DE4010622C2 - Verfahren zur Detektierung und Interpretation von Leckagen - Google Patents

Description

Die Ansprüche beziehen sich auf mithilfe von elektrischen Messungen durchführbare Ortungen (Detektierungen) von Undichtigkeiten in Rohr­ leitungen, hauptsächlich in Abwasserkanälen und ähnlichen Systemen.

Die Leckagen bedeuten für Abwasser-Rohrleitungen oberhalb des Grundwasserspiegels ein Absickern (Exfiltration) von Teilen des Abwassers und damit eine Kontaminationsgefahr für das Grundwasser und den Boden für Rohrleitungen innerhalb des Grundwassers einen Einbruch von Grund­ wasser in die Rohre (Infiltration) und damit oft eine unverträgliche Über­ lastung der Funktion des Systems und auch der Kläranlagen.

Außer mit elektrischen Methoden werden derzeit Techniken zur Detek­ tierung vorgeschlagen und auch teilweise routinemäßig durchgeführt, z. B. mithilfe von Rohrfüllungen mit Überdruck von Wasser sowie mit Überdruck und Unterdruck von Luft in beiderseits abgeschotteten Rohrabschnitten, mithilfe von Schalluntersuchungen von durch Leckstellen mit Geräusch aus­ strömender Luft, durch chemische Messungen mit Gassensoren über den Rohren an der Erdoberfläche, nachdem in die Rohre Leitgase eingeführt wurden oder ohnehin detektierbare im Abwasser vorhanden sind, die durch die Leckstellen austreten und an der Erdoberfläche zur Lokalisierung der Schäden dienen. Sodann werden Detektierungen großmaßstäblich mit fern­ steuerbaren Fernseh-Kameras vorgenommen, jedoch nur oberhalb des Rohr­ wasserspiegels. Weiterhin wird der Erhaltungszustand der Rohre mit Ultra­ schall und Schall im Hörbereich erkundet, auch der Versuch der Ortung von Leckstellen mit Radarmessungen wird unternommen.

Alle diese Verfahren haben Grenzen und oft beträchtliche Schwierigkei­ ten bei ihrer Anwendung, zudem sind sie oft nicht wirtschaftlich durchführbar, so daß nach weiteren oder ergänzenden Verfahren gesucht werden muß. Die Aufgabe der Leckortungen ist derart komplex, daß auch die Lösungen komplexe Wege beschreiten müssen.

Die hier genannten Verfahren haben gelegentlich wie auch die anderen Verfahren Grenzen für ihre Anwendbarkeit, teilweise auch in Abhängigkeit der Bedingungen des Umfeldes und der Untersuchungsobjekte selbst. Sie sind jedoch sämtlich ohne die Notwendigkeit einer dichten Abschottung und ohne eine Gefährdung des Personals wie etwa bei Dichtigkeitsuntersu­ chungen mit Luft- oder Wasserüberdruck. Sie sind im Unterschied zu den Druckuntersuchungen auch für das Meßobjekt zerstörungsfrei, wohingegen bei letzteren oft abwertend von einem "Kaputtprüfen" gesprochen wird. Darüberhinaus läßt sich durch flexible Anwendung der Wahl der Einzelver­ fahren praktisch immer eine Lösung finden, wenn auch in einer Kombination mehrerer Verfahren, und zumindest grobquantitative Aussagen über das Ausmaß einer Schadstelle sind realisierbar. Sowohl Exfiltrationen als auch Infiltrationen lassen sich untersuchen, und gelegentlich notwendige Flutun­ gen zur Benetzung der Schadstellen sind nicht hinderlich.

Die unten gegebenen Literatur-Fundstellen beziehen sich nicht direkt auf Detektierungen von Leckagen. Sie enthalten jedoch Hinweise auf die Approbiertheit der Fernortung von Heterogenitäten stofflicher Art und für die spezifischen elektrischen Eigenschaften, auf die Anwendung der Vierpunkt- Widerstands-Methode mit der Anordnung A-M-N-B (mit A und B Strom­ zuführungs-Elektroden, M und N Potentialmeßsonden) sowie der Magnet­ feldmessung nach dem MMR-Verfahren (Magnetometric Resistivity Method).

Der Nutzen der genannten Möglichkeiten ergibt sich aus der meßtech­ nischen Lokalisierbarkeit der Leckstellen und ihres Ausmaßes zum Zwecke der Sanierung nach abgestuften Prioritäten des Handlungsbedarfes.

Als ein Beispiel wird hier noch ein direkter Nachweis eines Abwasser- Austrittes von einer Stelle der Erdoberfläche oberhalb des Lecks gegeben. Der Verdacht der Existenz (nie der direkte Nachweis) eines Schadens wird oft durch eine Kamerabefahrung gegeben, mit der sogleich auch die Position der Verdachtsstelle klar ist. Wird nun oberhalb der Störstelle mit einer Vier­ punkt-Anordnung (A-M-N-B) der spezifische elektrische Widerstand in der Lage und Tiefe des vermeintlichen Lecks fernerkundet und sodann die Messung nach Füllung des Kanals mit hochleitendem Salzwasser wiederholt werden daraufhin relative Änderungen des Widerstandes gegenüber zuvor registrierbar, stellt solches einen exakten Nachweis für einen physischen Wasseraustritt dar.

Fundstellen allgemeine Grundlagen

KUNETZ, G.: Principles of Direct Gurrent Resistivity Prospecting, Gebr. Bornträger, Berlin, 1966.
RAMMNER, R.: Progress in the Technique of the MMR Vertical Sounding Method. Zeitschrift für angew. Geowissenschaften, Heft 6, 1985, ISSN 0342- 586X, S.79-98

Zum Stand der Technik speziell für den Bereich der elektrischen Erkundung sind weiterhin folgend 5 Patentschriften oder Gebrauchsmusterschriften als Fundstellen zu Rate zu ziehen und gegen die hiesigen Erfindungsgedanken abzugrenzen.

Wohl beziehen sich für das Patent DE 38 08 322 C1 die Erfindungsge­ danken auf Fehlstellen des Erhaltungszustandes von Rohren. Diese Vor­ schläge sind jedoch begrenzt auf Eigenpotential-erzeugungsfähige me­ tallische Rohrleitungen und können den Beginn von einem fortge­ schrittenen Zustand einer Korrosion nicht unterscheiden und können ferner auch keine Quantifizierungen des Grades der Zerstörung abgeben. Für nichtmetallische Rohre wie Beton etc. sind sie nicht anwendbar, sie geben auch keine Erkenntnis über Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Flüssigkeits- Austritts. Zudem ist die Möglichkeit einer hinreichend kontinuierlichen und wirtschaftlich vertretbaren Vermessung längerer Rohrabschnitte nicht gege­ ben.

Der Gegenstand des Gebrauchsmusters DE 87 00 720 U1 ist auf die Auffindung von Leckstellen an der Oberseite von Dächern bezogen. Hierbei wird eine Elektrode an der bereits ungefähr bekannten Stelle der durch Niederschläge verursachten Durchfeuchtung der unteren Dachseite plaziert und eine weitere Elektrode innerhalb des gleichen zu verwendenden Stromkreises an der Oberseite des Daches durch flächenhaftes Abtasten solange bewegt bis ein minimaler elektrischer Widerstand aufgefunden ist, der dann zur Position dieser Elektrode und damit zur Leckstelle gehört.

Bei den diesseitigen Ansprüchen hingegen, für die die Existenz von Erdkontaktierungen oder Fernerden prinzipiell vorausgesetzt ist, kann der Erfindungsgedanke der Gebrauchsmuster-Anmeldung nicht direkt verwendet werden, da diesseits entweder Rohrleitungen vom Rohrinnern aus mit einer in der Rohrflüssigkeit entlanggezogenen Elektrode erkundet werden oder die durch ein Leck extern durchfeuchtete Stelle über zwei einseitig (an der Erdoberfläche) plazierte Elektroden durch Feststellung der Änderung des spezifischen elektrischen Widerstandes vor und nach einer willkürlichen Änderung der Leitfähigkeit der das Rohr anfüllenden Flüssigkeit aus mehre­ ren Metern Entfernung durch das Erdreich hindurch ermittelt wird. Beim Erfin­ dungsgedanken des Gebrauchsmusters hingegen wird nicht der spezifische elektrische Widerstand ausgemessen - was dort weder beschrieben ist noch in der dort gewählten Kontaktierungsanordnung möglich wäre - sondern der ohmsche Widerstand durch eine kleine Schicht hindurch. Die Messung des ohmschen Widerstandes im Bereich übererdeter Rohre wäre aber zu keiner Aussage fähig.

Die Verwertung des US-Patents US 38 00 217 erfordert gemäß vorange­ hender Bauplanung an der Rohrtrasse das primäre sich über die gesamte Rohrlänge erstreckende Vorhandensein von zwei elektrisch leitenden nicht­ isolierten in Nähe der Rohrleitung parallel-laufenden Metalldrähten, deren gegenseitiger Übergangswiderstand im Falle des Austretens einer elektrisch leitenden Flüssigkeit mit Eindringen in ihren Zwischenraum verringert und meßbar wird.

Das bei den hiesigen Erfindungsgedanken geforderte Erdreich ist dort nicht nötig, es ist sogar nachteilig, da dieses den meßbaren Effekt durch Parallel­ schluß verringert. Die Einplanung von gleichzeitig mit der Rohrleitungsver­ legung einbezogenen Metalldrähten ist eine hohe wirtschaftlich ungünstige Belastung. Eine nachträgliche Aufrüstung der beispielsweise in Deutschland bereits vor langem verlegten Abwasserkanäle in einer Länge von vielen 1.000 km durch nachträglich einzuziehende Drähte ist im Sinne des ange­ führten US-Patents wirtschaftlich nicht durchführbar. Sodann ist dort eine Selektierung des Ortes nicht präzise möglich und höchstens abschnittsweise gegeben, indem die parallelgeführten Drähte elektrisch unterbrochen und einzeln mit an der Erdoberfläche zugänglichen Prüfstellen verbunden wer­ den.

Beim Patent DE 37 16 846 A1 dient die Vermessung von natürlichen Eigen­ potentialen der Erfassung von vorwiegend chemischen Prozessen in Depo­ nien und von anderweitigen stofflichen Heterogenitäten sowie theoretisch denkbar auch von Wasserströmungen durch poröse substantiell speziell hierfür geeignete Medien, wodurch sogenannte Elektrofiltrationspotentiale entstehen. Diese Potentiale treten - wenn auch kaum wahrnehmbar, nicht in unmittelbarer Nähe und schon gar nicht in der durch die Übererdung vorge­ gebenen Distanz - auch bei durch Lecks passierendem Wasseraustritt aus Rohren auf. Sie sind jedoch bei übererdeten Rohren an der Erdoberfläche bei weitem zu klein, unkalkulierbar und durch andere natürliche und techni­ sche Störeffekte an der Erdoberfläche derart stark überlagert, daß eine Loka­ lisationsmethode oder gar die Möglichkeit einer Quantifizierung der Menge eines Wasseraustritts mit Sicherheit nicht gegeben ist.

Das Europäische Patent EP 02 98 479 A2 dient Leckmeldungen bei Ölleitungen. Den Rohren wird ein isoliertes Kabel parallelgelegt. Erfährt dieses im Leckfall eine Öldurchtränkung, ändern sich seine mechanischen Eigenschaften. Hierbei spielt die diesseits genannte Erfordernis der Anwe­ senheit von Erdreich zur Stromübertragung keine Rolle.

Zur Problematik der Versuche von Leck-Lokalisierungen mit einer solchen Anordnung und zum nichtverträglichen wirtschaftlichen Aufwand, zu späteren Zeiten nach erfolgter Leitungsverlegung für seit langem bestehende Rohr­ leitungen Nachrüstungen vorzunehmen, wurde aber bereits in gleichem Sinne bei der Besprechung von US 38 00 217 Stellung genommen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Ermittlung von Lecks in einer übererdeten nichtmetal­ lischen und zumindest partiell mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllten Rohrleitung mittels elektrischer Meßwerte, die mit Hilfe eines Stromkreises gewonnen werden, bestehend aus einer außerhalb des Rohres im Erdreich befindlichen Fern-Elektrode als Stromquelle und einer innerhalb der Flüssigkeit befindlichen Elektrode als Senke sowie einer in den Stromkreis eingefügten Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Flüssigkeit befindliche Elektrode in der Rohrleitung entlangbewegt wird und während der Bewegung die elektrischen Meßwerte fortgesetzt registriert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Stromkreis fließende Stromstärke als elektrischer Meßwert verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Potential­ differenzen oder Magnetfeldgrößen im Raum zwischen den beiden Elektro­ den als elektrischer Meßwert verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Stromkreis fließende Stromstärke bei in der Flüssigkeit stationär gehaltener Elektrode vor und nach einer willkürlichen Änderung der elektrischen Leitfä­ higkeit der Flüssigkeit als elektrischer Meßwert verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenzen oder Magnetfeldgrößen im Raum zwischen den beiden Elektroden bei in der Flüssigkeit stationär gehaltener Elektrode vor und nach einer willkürlichen Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit als elektrischer Meßwert verwendet werden.

6. Verfahren zur Ermittlung von Lecks in einer übererdeten nichtmetalli­ schen und zumindest partiell mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüll­ ten Rohrleitung mittels elektrischer Meßwerte, die mit Hilfe eines Stromkrei­ ses gewonnen werden, bestehend aus zwei die Erdoberfläche oberhalb anderweitig vermuteter Leckstellen kontaktierenden Elektroden mit der Funktion von Stromquelle und Stromsenke sowie einer in den Stromkreis eingefügten Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß über zwei weitere Kontaktpunkte an der Erdoberfläche die durch den Strom an der Erdoberfläche verursachte Potentialdifferenz gemessen wird und hierdurch über eine Fernerkundung des um das Leck herum bestehenden spezifischen elektrischen Widerstandes ein Flüssigkeitsaustritt über die Korrelation zu einer mit einer Flüssigkeitsimprägnation des Bodens einhergehenden rela­ tiven Widerstandsänderung vor und nach einer willkürlichen Änderung der Leitfähigkeit der Rohrflüssigkeit nachgewiesen wird.