DE4015075C2 - Verfahren zur Ermittlung von Undichtigkeiten an Leitungsrohren für flüssige Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Bei derartigen, aus Sicherheitsgründen doppelwandigen Lei­ tungsrohren mit einem das flüssige Medium führenden Innen­ rohr und einem das Innenrohr umgebenden Außenrohr besteht in der Praxis die Aufgabe, ein Leck in einer der Wandungen mög­ lichst schnell und einfach festzustellen und außerdem die örtliche Lage des Leckes zu ermitteln. Bei einem derartigen Leck dringt im allgemeinen das flüssige Medium des Innenroh­ res oder von außen anstehendes Wasser in den Zwischenraum ein.

Es ist bekannt, in diesen Zwischenraum ein oder mehrere Sensorkabel einzubringen und den Widerstand zwischen diesen Sensorkabeln und den Leitungsrohren zu messen (GB 2220494 A, Energietechnik 10JG, Heft 9/1 404-408). Bisher war es jedoch dennoch schwierig, auf einfache Weise einen derartigen Fehler in Form eines Leckes festzustellen und zu orten. Das Problem bestand darin, daß der Luftraum zwischen den Rohren ständig durch Temperaturwechsel (atmen) zur Schwitzwasserbildung neigte und damit an eingebrachten Sensorkabeln üblicher Bauart oft von Anfang an Fehlmeldung verursachte. Bei Sanierung wird der Raum zwischen den Rohren aus Stabilitätsgründen oft mit Schaumbeton gefüllt der naturgemäß naß und damit als Lecküberwachung eigentlich ungeeignet ist. Wenn innerhalb eines derartigen Leitungsrohres ein Leck auftritt, wird zwar die Feuchtigkeit des Füllmateri­ als in dem Zwischenraum an dieser Stelle erhöht. Diese Erhö­ hung der Feuchtigkeit ist jedoch an den zugänglichen Enden des Leitungsrohres weder optisch noch meßtechnisch kurzfri­ stig feststellbar.

Bei Neuinstallation wird zur Stabilisierung der Rohre unter­ einander auch ein Ausdämmen des Zwischenraumes mit Kunst­ stoffschaum praktiziert, wodurch der Zwischenraum zwar troc­ ken bleibt, eine Leckmeldung jedoch stark verzögert wird, wenn der Schaum geschlossene Poren hat, oder aber die Scha­ densausbreitung begünstigt wird, wenn er offenporig ausge­ führt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, uni­ versell anwendbares Verfahren zur Fehlerermittlung und Feh­ lerortung bei einem derartigen Leitungsrohr zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin­ dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die häufig als Sicherheitsmaßnahme vorgesehene Doppelwand­ igkeit ermöglicht eine schnelle und oft irreversible Ausbrei­ tung einer Flüssigkeit im Schadensfall. Die bisher eine Ort­ barkeit behindernde Fülle des Ringraumes wird jetzt mit ih­ ren bisher als nachteilig wirksamen Eigenschaften (Verstop­ fen des Ringraumes, Einschluß der Baufeuchte) genutzt, um zu Schadensbegrenzung, umfassender Überwachung und leichter Ort­ barkeit gleichzeitig zu kommen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die Isolation des Füllmaterials gegen Erde (innen dargestellt durch das Medi­ um, außen z. B. durch Bodenfeuchte) und der Schwerpunkt in der Leitfähigkeit gegenüber der Erde ohne Vorliegen einer Fehlerquelle als Normalzustand definiert, unabhängig von ih­ ren jeweiligen absoluten Größen. Diese Werte werden dann überwacht. Eine Abweichung von diesen Werten wird als Grund­ lage für eine Fehlerstelle und für notwendige Reaktionen re­ gistriert. Eine Feuchtigkeit in dem Füllmaterial in dem Ring­ raum, die an sich bisher möglichst vermieden wurde, wird be­ wußt in Kauf genommen und in vorteilhafter Weise für die Bil­ dung der meßbaren Leitfähigkeit des Füllmaterials ausge­ nutzt. Die Leitfähigkeit des Füllmaterials kann durch Bei­ mengungen aus elektrisch leitendem Material bewußt erhöht und dadurch kalkulierbar stabilisiert werden. Vorzugsweise wird eine plötzliche Abweichung der gemessenen Werte von den über einen längeren Zeitraum konstanten Werten als Kriterium für das Vorliegen eines Fehlers gewertet. Durch Vergleich der Meßwerte kann darüberhinaus die Lage der Fehlerstelle entlang des Leitungsrohres mit ausreichender Genauigkeit er­ mittelt werden.

Vorzugsweise wird das Meßergebnis jeweils vom Ende des Lei­ tungsrohres über eine Meßleitung zum Anfang des Leitungsroh­ res übertragen. Am Anfang des Leitungsrohres werden dann die Meßergebnisse vom Anfang und vom Ende des Leitungsrohres der Meß- und Auswertschaltung zugeführt. Diese gibt dann einen Hinweis darauf, ob und an welcher Stelle des Leitungsrohres eine Fehlerstelle vorliegt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Meßergebnisse von zwei an sich ähnli­ chen Leitungsrohr-Strecken verglichen, die ohne Auftreten eines Fehlers bei gleichen Umweltbedingungen etwa gleich sind. Aus einer Abweichung zwischen diesen im Normalfall gleichen oder ähnlichen Meßergebnissen kann auf das Vorlie­ gen einer Fehlerstelle geschlossen werden. Im Regelfall liegt der Fehler in der Leitungsrohr-Strecke, die einen ge­ ringeren Isolationswiderstand des Füllmaterials gegen Erde aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläu­ tert. Darin zeigen

Fig. 1 im Prinzip ein Leitungsrohr mit einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,

Fig. 2, 3 Ersatzschaltbilder für die elektrischen Eigenschaften des Leitungsrohres und

Fig. 4 eine vollständige Meßeinrichtung für ein Leitungsrohr.

In Fig. 1 besteht das Leitungsrohr 1 aus dem Innenrohr 2 zum Transport eines flüssigen Mediums sowie dem Außenrohr 3. In dem Ringraum zwischen den beiden Rohren 2, 3 befindet sich das Füllmaterial 4. Jeweils am Anfang und am Ende des Rohres 1 sind vom Stirnende her in das Füllmaterial 4 Sonden 5 ein­ gesteckt, und zwar zwei am Anfang und zwei am Ende an diame­ tral gegenüberliegenden Stellen. Die Sonden bestehen aus ei­ nem Leiter 6 und einer Isolierung 7, wobei jeweils ein Ende 8, das von der Isolation befreit ist, in Kontakt mit dem Füllmaterial 4 steht. Die von dem Rohr 1 abgewandten Enden der Sonden 5 sind jeweils an die Meßeinrichtung angeschlos­ sen. Die Stirnenden des Füllmaterials 4 sind jeweils mit ei­ ner elektrisch isolierenden Schicht 16 abgeschlossen, damit hier keine unerwünschte Erdung erfolgt.

Fig. 2 zeigt in vereinfachter Darstellung für das Füllmateri­ al 4 die ohmschen Längswiderstände R1 sowie die über die Län­ ge verteilten Querwiderstände Rq, die die Isolation gegen Erde darstellen. Jedes Leitungsrohr hat einen sogenannten Isolationsschwerpunkt oder Fehlerschwerpunkt. Das ist ein Punkt im Verlauf des Leitungsrohres, bei dem der Schwerpunkt der Leitfähigkeit gegenüber Erde zu denken ist. Bei einem absolut fehlerfreien Leitungsrohr liegt dieser Schwerpunkt bei 50% der Länge, da dann der Ableitwiderstand Rq gleichmä­ ßig über die gesamte Rohrlänge verteilt ist.

Fig. 3 zeigt vereinfacht das elektrische Ersatzschaltbild. R1, R2 stellen die Längswiderstände des Füllmaterials 4 dar, während R3 den Fehlerschwerpunkt S darstellt. Durch Messung des Eingangswiderstandes Rm1 an der Klemme 9 kann bei nicht belasteter Ausgangsklemme 10 der Wert Rm1=R1+R3 ermittelt werden. Entsprechend wird durch Messung des Eingangswider­ standes an der Klemme 10 bei offener Klemme 9 der Wert Rm2=R2+R3 ermittelt. Durch Messung des Widerstandswerte zwi­ schen den Klemmen 9 und 10 indessen kann der Wert Rm3=R1+R2 ermittelt werden. Dadurch ergeben sich die drei dargestell­ ten Gleichungen mit drei Unbekannten, aus denen die Werte für R1, R2, R3 getrennt errechnet werden können. Aus dem Ver­ hältnis von R1 zu R2 in entsprechender Anwendung auf das Län­ genverhältnis kann die Lage des Schwerpunktes S ermittelt werden. Dabei gilt R1/R2=L1/L2. Diese Messung gilt unabhän­ gig von den absoluten Wert von R1, R2, R3. Eine Erhöhung der Feuchtigkeit in dem gesamten Ringraum zwischen den Rohren 2, 3 würde daß Meßergebnis bezüglich der Lage des Schwerpunk­ tes S nicht verfälschen. Andererseits würde eine Fehlerstel­ le die Leitfähigkeit an der Lage der Fehlerstelle gegen Erde erhöhen, also den Widerstand R3 verringern. Daneben sind zur Ortung viele Methoden aus der Kabelmeßtechnik, insbesondere die 4-Pol-Messung über die Sonden 5 möglich.

In Fig. 4 ist vereinfacht ein Leitungsrohr 1 dargestellt, an das vier Meßstäbe 5 gemäß Fig. 1 angeschlossen sind. Jeder Meßstab 5 hat zum Füllmaterial 4 einen Übergangswiderstand Ü. Die Meßergebnisse am linken Ende des Leitungsrohres 1 werden der Meßdose 20 zugeführt und gelangen von dort über die Meßlei­ tung 11 zurück auf den rechten Anfang des Leitungsrohres 1. Der Umschalter 12 verbindet in der dargestellten Stellung den Wechselspannungsgenerator 13 jeweils mit einer der Son­ den am Anfang und am Ende des Leitungsrohres 1. Die dem Lei­ tungsrohr 1 am Anfang und Ende zugeführten Spannungen gelan­ gen außerdem an den Regler R und werden dort verglichen. In Abhängigkeit von dem Vergleich wird die Spannungsquelle 13 so gesteuert, daß jeweils die für die Messung notwendige Am­ plitude der Spannungen vorliegt. In der gestrichelten Stel­ lung des Umschalters 12 werden die Meßergebnisse vom Anfang und Ende des Leitungsvorganges 1 der Isolationsmeßschaltung 14 zugeführt und dort in der beschriebenen Weise ausgewer­ tet. Mit F1 ist eine denkbare Fehlerstelle bezeichnet, die zwischen dem Leitungsrohr 1 und einem Betonrohr 15 auftreten kann. Mit F2 ist eine Fehlerstelle bezeichnet, die zwischen dem Leitungsrohr 1 und einem Meßrohr 21 auftreten kann. Der Umschalter 12 wird entsprechend einem Programm so betätigt, daß die einzelnen Messungen gemäß Fig. 3 zeitlich nacheinan­ der durchgeführt werden können.

Claims (10)

1. Verfahren zur Ermittlung von Undichtigkeiten an Lei­ tungsrohren für flüssige Medien mit einem das Medium führenden Innenrohr (2), einem das Innenrohr (2) um­ gebenden Außenrohr (3) und einer Aussteifung aus Füllmaterial (4) in dem Ringraum zwischen beiden Roh­ ren, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (4) mit einer definierbaren elektrischen Leitfähig­ keit versehen wird, wodurch die Beschaffenheit eines Fehlerschwerpunkts (S) durch Messung des ohmschen Widerstandes des Füllmaterials (4) am Anfang und En­ de des Rohres (1) jeweils gegen Erde sowie zwischen Anfang und Ende des Rohres (1) ermittelt und die ört­ liche Lage nach den Methoden der Kabelmeßtechnik er­ mittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit durch eine beabsichtigte Feuch­ tigkeit des Füllmaterials (4) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit durch elektrisch leitfähige Beimengungen im Füllmaterial gebildet bzw. gewährlei­ stet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßergebnis am Ende des Leitungsrohres (1) über eine Meßleitung (11) zum Anfang des Leitungsroh­ res (1) übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Anfang und das Ende des Leitungsrohres (1) eine Wechselspannung angelegt wird und ein Reg­ ler (R) vorgesehen ist, der die Amplitude der Wech­ selspannungen auf Optimalwerte für die Messung re­ gelt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte im fehlerfreien Zustand als Normal­ zustand definiert werden und eine plötzliche Abwei­ chung von den über einen längeren Zeitraum konstan­ ten Werten als Auftreten eines Fehler gewertet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßergebnisse von zwei ähnlichen Leitungs­ rohr-Strecken verglichen werden und aus einer Abwei­ chung zwischen den Meßergebnissen auf das Vorliegen einer Fehlerstelle geschlossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial an den Rohrenden elektrisch iso­ lierend abgeschlossen wird.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 durch Messung des Widerstandes des mit einer definierbaren elektrischen Leitfähigkeit versehenen Füllmaterials (4) im Ringraum zwischen zwei Rohren (2, 3), bei der eine elektrische Meßeinrichtung (14, 20) zur Ermittlung des ohmschen Widerstandes des Füllmaterials (4) am Anfang und Ende des Rohres (1) jeweils gegen Erde sowie zwischen Anfang und Ende des Rohres (1) vorgesehen ist und bei der diese Einrichtung (14) vier Meßstäbe (5) aus je einem von einer Isolation (7) umgebenen Leiter (6) aufweist, der an einem Ende von der Isolation (7) befreit ist, mit seinem anderen Ende mit der elektrischen Meßeinrichtung (14) verbunden oder verbindbar ist und mit dem von der Isolation (7) befreiten Ende in das Füllmaterial (4) steckbar ist, wobei am Anfang und Ende des Rohres (1) je zwei Meßstäbe (5) mit gegenseitigem Abstand in das Füllmaterial einsteckbar sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für den Anfang und das Ende des Leitungsrohres (1) jeweils zwei an diametral gegenüberliegenden Stellen des Rohrquerschnitts in das Füllmaterial (4) einsteckbare Meßstäbe (5) vorgesehen sind.