DE3223107C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Leckprüfungsverfahren sind beispielsweise bei der Prüfung neuverlegter Pipelines langjährig erprobt und bewährt, soweit hier ein Abdrücken der Rohrleitungen mittels einer Wasserfüllung erfolgt. Die Eigenschaften des Wassers führen zu überaus gut ablesbaren Ergebnissen. Zusätzlich dient ein Bodenthermometer in der Nähe der Meßstation da­ zu, einen Wert der Bodentemperatur zu erhalten, der deren Einfluß abzuschätzen und aus dem Meßergebnis zu elimi­ nieren erlaubt. So kann durch Aufzeichnung des Druckver­ laufs in einem zumindest weitgehend mit Wasser gefüllten und unter Druck abgeschlossenen Raum im Langzeitversuch über z. B. einige Stunden ein höchst zuverlässiges Bild von der Druckdichtigkeit des Systems gewonnen werden.

Ein Abdrücken mit Wasser verbietet sich aber z. B. in Leitungs- oder Behältersystemen, die bereits mit anderen Stoffen, etwa Treibstoffen oder sonstigen organischen Flüssigkeiten, gefüllt sind und insbesondere auch weiter­ betrieben werden. Beispielsweise stellt sich die Aufgabe einer Leckprüfung bei Flughafen-Betankungssystemen in Form eines im Erdboden verlegten Leitungsnetzes oder auch in sonstigen, mit Treibstoff oder anderen organischen Flüssigkeiten gefüllten Behältnissen. Gerade bei treib­ stoffgefüllten Systemen konnte hier nach den herkömmlichen Verfahren kein unter Berücksichtigung des Druckverlaufs und der Erdtemperatur hinreichend aufschlüssiges Meßergeb­ nis erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es dementsprechend, ein Leck­ prüfungsverfahren zu schaffen, welches erlaubt, in einer mit herkömmlichen Verfahren vergleichbar zuverlässigen und empfindlichen Weise Undichtigkeiten der Leitung oder des sonstigen Behältnisses aufzuspüren, ohne daß hierzu Befüllungen mit Wasser, Zerstörungen an den Prüflingen oder größere Erdarbeiten an regelmäßig im Boden verlegten Leitungen vorauszusetzen wären.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Temperaturabhängigkeit der physikalischen Eigen­ schaften verschiedener Stoffe, z. B. Treibstoffe, sehr viel höher als bei Wasser sind. Bei Flugbenzin sind beispiels­ weise die Änderungen der Dichte und der Kompressibilität grobhin um das Zehnfache größer als bei Wasser. Daraus ergibt es sich als vorteilhaft, die Temperatur in den geschlossenen Raum repräsentativ zu erfassen und nicht etwa nur grobhin durch ein Erdthermometer anzunähern. Es reicht auch regelmäßig nicht aus, einen einzelnen Punkt eines sol­ chen geschlossenen Raumes als maßgeblich anzunehmen, da durchaus mehr oder weniger starke Temperaturgradienten oder Schichtungen über einen solchen geschlossenen Raum auf­ treten können, insbesondere dann, wenn es sich hier um eine langgestreckte Rohrleitung handelt. Eine Schallmeßstrecke ist in der Lage, einen großen Teil eines vorgegebenen Raumes, vor allem natürlich eines leitungsartig gestreckten Raumes, zu erfassen und damit einen repräsentativen Mittelwert für die Temperatur in diesem Raum mit Hilfe der Schallauf­ zeit zu liefern, da die Schallaufzeit in einem flüssigen Medium bekanntermaßen von der Temperatur abhängt und dem­ entsprechend zur Temperaturmessung herangezogen werden kann. Das Meßverfahren wird dadurch erleichtert, daß die absolute Größe der Temperatur zweitrangig gegenüber deren Änderungen ist - da es bei der Druckkurve auch wesentlich um die Änderungen im zeitlichen Verlauf geht. Die für die Schall­ laufzeit einflußreichen absoluten geometrischen und physi­ kalischen Daten einer solchen Meßstrecke sind also regel­ mäßig nur in erster Näherung anzusetzen, ohne daß sich da­ bei wesentliche Verfälschungen hinsichtlich des Temperatur­ verlaufs und dessen Einfluß auf die beobachtete Druckkurve in den abgeschlossenen Raum ergeben, maßgeblich sind die zeitlichen Änderungen. Soweit die Schallaufzeit in solchen Medien noch merklich vom Druck abhängt, unterliegt dieser ohne­ hin der Meßaufzeichnung und -auswertung.

Die Schallaufzeitmessung in Flüssigkeiten ist auch in gerätetechni­ scher Hinsicht mit vertretbarem Aufwand durchzuführen, wie sich schon aus der generell bekannten Schallaufzeitmessung für die Geschwindigkeit in Flüssigkeiten gezeigt hat.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der Aus­ führungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert sind. In der Zeichnung zeigt in jeweils schematisierter Darstellung

Fig. 1 Installation eines Leckprüfungsverfahrens mit Einwegmessung,

Fig. 2 Installation eines Leckprüfungsverfahrens mit Reflektionsmessung und

Fig. 3 Installation eines Leckprüfungsverfahrens mit Messung wiederholt rückgesendeter Schallwellen.

In den Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung ist jeweils ein Lei­ tungsrohr 1 in verkürzter Form mit zwei Endbereichen 2, 3 dargestellt, die jeweils ein vorgegebenes Ende des Rohres, ein Abschnittsende einer solchen Rohrleitung oder auch den Endbereich eines nur zur Druckprüfung festgelegten Leitungs­ abschnittes sein können. Die Endbereiche sind durch druck­ feste, dichte Endwände 4, 5, z. B. vorgegebene Absperrorgane, abgeschlossen. Dieses geschlossene System soll zu Beginn eines Meßversuchs zur Druckbeaufschlagung an eine entsprechende Druckquelle angeschlossen, dann aber vollkommen abgesperrt werden, so daß der Druckverlauf im geschlossenen Raum, insbesondere also ein mehr oder weniger rascher Druckabfall, über eine Leckage in der Leitung und deren Größe Aufschluß geben kann.

Bekanntermaßen kann aber auch ein vollkommen dichtes System dieser Art Druckänderungen erfahren, wobei in erster Linie Temperaturänderungen in Betracht kommen, die bei herkömm­ lichen, zur Druckprüfung mit Wasser gefüllten Leitungen durch ein Bodenthermometer nahe der Meßstation grob aber hin­ reichend erfaßt wurden.

Gemäß der Erfindung ist nun erkannt worden, daß hier eine sehr viel genauere und umfassendere Temperaturmessung dann vorzusehen ist, wenn es sich in der Leitung um Flüssigkeiten mit in ihren physikalischen Eigenschaften stärkerer Tempera­ turabhängigkeit handelt. Dieses gilt insbesondere auch für Treibstoffe. Im Ausführungsbeispiel sei die Leitung in ihrem Innenraum 6 mit Flugbenzin gefüllt, dessen Kompressibilität und Dichte sich gegenüber Temperaturänderungen etwa zehnmal empfindlicher als Wasser verhalten. Dementsprechend ist hier vorgesehen, die Temperatur in dem Raum selbst zu messen und zwar so, daß ein für den Gesamtraum repräsentativer Tempera­ turwert aus der Messung entnehmbar ist.

Hierzu wird in der Leitung 1 eine Schallmeßstrecke einge­ richtet, die in ihrer Anordnung und ihrem Meßverfahren bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 3 jeweils unter­ schiedlich ist.

Die Schallmeßstrecke nach Fig. 1 umfaßt einen Sender 7 an einem Ende der Rohrleitung und einen Empfänger 8 am anderen Ende der Rohrleitung, die beide über elektrische Kabel 9, 10 mit einer Meßstation verbunden sind. Der beispielsweise nach Art eines Unterwasser-Lautsprechers wirkende Sender gibt Schallwellen in die Meßstrecke ein, die am anderen Ende verzögert, ggf. auch mehr oder weniger verhallt oder ver­ schliffen empfangen werden. Die praktisch verzögerungs­ freie elektrische Aufzeichnung des gesendeten und des emp­ fangenen Signals in der Meßstation 11 zeigt dann die Schallaufzeit.

Die Schallaufzeit kann grundsätzlich unter Berücksichtigung aller physikalischen und geometrischen Daten der Meßstrecke zur Bestimmung eines absoluten Temperaturwertes herangezogen werden, doch ist die damit verbundene Datenerfassung und Aus­ wertung in der Regel entbehrlich, da in erster Linie die Änderungen der Temperatur in der Leitung 1 von Interesse sind, deren Auswirkungen auf den Druck in einer beispiels­ weise über mehrere Stunden laufenden Druckaufzeichnung eliminiert werden sollen. Dementsprechend reicht es generell aus, die Strecke mit verfügbaren Ansatzdaten zu erfassen, die Änderungen der Schallaufzeit aber genau zu überwachen.

Die in Fig. 2 dargestellte, abgewandelte Ausführungsform ist von der Installation her vereinfacht, da hier ein Sender 12 und ein Empfänger 13 an dem gleichen Ende 4 des Leitungs­ abschnittes angeordnet sind und mit relativ kurzen Kabeln 14, 15 mit der Meßstation verbunden sind, die ganz entspre­ chend der Meßstation nach Fig. 1 ausgebildet sein kann und dem­ entsprechend gleichfalls mit 11 bezeichnet wurde.

Die vom Empfänger 13 aufgenommenen Signale sind am Ende 5 der Leitung reflektierte und von dort zurücklaufende Schallwellen. Es versteht sich, daß die Dämpfungs- und Reflektionseigen­ schaften der Strecke über die Anwendbarkeit dieses Systems entscheiden können.

Das in Fig. 3 dargestellte System ist aufwendiger, da es an jedem Ende der Leitung einen Sender 16 bzw. 17 und einen Empfänger 18 bzw. 19 aufweist. Es versteht sich, daß der Sendebetrieb in beiden gegenläufigen Richtungen zusätzlichen Aufschluß über Charakteristiken der Strecke geben kann. Ins­ besondere aber ist es hiermit möglich, Sender und Empfänger zumindest einer Seite als Relaisstation arbeiten zu lassen. Es kann dort also ein empfangenes Signal sofort wieder unter entsprechender Verstärkung, ggf. auch unter Rückfor­ mung eines dem ursprünglichen entsprechenden Signals auf die Strecke gegeben werden. Wenn Sender und Empfänger an beiden Enden als Relaisstationen arbeiten, können die Schall­ wellen wiederholt hin- und hergeschickt werden, so daß sich eine entsprechend vergrößerte und damit noch genauer hin­ sichtlich ihrer Änderungen überprüfbare Gesamtlaufzeit er­ gibt.

In jedem Fall sind Sender und Empfänger dann wieder über Ka­ bel 20, 21 bzw. 22, 23 mit einer von zwei Meßstationen 24, 25 verbunden und diese Meßstationen können auch untereinan­ der zum Signalvergleich über ein Zwischenkabel 26 mitein­ ander verbunden sein. In einer besonderen Ausführungsform ist es aber auch möglich, einen Sender und einen Empfänger für ein Ende der Meßstrecke als geschlossene, kompoakt im Leitungsrohr anzuordnende Einheit auszubilden, soweit diese nur als Relaisstation wirken soll.

Vorzugsweise sind die Meßstationen 11, 24 und/oder 25 mit einer Digital-Rechnereinheit versehen, die einerseits die laufenden Umrechnungsarbeiten zwischen den Laufzeitwerten und den sich daraus ergebenden Temperatur- bzw. Druckänderun­ gen durchführen können, die aber auch nach bekannten Ver­ fahren der Signalverarbeitung in der Lage sind, repräsentati­ ve Werte aus den empfangenen Signalen herauszulösen und da­ bei vorlaufende, etwa über die Rohrwände selbst laufende Schallwellen oder aber nicht heranzuziehende Reflektionen auszuschalten. Solche Rechner sind bekanntermaßen auch geeignet, die laufenden Meßergebnisse in gut aufgearbeite­ ter Form auszugeben, anzuzeigen bzw. aufzuzeichnen.

Dabei können diese Meßverfahren sowohl mit Hilfe sinusförmi­ ger Schallwellen wie auch mit Hilfe von Impulsen wie etwa angenäherter Rechteck-Impulse durchgeführt werden und es besteht die Möglichkeit, den Betrieb von Sendern und Emp­ fängern fortlaufend durchzuführen, um weitgehend kontinuier­ liche Meßergebnisse zu haben, wie auch durch intermittieren­ den Betrieb Einzelwerte in als ausreichend angenommenen Zeitabständen zu erhalten.

Die Anwendung von Druckimpulsen, insbesondere Einzelimpulsen, anstelle von Schallwellen im hörbaren Bereich gibt die Mög­ lichkeit einer mechanischen Impulserzeugung mit hoher Leistung und hoher Reichweite. In derartigen Fällen wird man regel­ mäßig die erzeugte Impulsform durch besondere Druckaufnehmer in der Nähe der Druckquelle überwachen. Solche Impulse sind hier als "Schallwellen" im niederfrequenten Bereich zu ver­ stehen und in diesem Sinne von der vorangehenden Beschreibung miterfaßt.

Im Sinne der angestrebten Leckprüfung kann es angezeigt sein, bei der Messung ein- oder mehrmals den zum Meßbeginn herge­ stellten statischen Druck im Leitungsrohr herzustellen, um in mehreren Meßzyklen zusätzlich Meßwerte zu erhalten. Dabei kann auch das zur Herstellung des ursprünglichen Drucks nach­ zuliefernde Volumen als Maß für den zwischenzeitlichen Leck­ verlust bestimmt werden. Desgleichen kann der Druck im Leitungsrohr auch mit Hilfe einer Druckregelung oder eines Druckspeichers konstant gehalten werden, wobei das zur Druck­ stützung nachgelieferte Volumen dem Leckverlust entspricht, soweit die Volumenänderungen nicht temperaturbedingt sind. Die Messung bei konstantem Druck hat den Vorteil, daß druckab­ hängige Bewegungen und Spannungen im Leitungsrohr vermieden werden und daß eine Druckänderung für die Schallaufzeit nicht mehr berücksichtigt werden muß.

Claims (12)

1. Verfahren zur Leckprüfung von Flüssigkeits-Leitungs­ rohren oder sonstigen Flüssigkeitsbehältnissen, bei dem eine Rohrleitung bzw. ein Behältnis insgesamt oder abschnittsweise nach endseitiger bzw. allseitiger druckfester Absperrung mit einem statischen Druck beaufschlagt und danach als geschlossener Raum hinsichtlich der Volumen- oder Druckänderungen überwacht wird, wobei gleichzeitig Temperaturwerte zur Feststellung des Temperatureinflusses auf die Volumen- oder Druckänderungen ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur­ werte in dem geschlossenen Raum ermittelt werden, wobei die Laufzeit des Schalls in zumindest einer in dem Raum verlegten Schallmeßstrecke wiederholt gemessen und zur Ermittlung des Temperatureinflusses auf den Druck ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallmeßstrecke im wesentlichen über die Haupterstreckung des geschlossenen Raums gerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schall von einem Sender (7) zu einem entfernt gelegenen Empfänger (8) gerichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schall über eine Reflektionsstrecke (4, 5, 13) zu einem entfernten Bereich (3) des geschlossenen Raums gesandt und nahe dem Sender (4) empfangen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sender auf mehrere Meßstrecken in unter­ schiedlichen Richtungen wirkt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßstrecke mit gegenläufigen Meßsignalen von an beiden Enden angeordneten Sendern (4, 17) und Empfän­ gern (18, 19) betrieben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (4, 17) und Empfänger (18, 19) an zumindest einem Ende (2, 3) der Meßstrecke als Relaisstation be­ trieben werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen pulsförmig gesendet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichent, daß die Schallwellen sinusförmig gesendet und durch Phasenvergleich ausgewertet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schallwellen kontinuierlich gesendet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schallwellen intermittierend gesendet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ dadurch gekennzeichnet, daß die Signale zu digitalen Kenn­ daten umgeformt und in einem Digitalrechner verarbeitet und ausgewertet werden.