DE60102712T2 - Methode zum Aufspüren von Fluidlecks in Unterwasserpipelines - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufspüren von Fluidlecks in Unterwasserpipelines.
• Es ist gemäß beispielsweise der Beschreibung des US-Patentes 4,785,659 üblich, Fluidlecks in Unterwasserpipelines aufzuspüren, indem zuerst mit Hilfe eines Ultraschallwandlers ein Störsignal erfasst wird, das von dem Fluidleck stammt. Daraufhin wird der hörbare Anteil des Geräuschbandes eliminiert, indem ein Referenzsignal von dem Störsignal subtrahiert wird, um ein Ultraschallsignal zu erhalten. Dann wird das Ultraschallsignal in ein hörbares Geräuschband übertragen und schließlich wird das sich ergebende Signal verstärkt, um es zu einem Steuerstand zu senden, der entweder visuell oder akustisch arbeitet.
• Das oben beschriebene Verfahren weist wegen der niedrigen Genauigkeit und der niedrigen Auflösung der erhaltenen Daten und auch aufgrund der ineffizienten Visualisierung des erhaltenen Signals und des relativen Frequenzspektrums einige Unzulänglichkeiten auf.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren von Fluidlecks in Unterwasserpipelines bereitgestellt, das eine Erfassungsphase eines akustischen Signals in einem eine Unterwasserpipeline umgebenden Gebiet, eine Phase, in der das Signal zu einer Signalverarbeitungseinheit übertragen wird, und eine Phase umfasst, in der das Signal verarbeitet wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet ist, dass die Signalverarbeitungsphase eine Entstörungsphase, in der von dem Signal Frequenzen außerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs eliminiert werden, um einen Arbeitsfrequenzbereich innerhalb des Bereichs selbst zu erhalten, und eine Umsetzungsphase umfasst, in welcher der Arbeitsfrequenzbereich in niedrigere Frequenzen umgesetzt wird, um zwei Quadratursignale zu erhalten, welche die halbe Bandbreite des Bandes um eine Nullfrequenz herum haben.
• Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die nicht beschränkende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen und in denen:
• 1 ein Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Aufspüren von Fluidlecks in Unterwasserpipelines mittels des in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahrens zeigt, und
• 2 ein Schaubild einer Berechnungseinheit zeigt, die Teil der in 1 dargestellten Vorrichtung ist.
• Bezugnehmend auf die 1 und 2 kennzeichnet das Bezugszeichen 1 eine Vorrichtung in ihrer Gesamtheit zum Aufspüren von Fluidlecks in Unterwasserpipelines.
• Die Vorrichtung 1 umfasst eine Erfassungseinrichtung 3 für akustische Signale, die zum Beschallen eines Bereichs 4, der die Pipeline 2 umgibt, geeignet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Übertragungseinrichtung 5, die zum Übertragen der erfassten Signale zu einer Aufbereitungseinrichtung 6, die Teil der Vorrichtung 1 ist, geeignet ist und die auf einem Schiff 7 installiert ist, ungleich den Einrichtungen 3 und 5, die statt dessen in einer wasserdichten Unterwassereinheit 8 eingebaut sind und mittels eines Verbindungs- und Übertragungskabels 9 mit der Einrichtung 6 verbunden sind.
• Zur Erfassung der Signale im Bereich 4, die entweder statisch oder dynamisch ausgeführt werden kann, womit gemeint ist, dass die Einheit 8 entweder schrittweise oder kontinuierlich entlang der Längsachse A der Pipeline 2 geführt werden kann, umfasst die Erfassungseinrichtung 3 ein Richthydrophon 10a, dessen Form und Richtung gemäß bestimmter Parameter ausgewählt sind, von denen im folgenden zur Klarstellung genannt werden: die gewählte Vorgehensweise [modus operandi selected], der Zustand der Pipeline 2 und der Innendruck in der Pipeline 2. Es ist auch möglich, ein Hydrophon 10a mit fächer- oder kegelförmigem Strahl zu verwenden oder ein Hydrophon zu verwenden, das einen kegelförmigen Strahl mit wählbarer Öffnung zu verwenden. Eine passende Wahl des Hydrophontyps bedeutet, dass es möglich ist, das Signal/Stör-Verhältnis zu erhöhen.
• Die Übertragungseinrichtung 5 umfasst einen Vorverstärker 11, der eingangsseitig mit der Einrichtung 3 verbunden ist, und einen Equalizer 12, der eingangsseitig mit dem Vorverstärker 11 und ausgangsseitig mit dem Kabel 9 verbunden ist.
• Das Kabel 9 dient dazu, das Element 8 zu ziehen und ist mit den notwendigen Verbindungseinrichtungen wie auch mit einem Kevlar verstärkten Element versehen. In dem Fall, dass Inspektionen mittels eines kabelgeführten Unterwasserfahrzeugs ausgeführt werden, wird das Kabel 9 nicht verwendet und die Signale werden mittels des dem Schiff zuzuordnenden Kabel übertragen.
• Die Einrichtung 6 ist dazu geeignet, aus dem von der Einrichtung 5 erhaltenen Frequenzsignal alle Frequenzen außerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs herauszufiltern, um ein Arbeitsfrequenzband mit Frequenzen innerhalb des Bereichs zu erhalten, und sie ist auch dazu geeignet, das Arbeitsfrequenzband auf niedrigere Frequenzen zu überführen, um zwei Quadratursignale mit der halben Bandbreite um eine Nullfrequenz herum zu erhalten.
• Auf diese Weise können die zwei Signale als zwei Audiosignale an einer Audio-Karte, die in einem Computer eingebaut ist, erhalten werden, während auf den Computer aufgespielte Software zur Rekonstruktion des ursprünglichen Signals durch Berechnen des Spektrogramms des Signals und der Signalstärke innerhalb des relevanten Bandes dient.
• Diese Werte werden jede Sekunde berechnet und als Kurve ausgedruckt. Eine dritte Kurve zeigt die Signalstärke als Funktion der Frequenz und der Zeit.
• Die Einrichtung 6 umfasst eine Empfangseinrichtung 13, die eine Grenzfrequenz von 1 kHz hat, eine Verstärkungseinrichtung 14 für das empfangene Signal, die einen Verstärkungswert zwischen 0 dB und 60 dB liefert, und einen Filter 15, der den oben erwähnten Frequenzbereich mit einer Minimumfrequenz von 30 kHz und einer Maximalfrequenz von 70 kHz definiert.
• Eigentlich umfasst jegliches mögliches Fluidleck in der Pipeline 2 einen Fluidmassenübergang aus dem Innern der Pipeline 2, die einen relativ hohen Druck aufweist, in die einen relativ niedrigen Druck aufweisende unmittelbare Umgebung oder Nähe der Pipeline 2. Hieraus folgt, dass jegliches Fluid, das möglicherweise aus der Pipeline 2 heraussickert, expandiert und eine Druckwelle erzeugt, was zur Folge hat, dass das Leck ein Breitbandsignal erzeugt, das im Allgemeinen innerhalb des Bereichs zwischen 30 kHz und 70 kHz liegt.
• Die Einrichtung 6 ist dazu geeignet, Störgeräusche des Fluidlecks herauszufiltern, womit gemeint ist, das Signal aus Geräuschen in der Umgebung, genauer gesagt, aus den tatsächlichen Umgebungsgeräuschen herauszufiltern, und sie ist dazu geeignet, so weit wie möglich das Verhältnis zwischen dem Signal und dem Geräusch zu verstärken. Sogar dann ist das Signal allgemein schwach und tendiert dazu, bei der Wanderung weg vom Fluidleck zur Einrichtung 3 hin zu verschwinden.
• Die Einrichtung 6 umfasst auch einen Bandumsetzer 16, der eingangsseitig mit dem Filter 15 und mit einem Frequenzmodulierungsgeber 17 verbunden ist, und sie ist dazu geeignet, das genannte Arbeitsband auf niedrigere Frequenz zu überführen, wodurch erreicht wird, dass die Abtastgeschwindigkeit, die Taktrate eines elektronischen Prozessors 18, der Teil der Einheit 6 ist, und die Speichermenge, die zum Ausführen einer Analog-Digital-Wandlung des Signals notwendig ist, zueinander kompatibel sind.
• Die Einrichtung 6 umfasst auch ein digitales Aufzeichnungsgerät 19 und eine Audio-Einrichtung 20 im Prozessor 18, wovon ersteres zum Empfangen und Aufnehmen der oben genannten zwei Signale vom Bandumsetzer 16 dient und letztere zusammen mit der auf dem Prozessor 18 befindlichen Software zum Rekonstruieren des Signals dient, wie es vor dem Eingang in den Bandumsetzer 16 war, und die das Überwachen der akustischen Energie in Abhängigkeit von der Zeit, der Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz und der Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz und der Zeit des rekonstruierten Signals erlaubt.
• Aus der obigen Beschreibung ist es einfach herzuleiten, wie die Vorrichtung 1 zum Detektieren von Fluidlecks in Unterwasserpipelines funktioniert und es sind somit keine weiteren Einzelheiten erforderlich. Zur Klarstellung sollte allerdings kurz dargelegt werden, dass während des Voranschreitens des Elementes 8 entlang der Pipeline 2 das von der Vorrichtung 3 detektierte Signal von der Einrichtung 5 zur Einheit 1 übertragen wird, wo es mittels der Empfangseinrichtung, dem Verstärker, dem Filter und dem Bandumsetzer verarbeitet wird, um es zum Rekorder und dem elektronischen Prozessor zu senden, wo all die Daten in Form von Kurven auf einem Monitor betrachtet werden können. Es sollte auch herausgestellt werden, dass alle vom Prozessor 18 verarbeiteten Daten aufgezeichnet werden, so dass sie zu einem späteren Zeitpunkt angeschaut werden können, um sogar noch eine tiefergehende Analyse zu erlauben.

Claims (9)

1. Verfahren zum Aufspüren von Fluidlecks in Unterwasserpipelines umfassend eine Phase zum Erfassen eines akustischen Signals in einem eine Unterwasserpipeline umgebenden Bereich, eine Phase zum Übertragen des Signals zu einer Signalverarbeitungseinheit und eine Signalverarbeitungsphase, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verarbeitungsphase eine Phase umfasst, in der das Signal von Frequenzen außerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs bereinigt wird, um einen Arbeitsfrequenzbereich mit einer Frequenz innerhalb des Bereichs zu erhalten, und eine Umsetzungsphase des Arbeitsfrequenzbereichs zu niedrigeren Frequenzen umfasst, um zwei Quadratursignale zu erhalten, welche die halbe Bandbreite des Frequenzbandes um eine Nullfrequenz herum haben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsphase eine digitale Aufzeichnungsphase der zwei Quadratursignale und eine Übertragungsphase der zwei Quadratursignale zu einer Audio-Erfassungseinrichtung, die Teil der Verarbeitungseinheit ist, umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Überwachungsphase der akustischen Energie in Abhängigkeit von der Zeit, von der Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz und von der Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz und der Zeit eines von der Audio-Vorrichtung kommenden Signals umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Phase umfasst, in der zwei zweidimensionale Kurven und eine dreidimensionale Kurve generiert wird, um sowohl das Vorhandensein eines abnormen Signals als auch die Stärke und Form des Spektrums desselben Signals hervorzuheben, wobei eine erste zweidimensionale Kurve die Signalenergie in Abhängigkeit von der Zeit und innerhalb eines ausgewählten Bandes darstellt, eine zweite zweidimensionale Kurve das Signalspektrum darstellt und die dreidimensionale Kurve die Signalstärke in Abhängigkeit von der Zeit und der Frequenz darstellt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Aufzeichnungsphase des detektierten Signals und der hiervon erstellten Daten für eine nachfolgende Analyse der Daten umfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der festgelegte Frequenzbereich eine minimale Frequenz besitzt, die 30 kHz beträgt und eine Maximalfrequenz aufweist, die 70 kHz ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsphase eine Phase zum Empfangen des Signals über Aufnahmemittel, die eine Grenzfrequenz von 1 kHz besitzen, und eine Verstärkungsphase des erhaltenen Signals mittels Verstärkungsmittel umfasst, die einen Verstärkungswert haben, der zwischen 0 und 60 dB veränderlich ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsphase des akustischen Signals eine Phase umfasst, bei der ein Hydrophon mit kegelförmigem Strahl schrittweise entlang der Pipeline bewegt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsphase des akustischen Signals eine Phase umfasst, bei der ein akustischer Sensor kontinuierlich parallel zur Pipeline bewegt wird.