzeitige
Erschöpfung der Senderbatterien wird auch dadurch verstärkt, daß gängige Pipelines
aus mehrere mm starken Stahlrohren bestehen, die einean sich vorzügliche Abschirmung
bewirken, also die Ortung eines innerhalb der Leitung steckengebliebenen Molches
geradezuvarhindern. Um denAbschirmeffekt überwinden zu können, bedarf es nicht unerheblicher
Sendeleistung des Molchmarkierers, was die "Autonomie des Molchanhängers begrenzte
Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist der im vorstehenden genannte Stand
der Technik. Aufbauend darauf ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs
bezeichneten Art, basierend auf einem Markierungsgeber und einem die Narkierungssignale
aufnehmenden Empfänger, so auszugestalten, daß der ,arkierungsgeber über eine praktisch
unbegrenzte Zeitdauer ohne Wartung ständig betriebsbereit ist, daß seine Signale
auch starke Metallwände von Rohrleitungen durchdringen und daß die Signale solcherart
sind, daß sie mit einfachen Mitteln ohne großen Aufwand empfangen und
verarbeitet
werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese komplexe Aufgabe in überraschender Weise
dadurch gelöst, daß als Markierungsgeber ein oder mehrere Dauermagnete und als Empfänger
ein Magnetfelddetektor dienen. Vorzugsweise sind sowohl in Umfangs- als auch in
Längsrichtung der Rohrleitung bzw.
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des Molches mehrere Dauermagnete, möglichst in gleichen Abständen
bzw. Winkelabständen, angeordnet.
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Die Erfindung zeichnet sich vorteilhafterweise dadurch aus, daß der
aus Dauermagneten bestehende iiarkierungsgeber kein elektromagnetisches Wellenfeld
einer bestimmten Frequenz erzeugt, sondern vielmehr ein Gleichfeld, also gewissermaßen
ein Feld mit der Frequenz Null. Er benötigt somit keinerlei eigene Stromversorgung
mehr und vermeidet damit alle die mit einer eigenen Stromversorgung verbundenen
Mängel und Nachteile, wie dauernde Wartung, Wiederaufladen der Batterien, starke
Begrenztheit der Einsatzdauer des Molches, erhöhte Ausfälle und anderes mehr. Darüberhinaus
ist der wesentliche Vorteil gegeben, daß der Durchgriff des magnetischen Gleichfeldes
durch die Wände der Rohrleitung von deren Abschirmungswirkung am wenigsten gestört
wird.
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Die erfindungsgemäß zum Empfang des vom Narkierungsgeber ausgesendeten
magnetischen Gleichfeldes erforderlicher Nagnetfelddetektoren sind als solche bekannt
und können als sogenannte Magnetometer-Neßgeräte im Handel bezogen werden.
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Dauermagnete für den erfindungsgemäßen Anwendungszweck lassen sich
beim heutigen Stand der Technologie in jeder gewünschten räumlichen Form, in praktisch
jeder Größe und Dimensionierung und ebenfalls praktisch in jeder Polarisationsform
herstellen. Der Preis solcher 7.agrete ist trotz der speziellen Herstellungstechnik
niedrig und ihre
Ausfallrate vernachlässigbar gering. Sie benötigen
keine Wartung und keine Aufmerksamkeit, ihre Einsatzdauer ist unbegrenzt.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung können im einzelnen
den Unteransprüchen sowie - anhand von Ausführungsbeispielen - der Zeichnung und
der nachstehenden Beschreibung entnommen werden. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1
eine mögliche Ausführungsform eines liolches, im Längsschnitt, Fig. 2 eine Ausführungsform
eines mit mehreren Har-Sierungsmagneten versehenen.olchanhängers, ebenfalls im Längsschnitt
(Schnitt II - II in Fig. 3), Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III - III in Fig.
2, jind Fig. 4 eine Ausführungsform eines Nagnetfelddetektors, in Richtung der Längsachse
der Rohrleitung gesehen, Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsform eines
iVolches handelt es sich-um einen sogenannten hanschettenmilch. Die Erfindung ist
jedoch in keiner Weise auf eine solche Iviolchnvt beschränkt. Vielmehr soll Fig.
1 im wesentlichen nur zur besseren Veranschaulichung des Gesamtkomplexes der Erfindung
dienen.
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Der in Fig. 1 gezeigte lsanschettenmolch besitzt zwei jeweils eine
zentrale Durchgangsbohrung 10 bzw. 11 aufweisende Hülsenkörper 12 bzw. 13 auf, die
z.B. aus einem geeigneten Kunststoffmaterial bestehen können. Die zueinander fluchtenden
zentralen Durchgangsbohrungen 10, 11 der Hülsenkörper 12, 13 werden von einer insgesamt
mit 14 bezeichneter Schraube durchsetzt. Die Schraube 14 besteht im einzelnen aus
drei nippelartigen Teilen 15, 16 und 17, die durch Stahlseilteile 18, 19 miteinander
verbunden sind. An das
mit 15 bezifferte, in Fig. 1 links gezeigte
Endteil der Schraube 14 ist ein nietartiger Haltekopf 20 angeformt.
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Der das in Fig. 1 rechts gezeigte Ende der Schraube 14 bildende Teil
17 dagegen ist mit einem Gewinde 21 versehen, auf dem eine Mutter 22 aufgeschraubt
ist. Die Hülsenteile 12, 13 werden somit durch die Schraube 14 zusammengehalten.
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Der in Fig. 1 gezeigte Fianschettenolch besitzt außerdeX drei aus
einem elastischen Material, z.B. Gummi, bestehende Manschetten 23, 24 und 25, die
mit ihrem Außenumfang an der nicht gezeigten Innenwandung einer Rohrleitung, z.B.
Pipelines anliegen. Die mit 26 bezeichnete Längsmittelachse des Manschettenmolches
entspricht somit auch der Mittelachse der (nicht gezeigten) Rohrleitung, in der
sich der Molch befindet. Auch die Manschetten 23, 24 und 25 besitzen jeweils eine
zentrale Durchgangsbohrung 27 bzw. 28 bzw. 29, die jeweils von der Befestigungsschraube
14 durchsetzt werden. Zur Versteifung und Stabilisierung der elastischen Manschetten
23, 24 und 25 dienen Metallplatten 30, 31, die jeweils an beiden Stirnflächen der
hanschetten mittels Schrauben 32 und Muttern 33 befestigt sind.
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Die Fortbewegung des Molches innerhalb der betreffenden Rohrleitung
erfolgt selbsttätig durch das in der Rohrleitung beförderte Fluid, z.B. Erdöl. Um
den jeweiligen Standort des Molches innerhalb der Rohrleitung jederzeit von außen
bestimmen zu können, muß der solch mit einem Markierungsgeber versehen werden, wobei
dieser Markierungsgeber entweder in den Molch integriert werden kann oder als separates
Teil mit diesem verbunden ist (sogenannter Molchanhänger).
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Eine Ausführungsform eines Markierungsgebers der letztgenannten Art
zeigen Fig. 2 und 3. Der Farkierungsgeber nach Fig. 2 und 3 besteht aus einer zylinderförmigen
Kunststoffgußmasse
34, in deren Zylinderwandung 35 mehrere ebenfalls
zylinderförmig ausgebildete Dauermagnete 36 eingesetzt sind. Es handelt sich hierbei
insgesamt uln vier Reihen von Dauermagneten 36, die in gleichen Winkelabständen
von jeweils 90° versetzt zueinander angeordnet sind (Fig.3).
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Fig. 2 macht deutlich, daß die einzelnen Dauermagnete 36 in der jeweiligen
Reihe in Längsrichtung ebenfalls in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
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Der Boden der zylinderförmigen Sunststoffgußmasse 34 ist mit 37 bezeichnet
und besitzt eine zentrale BeSestigungsbohrung 38, mittels derer (durch eine Schraube,
Kette oder dgl.) das Teil 34 als Molchanhänger an einem Solch (z.B. der aus Fig.
1 ersichtlichen Art) befestigt werden kann. In den Boden 37 der Kunststoffgußmasse
34 ist zur Verstärkung eine Metallscheibe 39 eingeXBen. Um ein leichtes Fortbewegen
des Teils 34 innerhalb der in Fig. 2 und 3 jeweils im Schnitt angedeuteten und mit
40 bezifferten Rohrleitung nt,gewährlsisten, ist der Boden 37 am Außenumfang mit
einer Anlaufechräge 41 versehen. Die Bewegungsrichtung des gesamten Nolchanhängers
ist in Fig. 2 durch einen Pfeil 42 gekennzeichnet.
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Die einzelnen Dauermagnete 36, welche in die Wandung 35 der Kunststoffgußmasse
34 eingegossen oder in entsprechende Radialbohrungen der Kunststoffgußmasse 34 eingepreßt
sein können, sind - wie Fig. 2 des weiteren deutlich macht -so angeordnet und ausgebildet,
daß die mit 43, 44 bezeichneten Fiagnetpole jeweils der Innenwandung der Rohrleitung
40 zugewandt sind und in Längsrichtung der Rohrleitung 40 jeweils wechselnde Polarten
aufeinander folgen.
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Hierbei tragen die Nordpole jeweils das Bezugszeichen 43, wohingegen
die Südpole jeweils mit 44 beziffert sind.
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Fig. 2 und 3 zeigen weiterhin, daß der Außendurchmesser des aus einer
Kunststoffgußmasse bestehenden zylinderförmigen Körpers 34 etwa dem Innendurchmesser
der Rohrleitung 40 entspricht, so daß die Pole 43, 44 der einzelnen
Dauermagnete
36 in unmittelbarer Nähe der Rohrleitungswandung zu liegen kommen.
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Fig. 4 zeigt nun eine Ausführungsform eines Flagnetfelddetektors,
mit dessen Hilfe das von den Dauermagneten 36 ausgesendete magnetische Gleichfeld
von außerhalb der Rohrleitung 40 empfangen werden kann. Der Plagnetfelddetektor
weist ein brückenartiges Gehäuse 45 auf, welches an seiner Innenseite eine kreissegmentförmige
Aussparung 46 besitzt.
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Die Krümmung der kreissegmentförmigen Aussparung 46 entspricht etwa
der Krümmung der Rohrleitung 40, d.h. sie weist einen etwas größeren Krümmungsradius
als die Rohrleitung 40 auf. Beidseitig des Gehäuses 45 sind Schrägflächen 47 ausgebildet,
an denen Räder 48 zum Verfahren des. Msgnetfelddetektors längs der Rohrleitung 40
gelagert sind. Eine bei 49 an dem Gehäuse 45 gelenkig befestigte Tragestange für
den HagnetSelddetektor ist mit 50 bezeichnet.
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Der eigentliche Empfänger für das von den Dauermagneten 36 des Molchanhängers
(Fig. 2 und 3) ausgesendete magnetische Gleichfeld wird durch in einer Reihe in
etwa gleichmäßigen Winkelabständen am Rand der kreissegmentförmigen Aussparung 46
des Magnetfelddetektor-Gehäuses 45 angeordnete Aufnehmerköpfe 51 gebildet. Fig.
4 macht deutlich, daß die kreissegmentförmige Aussparung 46 einen Umfangswinkel
von mehr als 90° der Rohrleitung 40 zu umfassen vermag. Da die kreissegmentförmige
Aussparung 46 über die gesamte Länge ihres Randes mit Ausnehmerköpfen 51 bestückt
ist, kann das von den Dauermagneten 36 ausgesendete magnetische Gleichfeld über
einen Umfangswinkel von mehr als 900 von dem iIagnetfelddetektor abgetastet werden.
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Der IJmfangswinkel der kreissegmentförmigen Aussparung 46 des Magnetfelddetektors
ist grundsätzlich auf die Anzahl n der (vorzugsweise) in gleichen Winkelabständen
in Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 34 (Kunststoff-
Gußmasse)
angeordneten Reihen von Dauermagneten 36 abzustimmen. Er sollte möglichst immer
etwas größer als 360°/n ein.
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Da bei der in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform des Markierungsgebers
insgesamt vier Reihen von Dauermagneten 36 vorgesehen sind, die in gleichmäßigen
Winkelabständen von 900 zueinander liegen, ergibt sich bei der hierauf abgestimmten,
aus Fig.4 ersichtlichen Ausführungsform des Magnetfelddetektors ein Umfangswinkel
der Aussparung 46 von > , ° also von>900.
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n=4 Es sind natürlich auch Ausführungsformen des Markierungsgebers
denkbar, bei denen weniger oder mehr, z.B. drei bzw. fünf, Reihen von Dauermagneten,
angeordnet in Winkelabständen von z.B. 1200 bzw. 720, vorgesehen sind. -In diesen
Fällen würden sich dann entsprechend andere Umfangswinkel der Aussparung 46 des
Magnetfelddetektors ergeben, dh. in den genannten Beispielen > 1200 bzw.>
720 Der MagnetSelddetektsr ist auf diese Weise in der Lage, jeweils zwei Reihen
von Dauermagneten 36, und damit die von diesen erzeugten Signale gleichzeitig abzutasten,
wodurch eine höhere Sensibilität des iviagnetSelddetektors erreicht wird.
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Die in der Zeichnung gezeigte und im vorstehenden beschriebene Anordnung
arbeitet nun wie folgt. Tritt ein Steckenbleiben des Molches (Fig. 1) zusammen mit
dem an ihm befestigten Markierungsenhänger (Fig. 2 und 3) ein, so wird der Magnetfelddetektor
(Fig. 4) mit seinen Hädern 48 auf die Rohrleitung aufgesetzt und längs derselben
so lange verfahren bis die Aufnehmerköpfe 51 des Magnetfelddetektors auf die von
den Dauermagneten 36 des Markierungsanhängers 34 ausgesendeten magnetischen Gleichfelder
ansprechen. Da die einzelnen Dauermagneten 36 in Längsrichtung der Rohrleitung 40
so hintereinander angeordnet sind, daß auf einen
Nordpol 43 jeweils
ein Südpol 44 und auf einen Südpol 44 jeweils wieder ein Nordpol 43 folgt, ist in
Längsrichtung der Rohrleitung im Bereich des Markierungsanhängers 34 ein ständiger
Feldwechsel, d.h. eine jeweilige Richtungsumkehr des DauermagnetSeldes gegeben.
Uberfährt nun der Nagnetfelddetektor den Rohrleitungsbereich, in dem sich der steckengeblieb'ene
Solch bzw. dessen ebenfalls ruhender Markierungsanhänger 34 befinden, so ergibt
sich durch die im vorstehenden erwähnte Richtungsumkehr des Dauermagnetfeldes eine
ausreichend hohe "Abtastfrequenz", die eine Weiterverarbeitung des vom Magnetfelddetektor
aufgenommenen Ausgangssignals erlaubt. Zu diesem Zweck, d. h.
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zur Verstärkung, Umformung, Normierung und/oder zur optischen Anzeige
des von dem Magnetfelddetektor auf genommenen und weitergegebenen Ausgangssignals
kann der lWlagnetEelddetektor an ein entsprechendes elektrisches Auswertegerät angeschlossen
werden.
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