DE4208970A1 - Verfahren und vorrichtung zur feststellung und lokalisierung von undichtigkeiten in rohrleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur kontinuierlichen Dichtheitskontrolle insbesondere doppelwandiger oder mehrschaliger Abwasserkanäle und -leitungen mit der Möglichkeit, zwischen infiltrierendem Grundwasser, exfiltrierendem Abwasser, Kondenswasser und Oberflächenwasser zu unterscheiden sowie Undichtigkeiten im Medienrohr oder Inliner zu lokalisieren.

Die bekannten Prüfeinrichtungen zur Kontrolle der Dichtheit von Abwasserkanälen und -leitungen (nachfolgend Kanäle genannt) bestehen aus Prüfgeräten, mit denen der Anfang und das Ende der Haltung einer Rohrleitung während der Prüfzeit verschlossen werden. Anschließend wird in dieser Haltung mit Wasser oder Luft ein bestimmter Überdruck erzeugt und dabei die Dichtheit der Rohre und Rohrverbindungen geprüft. Bei Großrohren, zum Beispiel bei begehbaren Betonrohren ab etwa DN 1000, erfolgt an Stelle einer Leitungsprüfung in vielen Fällen nur eine Dichtheitsprüfung jeder einzelnen Rohrverbindung unter Verwendung eines axial versetzbaren Muffenprüfgerätes, das die betreffende Rohrverbindung im Rohrinneren während der Prüfzeit vorübergehend abdichtend über­ brückt. Beide Arten von Dichtheitsprüfungen werden in der Regel nur einmal, und zwar nach dem Bau und vor der Inbetriebnahme des Kanals durchgeführt.

In allen den Fällen, z. B. bei Kanälen in der Wasserschutzzone II von Wassergewinnungsgebieten, in Gebieten mit hohen Grundwasserständen, in Bergsenkungsgebieten, in Erdbeben- oder anderen Problemzonen - bei denen auch während des Betriebes die Dichtheit des Kanals zur Verhinderung von Wasseraus- und/oder -eintritten entweder dauernd oder in bestimmten zeitlichen Abständen kontrolliert werden muß, sind die eingangs beschriebenen Prüfmethoden wegen der damit verbun­ denen Notwendigkeit, den Kanal während der Prüfzeit für mehrere Stunden außer Betrieb zu setzen, entweder technisch überhaupt nicht durchführbar oder mit einem hohen Kostenaufwand für Stau­ räume, Umleitungen, Pumpanlagen usw. zur Vorflutsicherung verbunden.

Die Lokalisierung von Undichtigkeiten (Lecks) ist mit den geschilderten Dichtheitsprüfungen sehr zeitaufwendig, wenn nicht problematisch. Bei der planmäßigen Ortung optisch nicht erkennbarer Lecks wird zweckmäßigerweise mit der haltungsweisen Dichtheitsprüfung begonnen. Durch wie­ derholtes Halbieren des jeweiligen Leitungsabschnittes mit anschließender erneuter Dichtheitsprü­ fung kann das Leck auf beliebig kleine Abschnitte eingegrenzt werden. Darüber hinaus lassen sich Lecks mit speziellen Verfahren, z. B. dem Leckage-Meßgerät, Spezialpackern zur partiellen Dicht­ heitsprüfung oder im Falle von Rohrverbindungen mit dem Muffenprüfgerät lokalisieren. Da derar­ tige Verfahren zur Lokalisierung von Undichtigkeiten sehr zeitaufwendig sind und in jedem Fall eine Außerbetriebsetzung der Haltung bzw. eine Drosselung des Abwasservolumenstromes bedin­ gen, werden sie nur sehr selten eingesetzt.

Den Stand der Technik bei der regelmäßig zu wiederholenden Dichtheitsprüfung von Kanälen stellt die optische Inneninspektion mit Hilfe selbstfahrender, ferngesteuerter TV-Kameras dar. Mit dieser Methode lassen sich nur optisch wahrnehmbare Schäden lokalisieren. Liegt die Leitung unterhalb des Grundwasserspiegels und handelt es sich um eine größere Schadensstelle, so können vorhan­ dene Undichtigkeiten bei entsprechenden Grundwasserdrücken auch durch das einströmende Was­ ser optisch festgestellt werden, sofern das Grundwasser nicht infolge der Undichtigkeiten abgesenkt worden ist.

Daneben gibt es Bestrebungen, Leckortungsverfahren, z. B. aus dem Wasserversorgungssektor, auf Kanäle zu übertragen. Es handelt sich dabei um die akustische Ortung von Lecks entweder durch das Abhorchen der Haltung auf Ausströmgeräusche unter Verwendung von Hydrophonen oder nach der Korrelationsmeßmethodik in Kombination mit einer Dichtheitsprüfung mit unter Druck stehen­ der Luft als Prüfmedium. Bei der letztgenannten Methode wird der zu untersuchende, außer Betrieb gesetzte und völlig entleerte Leitungsabschnitt mit Prüfverschlüssen oder Absperrblasen abgedichtet und mit Druckluft beaufschlagt.

Diese Methoden sind als Einzelmaßnahmen in ihrer Aussage nicht sicher. Zuverlässige Angaben über die Lage von Undichtigkeiten erfordern die mehrmalige Anwendung eines Verfahrens bzw. den kombinierten Einsatz verschiedener Verfahren.

Aus dem Bereich des Behälterbaus und von Rohrleitungen für wassergefährende Stoffe sind dop­ pelwandige Konstruktionen bekannt, bei denen die austretende Flüssigkeit zwischen den beiden Be­ hälter- bzw. Rohrwänden gesammelt und einer Leckanzeige zugeführt wird. Eine Lecklokalisierung ist mit diesen Einrichtungen nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine ständige Kontrolle der Dichtheit der gesamten Leitung während des Betriebes möglich und die Herkunft des eventuell vorhandenen Leckagewassers feststellbar ist. Dies erlaubt die Beurteilung des Gefährdungspotentials von Undichtigkeiten und damit die Einschätzung der Dringlichkeit von Schadensbehebungsmaßnahmen.

Darüber hinaus muß im Falle eines undichten Medienrohres oder Inliners die Möglichkeit bestehen, auf einfache Weise die jeweiligen Leckstellen zu lokalisieren. Diese Aufgaben werden durch die Vereinigung folgender Merkmale gelöst:

• a) Der Kanal besteht aus einer äußeren Schutzrohrleitung mit einem innenliegenden Medien­ rohr bzw. Inliner. Der verbleibende Ringraum bleibt frei oder wird mit einem wasserleiten­ den Material verfüllt und dient zu Sammlung und Ableitung von anfallendem Wasser.
• b) Die Herkunft des anfallenden Wassers wird mit Hilfe charakteristischer oder den örtlichen Randbedingungen angepaßter physikalischer, chemischer, biologischer oder biochemischer Meß- oder Analyseverfahren bzw. ihrer Kombination bestimmt. Dies erfolgt entweder vor Ort durch Installation entsprechender kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitender Meßwertgeber, z. B. im Ringraum oder Ringspalt, in Abflußrinnen, speziell angeordneten Auffangbehältern oder im Labor durch regelmäßige Entnahme und Analyse von Wasserpro­ ben an mindestens einer der obengenannten Meßstellen. Meßparameter können u. a. sein: O₂-Gehalt, pH-Wert, CSB/BSB-Wert, TOC-Wert, Nitrate, Schwermetalle, Leitfähigkeit, Temperatur, Bakterienanzahl, Feststoffanteil (Trübung).

Der zusätzliche technische und finanzielle Aufwand, der durch den erfindungsgemäßen doppelwan­ digen Kanal, die Integration von Sensoren sowie die Meßwerterfassungsanlage entsteht, sind lang­ fristig erheblich geringer als der Bau und die regelmäßige herkömmliche Dichtheitsprüfung kon­ ventioneller Kanäle.

Kostenmindernd wirkt sich die Tatsache aus, daß zur Dichtheitsprüfung nicht wie bisher die ge­ samte Leitung außer Betrieb gesetzt werden muß und dadurch die teilweise sehr aufwendigen Maß­ nahmen zur Vorflutsicherung entfallen. Eine weitere Kostensenkung ist durch geringfügige Modifi­ kation des Systems möglich mit dem Ziel, neben der kontinuierlichen Dichtheitsprüfung zusätzliche Aufgaben, z. B. die Indirekteinleiterkontrolle, mit wahrzunehmen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung lassen sich diese Forderungen auf einfache Weise erfüllen. Unter Nutzung des im Schadensfall im Ringraum angesammelten Leckagewassers erfolgt eine automatische, kontinuierliche Analyse des Wassers be­ züglich charakteristischer physikalischer, chemischer, biologischer und biochemischer Abwasser­ inhaltsstoffe bzw. Grundwassereigenschaften. Durch die Auswahl und gegenseitige Abstimmung der Meßparameter sowie ihre kombinierte Messung kann die erforderliche Unterscheidung zwi­ schen echtem Leckagewasser (Grundwasser, Abwasser) und nicht aus Leckagen stammendem Was­ ser (Regenwasser bzw. Kondenswasser) eindeutig erfolgen.

Ungefähre Aussagen über das Ausmaß von Lecks im Schutzrohr bzw. im Inliner lassen sich bei be­ kanntem Füllungsgrad und bekannten Grundwasserverhältnissen durch Messen der Leckwasser­ menge treffen.

Zur exakten Lokalisierung von Undichtigkeiten im Inliner bieten sich zwei Möglichkeiten an. Bei der Variante 1 wird der Ringraum zunächst vollständig mit Wasser gefüllt und der Kanal kurzzeitig außer Betrieb besetzt. Das infolge des hydrostatischen Druckes durch die Undichtigkeit einströ­ mende Wasser erlaubt die exakte Lokalisierung der Lecks in der Haltung.

Grundlage der zweiten Variante bildet die oben beschriebene Prüfeinrichtung. Dem Abwasserstrom werden zu diesem Zweck Tracer zugegeben, die für eine spezielle Meßtechnik erkennbar sind. Hierzu ist in den Kontroll- und Einsteigschächten während dieser Untersuchung jeweils ein zusätz­ licher, auf den verwendeten Tracer abgestimmter, transportabler, mehrfach verwendbarer Detektor eingebaut, der als Signalgeber für eine Zeitmeßeinrichtung fungiert.

Der höher gelegene Einsteigschacht besitzt eine Vorrichtung zur Eingabe der Indikatorlösung in das Abwasser, die ebenfalls mit einer Zeitmeßeinrichtung gekoppelt ist.

Mit der so erweiterten erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung lassen sich die Fließgeschwindigkeiten des Abwassers im Inliner, die Fließgeschwindigkeit des Leckagewassers im Ringraum sowie die unterschiedlichen Ankunftszeiten von Abwasser bzw. Leckagewasser im tiefergelegenen Einsteig­ schacht bestimmten. Hieraus läßt sich die Lage der Undichtigkeit innerhalb der Haltung errechnen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Feststellung und Lokalisierung von Undichtigkeiten in Rohrleitungen (Kanalisationen und sonstige Fluide transportierende Leitungen) während des Betriebes, dadurch gekennzeichnet, daß anfallendes Leckagefluid zur Bestimmung seiner Herkunft bezüglich physikalischer, chemischer, biochemischer, biologischer und/oder ande­ rer Parameter bzw. Parameterkombinationen analysiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse oder kombinierte Analyse mittels vor Ort eingesetzter und installierter Sensoren oder Meßwertgeber kontinu­ ierlich oder diskontinuierlich durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerterfassung in Sammelrinnen oder -behältern, Einsteigschächten, Kontrollschächten oder in speziellen Bauwerken für Kontrolleinrichtungen erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse oder kombinierte Analyse des anfallenden Fluids mit einer mobilen tragbaren oder fahrbaren Meßwerterfas­ sungsanlage durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Leckfluidproben entnom­ men und außerhalb des Leitungssystems chemisch, biologisch, physikalisch und/oder bio­ chemisch analysiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß Leckfluid in Brunnen oder Bohrungen im hydrologischen Einzugsgebiet der jeweiligen Rohrleitung gesammelt und an­ alysiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, oder 5 zur Feststellung und Lokalisierung von Undichtigkeiten in doppelwandigen, mehrwandigen oder mehrschaligen (Sandwichkonstruktion) Rohrleitungen während des Betriebes, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringraum oder Ringspalt bzw. in partiell angeordneten Hohlräumen zwischen den Wän­ den der Rohrleitung anfallendes Leckagefluid zur Bestimmung seiner Herkunft bezüglich physikalischer, chemischer, biochemischer und/oder biologischer und sonstiger Parameter bzw. Parameterkombinationen analysiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerterfassung im Ring­ raum des doppelwandigen Rohrsystems, in damit verbundenen Sammelrinnen oder Behäl­ tern, Einsteigschächten, Kontrollschächten oder in speziellen Bauwerken für Kontrollein­ richtungen erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur exakten Lokalisierung eines Lecks im Medienrohr eines doppelwandigen oder mehrschaligen Rohrsystemes mit verfüll­ tem oder unverfülltem umlaufendem oder partiellem Ringraum oder Ringspalt Tracer in das zu transportierende Fluid gegeben werden und durch eine Laufzeitmessung der Tracer an drei Meßpunkten sowohl im Fluid als auch im Leckfluidsystem und entsprechende mathe­ matische Auswertung die Leckstelle ohne Betriebsunterbrechung lokalisiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer In­ direkteinleiterkontrolle kombiniert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerter­ fassung vor Ort oder zentral in einer Betriebswarte erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es auch zur An­ zeige von durch Fehleinleitungen bedingten Havariefällen genutzt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Menge des im Kontrollschacht oder am Bauwerk gesammelten Leckagefluids unter Berück­ sichtigung der hydraulischen Verhältnisse in der Rohrleitung und der hydrologischen Bedin­ gungen im Einzugegebiet der Leitung die Leckgröße abgeschätzt wird.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Feststellung und Lokalisierung von Un­ dichtigkeiten in Rohrleitungen während des Betriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Sensoren oder Meßwertgeber, Meßwerterfassungsanlage zur Analyse physikalischer, chemischer, biochemischer und/oder biologischer Parameter oder Parame­ terkombinationen, die in Sammelrinnen oder -behältern, Einsteigschächten, Kontroll­ schächten oder in speziellen Bauwerken für Kontrolleinrichtungen, die mit der Rohrleitung verbunden sind, oder in Brunnen oder Bohrungen im hydrologischen Einzugsgebiet der je­ weiligen Rohrleitungen angeordnet sind.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9 zur exakten Lokalisierung eines Lecks im Medienrohr eines doppelwandigen Rohrsystems, gekennzeichnet durch eine in das Medienrohr mündende Dosiereinrichtung zur Abgabe von Tracern in das zu transportierende Fluid und durch im Fluid und im Leckfluidstrom angeordnete mindestens drei Meßwertgeber zur Laufzeitmessung des Tracers.