DE4334550A1 - Vorrichtung zur Detektion von Leckagen an frei verlegbaren, oberirdischen Rohrleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von Leckagen an frei verlegbaren, oberirdischen, aggressive Flüssigkeiten enthaltenden Rohrleitungen, die auf einem produktspezifisch reagierenden Sensorkabel beruht, das unterhalb der zu überwachenden Rohrleitung montiert ist und an eine Auswerteelektronik angeschlossen ist.

Steigende Anforderungen an Umweltschutz, Anlagen- und Arbeitssicherheit führ­ ten in den letzten Jahren dazu, Rohrleitungen in der chemischen Industrie oder bei Fernleitungen doppelwandig auszuführen. Dies führt aber zu dem Nachteil, daß der Ort einer Leckage nicht mehr direkt visuell erkannt werden kann, ohne das äußere Rohr zu öffnen. In vielen Anforderungsfällen reicht es aus, die einwandige Rohrleitung mit einer Leckage-Überwachungseinrichtung auszurüsten. Die bisher eingesetzten Überwachungssysteme benötigen jedoch für die gesicherte Funktion ihrerseits eine geschlossene Hülle, die zumeist in einer doppelwandigen Rohr­ leitung ausgeführt wird. Die Leckage-Erkennung mit Hilfe eines Sensorkabels beruht darauf, daß die aus einem Leck austretende aggressive Flüssigkeit in das Sensorkabel eindringt und an dieser Stelle seine elektrischen Eigenschaften, z. B. den Widerstand, die Kapazität oder den Wellenwiderstand, zumindest vorübergehend verändert. Je nachdem, welche Eigenschaften die austretenden Flüssigkeiten und die Sensorkabel haben, kann durch Trocknung die Kabelfunktion wieder in den Ursprungszustand versetzt werden, z. B. bei Benzol, wenn spezielle Sensorkabel für organische Flüssigkeiten eingesetzt werden. Bei Säuren dagegen wird das Kabel irreversibel zerstört und muß nach dem Ansprechen ab­ schnittsweise ausgetauscht werden. Diese Veränderung kann mit einer elektro­ nischen Auswerteschaltung detektiert und geortet werden, so daß z. B. in einer Meßwarte ein Leckage-Alarm ausgelöst werden kann und gleichzeitig der Ort der Leckage in Form einer Rohrlängenkoordinate angezeigt wird. Die Sensorkabel für die Detektion von Leckagen in flüssigkeitsführenden Rohrleitungen sind zumeist koaxial aufgebaut. Bekannt sind z. B. Sensorkabel, die ein dotiertes Dielektrikum aus PTFE haben. Diese Dotierung wird von aggressiven Flüssigkeiten angegriffen, so daß die eindringende Flüssigkeit die erwähnten elektrischen Eigenschaften verändert. Andere Sensorkabel sind mit einer kompletten Schutzhaut aus speziell zusammengesetzten Kunststoffen geschützt, die produktspezifisch zersetzt werden. Der für die Detektion maßgebliche physikalische Effekt ist wiederum eine Widerstand-, Kapazität- oder Wellenwiderstand-Änderung an der betreffenden Stelle im Kabel.

Je nach Anwendungsfall wird die Änderung dieser elektrischen Eigenschaften nach dem Stand der Technik durch Gleichstrom-, Wechselstrom- oder Hochfrequenz­ messungen in den Auswertegeräten erkannt. Die Geräte sind als Einkanal- oder als Mehrkanalortungssysteme kommerziell erhältlich, wobei neben der Überwachung von Rohrleitungsabschnitten auch alternativ Punktsensoren, z. B. für Flansch­ verbindungen, angeschlossen werden können.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß die einwandfreie Sensorfunktion maßgeblich davon abhängt, wie das Sensorkabel unterhalb der Rohrleitung montiert ist. Ins­ besondere stehen zwei Fragen im Vordergrund:

• a) Wie kann sichergestellt werden, daß das austretende aggressive Medium den Sensor auch wirklich erreicht?
• b) Wie schließt man Fremdeinflüsse und somit Fehlalarme aus?

Eine Möglichkeit besteht nach dem Stand der Technik darin, daß das Sensorkabel und die Rohrleitung in eine Hülle eingeschlossen werden. In vielen Fällen wird diese Hülle in Form einer doppelwandigen Rohrleitung ausgeführt. Solche Ausführungen sind jedoch kostspielig und können allenfalls von vornherein beim Neubau von Rohrleitungen berücksichtigt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Sensorkabel und die Rohrleitung mit einer Aluminiumfolie zu umhüllen.

Dabei ist die Aluminiumfolie so gestaltet, daß sie gleichzeitig das austretende Produkt bei einer Leckage auffängt. Vor äußeren Umwelteinflüssen ist das Sensorkabel dadurch weitgehend geschützt. Es muß jedoch gegen Wasser resistent sein, da Kondensationseffekte innerhalb der Aluminiumhülle nicht auszuschließen sind. Hier setzt die Erfindung an.

Es lag die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kostengünstige Lösung zur Montage der Sensorkabel zu finden, die auch eine problemlose Nachrüstung von bereits bestehenden Rohrleitungssystemen erlaubt. Gleichzeitig wird dabei eine hohe Sicherheit hinsichtlich der Vermeidung von Fehlmessungen und Fehlalarmen sowie eine weitgehende Unabhängigkeit von äußeren Umwelteinflüssen (z. B. Regen­ wasser oder aggressive Atmosphäre) gefordert.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem an eine Auswerteelektronik ange­ schlossenen Sensorkabel, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Sensorkabel in einem zur Rohrleitung hin offenen, mit Abflußlöchern versehenen Winkelprofil verlegt ist, das längst der Rohrleitung derart angeordnet ist, daß zwischen den Oberkanten des Winkelprofils und der Rohraußenwand ein Spalt verbleibt. Dabei weist das Winkelprofil zweckmäßig einen Winkel von 60° bis 120° auf.

Der Abstand d₀ zwischen der tiefsten Stelle der Rohrleitung und dem Scheitel des Winkelprofils beträgt vorteilhaft 10 mm bis 40 mm, vorzugsweise 15 mm bis 20 mm.

Eine weitere Verbesserung besteht darin, daß das Sensorkabel durch Abstands­ halter im Winkelprofil geführt und fixiert ist, die in regelmäßigen Abständen im Winkelprofil angeordnet sind und gleichzeitig den Abstand d₀ zur Rohrleitung festlegen. Dabei bestehen die Abstandhalter vorzugsweise aus V-förmigen, das Winkelprofil ausfüllenden Körpern, die am Scheitel eine Aussparung für das Sensorkabel aufweisen und an den dem Scheitel gegenüberliegenden Oberkanten mit laschenförmigen Halterungselementen versehen sind, die eine Verschiebung der Abstandhalter entlang des Winkelprofils zulassen. Die Abstandhalter sind an der dem Scheitel gegenüberliegenden Seitenfläche in vorteilhafter Weise mit Stegen versehen, die sich an der Rohrleitung abstützen und deren Länge d₃ so bemessen ist, daß zwischen Rohrleitung und den laschenförmigen Halterungs­ elementen ein Abstand d₂ verbleibt. Die Abstandhalter können preisgünstig aus einem spritzgußfähigen Kunststoff hergestellt werden.

Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

• - Die Montage des Sensorkabels ist einfach und preiswert.
• - Eine Nachrüstung an bestehenden Rohrleitungen ist ohne weiteres möglich.
• - Das als Auffangvorrichtung für austretende Flüssigkeit dienende Winkelprofil erfordert nur eine relativ geringe Montagehöhe.
• - Das Montagekonzept bietet in den meisten Fällen die gleiche Anzeige- und Meßsicherheit wie doppelwandige Rohrleitungen.
• - Durch die Verlegung im Winkelprofil ist auch ein einfacher und wirksamer mechanischer Schutz des Sensorkabels gewährleistet.
• - Mit den beschriebenen Abstandhaltern können gleichzeitig mehrere wich­ tige Montagefunktionen erfüllt werden.
• - Die bisher notwendige Umhüllung der Rohrleitung und des Sensorkabels mit einer Hilfsfolie (z. B. Aluminium) kann entfallen.
• - Die Abstandhalter können in großen Stückzahlen preisgünstig durch Spritz­ gießen hergestellt werden.
• - Die Montage des Sensorkabels kann weitgehend mit Hilfe von Standard­ bauteilen erfolgen.
• - Da die Rohrleitung nicht umhüllt wird, kann auch weiterhin eine visuelle Kontrolle erfolgen.
• - Aufgrund der einfachen Montagekonstruktion können die Rohrleitungen nach dem Auftreten einer Leckage wieder relativ einfach und kostengünstig repariert werden. Da bei einer doppelwandigen Konzeption die Auffang­ hülle im Leckagefall "voll" läuft und der Sensor auf einer großen Länge benetzt und bei Säuren zerstört wird, ist ein hoher Aufwand erforderlich, um die Systemfunktion instand zu setzen. Bei der Verlegung im Winkel­ profil dagegen wird durch die Bohrungen sichergestellt, daß die Benetzung des Sensorkabels sich auf einen kleinen Bereich in der Nähe der Leckage beschränkt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Montageanordnung für das Sensorkabel auf einer Rohrbrücke,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Rohrleitung mit Winkelprofil und Abstandhalter,

Fig. 3 eine schematische Darstellung von Rohrleitung und Winkelprofil zur Erläuterung der Abstände und

Fig. 4 ein Detailbild des unterhalb der Rohrleitung angeordneten Abstandhalters.

Gemäß Fig. 1 ist die Rohrleitung 1 mittels der Haltebügel 2 auf Leitungsstützen 3 montiert. Die Leitungsstützen 3 weisen eine horizontale Gleitplatte 4 z. B. aus Polypropylen auf. Unterhalb der Rohrleitung 1 ist parallel zur Rohrleitungsachse ein 90°-Winkelprofil 5 mittels Spannbänder 6 befestigt, das als Kabelkanal für ein Sensorkabel 7 dient. Das Winkelprofil 5 ist mittels der Spannbänder 6 so montiert, daß es zur Rohrleitung 1 hin offen ist und der Scheitel des Winkelprofils an der tiefsten Stelle liegt, so daß es eine Art Kabelkanal bildet, in dem das Sensorkabel an der tiefsten Stelle mechanisch geschützt liegt. Andererseits dient das Winkelprofil 5 als Auffangvorrichtung bzw. Auffangrinne für die im Falle einer Leckage aus der Rohrleitung austretende Flüssigkeit. Aus diesem Grund müssen die oberen Kanten des Winkelprofils 5 einen definierten Abstand zur Rohrwandung aufweisen, um sicherzustellen, daß ablaufende Tropfen in die Auffangrinne gelangen können. Dieser Abstand oder Spalt d₁ zwischen Winkelprofil 5 und Rohrleitung 1 wird durch Abstandhalter 8 realisiert, die in regelmäßigen Abständen im Winkelprofil 5 angeordnet sind und gleichzeitig auch den Abstand d₀ zur Rohrleitung 1 festlegen. Die Auffangrinne muß aber auch den Abfluß von aufgefangenem Regenwasser ermöglichen. Zu diesem Zweck sind längs der Scheitellinie des Winkelprofils 5 in regelmäßigen Abständen Bohrungen 9 für den Regenwasserablauf angebracht.

Die Form und Funktion der Abstandhalter 8 werden nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 4 verdeutlicht.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie die aus einem Leck 10 in der Rohrleitung 1 austretenden Flüssigkeitstropfen 11 an der Rohrwandung herunterlaufen und durch den Spalt 12 zwischen dem im Winkelprofil 5 angeordneten Abstandhalter 8 an die tiefste Stelle der Rohrleitung 1 gelangen. Das Winkelprofil 5 weist einen Winkel von 60° bis 120° (hier 90°) auf. Der Keilwinkel des Abstandhalters 8 ist diesem Winkel angepaßt. An der tiefsten Stelle ist der Abstandhalter 8 mit einer halbzylindrischen Kerbe 13 versehen, deren Durchmesser etwa 1 bis 2 mm größer ist als der Durchmesser des Sensorkabels 7. An der dem Sensorkabel 7 gegenüberliegenden Seite sind Stege 14 angeformt, die sich an der Rohrleitung 1 abstützen. Darüber hinaus weisen die Abstandhalter 8 an den gegenüberliegenden Kanten laschenförmige Halterungselemente 15 auf, die die Profilschiene umgrei­ fen. Auf diese Weise können die Abstandshalter im Winkelprofil 5 verschoben werden.

Das Winkelprofil 5 wird im Abstand d₀ = 20 mm bis 35 mm unterhalb der Rohrleitung 1 in Längsrichtung angebracht (siehe Fig. 3). Mittels der Abstandhalter 8 wird das Winkelprofil 5 so an der Rohrleitung 1 fixiert, daß die Schenkel des Profils einen Abstand d₁ = 5 mm bis 10 mm zur Leitung einhalten. Die Stege 14 am Abstandhalter 8 sind so bemessen, daß zwischen den laschenförmigen Halterungselementen 15 und der Rohrleitung 1 ein Spalt 12 mit einer Weite von d₂ = 2 mm bis 4 mm verbleibt, damit die ablaufenden Tropfen 11 nicht abgelenkt werden und außerhalb des Winkelprofils 5 ablaufen. Die aus einem Kunststoff z. B. durch Spritzgießen, gefertigten Abstandhalter 8 erfüllen somit folgende drei Funktionen:

• 1. Durch die Höhe d₃ der Stege 14 werden die Abstände d₀, d₁ und d₂ zur Rohrleitung 1 festgelegt.
• 2. Durch die runde Kerbe 13 wird das Sensorkabel 7 an der tiefsten Stelle des Winkelprofils 5 fixiert.
• 3. Das Kunststoffmaterial verhindert Spannungskorrosion zwischen dem Winkelprofil 5 und der Rohrleitung 1.

Das Winkelprofil 5 erstreckt sich jeweils über ein Teilstück zwischen den Rohrleitungsstützen 3 und kann gegebenenfalls aus Gründen der praktischeren Handhabung in kleinere Einheiten unterteilt werden. Das Sensorkabel 7 ist durch Bohrungen 16 in den als Auflager für die Rohrleitung 1 dienenden horizontalen Gleitplatten 4 an den Rohrleitungsstützen 3 hindurchgeführt und an seinem Ende mit einer elektronischen Auswerteschaltung 17 verbunden (siehe Fig. 1). Durch die Auswerteelektronik wird die durch eine Leckage verursachte, lokale Veränderung der physikalischen Eigenschaften im Sensorkabel 7 festgestellt und ein Alarm ausgegeben. Außerdem wird der Ort der Leckage (Längenkoordinate der Rohrleitung) angezeigt, so daß ein solcher Störfall umgehend behoben werden kann. Bei der Auswerteelektronik und dem dazugehörigen Sensorkabel handelt es sich um kommerziell erhältliche Gerätetechnik.

Bei derartigen Störfällen unterscheidet man zwischen großen und kleinen Leckagen. Große Leckagen entstehen meist bei einer massiven mechanischen Beschädigung der Rohrleitung, z. B. wenn ein LKW gegen eine Rohrstütze fährt. Diese Fälle werden meistens schnell erkannt. Bei den meisten Leckagen an einer Rohrleitung kann man jedoch davon ausgehen, daß es sich zumindest im Anfangsstadium um eine kleine, schleichende Leckage mit einem feinen Riß in der Rohrleitung bzw. mit kleinen Undichtigkeiten im Flanschbereich handelt. Bei nichtflüchtigen, flüssigen, aggressiven Produkten wird die austretende Flüssigkeit dann an der Außenwand der Rohrleitung 1 herablaufen und an der tiefsten Stelle der "6-Uhr-Position" abtropfen. Um die Ansprechzeit des Sensorkabels möglichst kurz zu halten, ist es notwendig, diese Tropfen aufzufangen und dem Sensorkabel 7 gezielt zuzuführen, es zu benetzen und damit das zu detektierende Produkt länger einwirken zu lassen. Diese Forderungen werden von dem als Auffangvorrichtung (Auffangrinne) ausgebildeten Winkelprofil 5 erfüllt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Detektion von Leckagen an frei verlegbaren, oberirdischen, aggressive Flüssigkeiten enthaltenden Rohrleitungen, bestehend aus einem produktspezifisch reagierenden Sensorkabel (7), das unterhalb der zu überwachenden Rohrleitung (1) montiert ist und an eine Auswerteelektronik (17) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorkabel (7) in einem zur Rohrleitung (1) hin offenen, mit Abflußlöchern (9) versehenen Winkelprofil (5) verlegt ist, das längs der Rohrleitung derart angeordnet ist, daß zwischen den Oberkanten des Winkelprofils (5) und der Rohr­ außenwand ein Spalt (12) verbleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelprofil (5) einen Winkel von 60° bis 120° aufweist.

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand d₀ zwischen der tiefsten Stelle der Rohrleitung (1) und dem Scheitel des Winkelprofils (5) 10 mm bis 40 mm, vorzugsweise 15 mm bis 20 mm, beträgt.

4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorkabel (7) durch Abstandhalter (8) im Winkelprofil (5) geführt und fixiert ist, die in regelmäßigen Abständen im Winkelprofil (5) angeordnet sind und gleichzeitig den Abstand d₀ zur Rohrleitung (1) festlegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstand­ halter (8) aus V-förmigen, das Winkelprofil (5) ausfüllenden Körpern bestehen, die am Scheitel eine Aussparung (13) für das Sensorkabel (7) aufweisen und an den dem Scheitel gegenüberliegenden Oberkanten mit laschenförmigen Halterungselementen (15) versehen sind, die eine Ver­ schiebung der Abstandshalter (8) entlang des Winkelprofils (5) zulassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstand­ halter (8) an der dem Scheitel gegenüberliegenden Seitenfläche Stege (14) aufweisen, die sich an der Rohrleitung (1) abstützen und deren Länge d₃ so bemessen ist, daß zwischen der Rohrleitung (1) und den laschenförmigen Halterungselementen (15) ein Abstand d₂ verbleibt.

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (8) aus einem spritzgußfähigen Kunststoff bestehen.