DE69510685T2

DE69510685T2 - Topographiemessung von schlämmen in öltanks

Info

Publication number: DE69510685T2
Application number: DE69510685T
Authority: DE
Inventors: Stanislaw Kolaczkowski; Nicholas Pace; George Willacy
Original assignee: Willacy Oil Services Ltd
Current assignee: Willacy Oil Services Ltd
Priority date: 1994-10-18
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2015-10-19
Also published as: GB2294763B; DK0787307T3; AU3670195A; GB9420959D0; GB2294763A; GR3031391T3; DE69510685D1; EP0787307A1; EP0787307B1; WO1996012202A1; US5953287A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Vermessung der Topographie von Schlamm in Flüssigkeitsbehältern, insbesondere in Öltanks.[0001]
Große Öltanks werden zur Lagerung von Rohöl verwendet, und zwar sowohl wenn das Rohöl zwischengelagert wird wie auch, wenn es auf die Zuführung zu einer Raffinerie wartet. Die Öllagertanks sind üblicherweise ungefähr 20 m hoch und 80 bis 100 m im Durchmesser. Rohöl enthält üblicherweise signifikante Anteile von Wasser: um dieses Wasser zu entfernen, kann sich das Öl in dem Öllagertank setzen, so daß das Wasser auf den Grund des Tanks fällt und dann abgelassen werden kann. Allerdings enthält Rohöl außer Wasser auch einige organische Stoffe, in Form von relativ dichten Wachsen, welche sich ebenso am Grund des Öltanks absetzen, wodurch eine ungleichmäßige Ablagerung von Schlamm gebildet wird, welche mit der Zeit zunimmt, so daß eine Schicht gebildet wird, welche mancherorten mehrere Meter tief sein kann.[0002]
Die Schlammschicht ist aus zwei Gründen unerwünscht. Erstens kann der Schlamm Räume mit Wasser umschließen, so daß das Wasser nicht abgelassen werden kann. Zweitens besitzt der Öltank üblicherweise ein Deck oder Dach, welches auf der Oberfläche des Öls schwimmt und mehrere Beine an seiner Unterseite aufweist; diese Beine jedoch können sich in dem Schlamm verfangen, wenn der Tank leer ist: es kann dann sehr schwierig sein, das Schwimmdeck freizubekommen, und das Deck kann unter Spannung geraten und beschädigt werden, wenn der Tank wieder befüllt wird.[0003]
Angesichts dieser Probleme ist es erforderlich, den Schlamm in regelmäßigen Abständen zu entfernen. Dies erreicht man, indem man das Öl aus dem Tank abläßt, so daß ein Schwimmdeck mit seinen Beinen auf dem Boden des Tanks aufliegt: die Beine sind üblicherweise 2 m lang, was ausreichend Raum unter dem Deck läßt, der es Personal ermöglicht, hineinzugehen und den Schlamm zu entfernen. Allerdings ist es erforderlich, bevor man dem Schwimmdeck erlaubt, sich auf diese Art und Weise zu setzen, die Tiefe und Verteilung der Schlammschicht zu bestimmen, da höhere Bereiche vorhanden sind, auf welchen das Deck (oder seine Beine) zum Aufliegen kommen kann, wodurch andere Teile des Decks ohne Unterstützung hängen bleiben würden und damit unter Streß gesetzt würden.[0004]
Gegenwärtig besteht das verbreitetste Verfahren der Ermittlung der Tiefe und Verteilung des Schlamms darin, einfach eine Leine nach Art eines Pegelstabs von der Oberfläche des Decks herunterzulassen, und zwar durch hohle Manschetten des Schwimmdecks, in denen normalerweise die Stützbeine fixiert sind. Die Person, die diese Aufgabe übernimmt, kann fühlen, wenn die Leine die Oberfläche des Schlamms erreicht: durch Wiederholen dieses Vorgangs bei einer großen Anzahl der Srützbeine erlangt man Informationen über die Tiefe und Verteilung des Schlamms. Allerdings ist dieses Verfahren zeitaufwendig und häufig nicht akkurat, da nicht genügend Stützbeine zur Verfügung stehen, um eine ausreichende Anzahl von Messungen zur zuverlässigen Erfassung des gesamten Gebiets durchzuführen.[0005]
Ein weiteres Verfahren, welches vorgeschlagen wurde, beinhaltet die Benutzung eines Infrarot-Detektors, welcher auf die Außenseite des Tanks gerichtet wird und sich eine Temperaturdifferenz zwischen dem Schlamm und der Ölmasse oberhalb des Schlamms zunutze macht. Dieses Verfahren liefert jedoch nur Hinweise auf die Tiefe des Schlamms an den Tankrändern und zeigt nicht die Verteilung des Schlamms über die Gesamtheit des Tankbodens, wie dies erforderlich wäre.[0006]
US-A-5,173,882 lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen des Meeresgrundes in der Arktis, und der Sonarkopf eines interferometrischen Sonargerätes wird durch ein durch die Eisschicht gebohrtes Loch abgesenkt: der Sonarkopf enthält ein Sendemittel, welches Schallenergie aussendet und ein Empfangsmittel, welches Schallenergie empfängt, die von dem Meeresgrund zu dem Sonarkopf zurückgeführt wird; die Ausgangssignale des Empfangsmittels werden zum Erhalt von Vermessungsergebnissen einem Signalverarbeitungsmittel zugeführt.[0007]
Nunmehr vorgeschlagen wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Topographie und/oder des Volumens von Schlamm am Boden eines Behälters mit Flüssigkeit, insbesondere Öl, das bzw. die die oben angesprochenen Probleme überwindet.[0008]
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen: ein Verfahren zur Vermessung einer Fläche am Boden einer Flüssigkeitsmenge, die mit einer Abdeckung versehen ist, wobei bei dem Verfahren eine interferometrische Sonarvorrichtung verwendet wird, die durch eine Öffnung in der Abdeckung in die Flüssigkeit abgesenkt wird, wobei die Vorrichtung einen länglichen Sonarkopf mit einem Mit tel zur Aussendung von Schallenergie und einem Empfangsmittel zum Empfang von durch die Fläche gestreuter und an den Sonarkopf zurückgegebener Schallenergie enthält, und wobei die Vorrichtung weiterhin ein Verarbeitungsmittel zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Empfangsmittels umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ein Verfahren zur Ermittlung der Topographie und/oder des Volumens einer aus Schlamm oder einer anderen Ablagerung bestehenden Schicht auf dem Boden eines durch ein schwimmendes Deck oder Dach verschlossenen Behälters umfaßt, wobei bei dem Verfahren der Sonarkopf, wenn er vertikal ausgerichtet ist, durch die Öffnung in dem schwimmenden Deck oder Dach des Behälters abgesenkt wird, dann der Sonarkopf in eine horizontale Ausrichtung gedreht und der Sonarkopf, wenn er sich in seiner horizontalen Ausrichtung befindet, zur Vermessung der Fläche der aus Schlamm oder einer anderen Ablagerung bestehenden Schicht verwendet wird, wobei Ausgangssignale des Empfangsmittels in Abhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit und/oder dem durch das Geschwindigkeitsmeßmittel des Sonarkopfes gemessenen Geschwindigkeitsgradienten korrigiert werden.[0009]
Der Sonar-Sender/Empfänger-Kopf kann in das Öl in einem Öltank eingebracht werden, indem der Kopf durch eine der hohlen Stützbein-Manschetten des Schwinundecks oder Dachs des Öltanks absenkt, so daß der Kopf in das Öl eintaucht. Die Schallgeschwindigkeit wird vorzugsweise an einer Anzahl von verschiedenen vertikalen Positionen des Kopfes (z. B. über einen Tiefenbereich von mehreren Metern) gemessen, um den Geschwindigkeitsgradienten, d. h. die Änderung der Geschwindigkeit mit der vertikalen Position zu messen: dieser Geschwindigkeitsgradient kann sich aufgrund von Variationen in der Temperatur des Öls mit der vertikalen Position ergeben. Durch Ermitteln des tatsächlichen Geschwindigkeitsgradienten über eine relativ kurze vertikale Höhe, kann dieser für die gesamte Tiefe des Öls extrapoliert werden, und das Verarbeitungssystem kann entsprechende Korrekturen vornehmen.[0010]
In dem oben beschriebenen Fall wird der Sonarkopf vorzugsweise in oder nahe der Mitte des Öltanks in das Öl eingebracht und um volle 360º gedreht, um die gesamte Oberfläche des Tankbodens abzutasten. Alternativ kann jedoch der Sonarkopf an einer ortsfesten Position an der Wand des Tanks angebracht sein: der Sonarkopf sollte in diesem Fall in die Wand eingelassen sein, so daß er das Schwimmdeck nicht behindert, wenn dieses an dem ortsfesten Sonarkopf vorbei steigt und fällt. Der Kopf kann mechanisch fixiert, jedoch elektronisch "gelenkt" sein. Vorzugsweise werden zur Erreichung einer kompletten Abdeckung zwei oder mehr derartige Köpfe an beabstandeten Punkten um den Tank herum angebracht.[0011]
Es ist wohlbekannt, interferometrisches Sonar zu verwenden, um großflächige Messungen von Topographien am Meeresgrund durchzuführen. Im Prinzip funktioniert Sonar durch Aussenden eines kurzen Impulses von Schallenergie bei einer spezifischen Frequenz und Empfangen der Energie, welche durch den Meeresgrund gestreut (oder "reflektiert") wird. Die Zeit zwischen der Aussendung des Impulses und dem Empfang der gestreuten Energie zeigt die Strecke oder Distanz an. Interferometrisches Sonar bietet auch direktionale Sensitivität, so daß die Richtung des Ziels ermittelt werden kann. Aus der Distanzstrecke und der Richtung kann eine Karte der Topographie einer Oberfläche, wie etwa eines Meeresgrundes, erzeugt werden.[0012]
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Anwendung des Prinzips des interferometrischen Sonars, insbesondere auf die Messung der Topographie von Schlamm in Öltanks. Die Probleme der Implementierung des Prinzips interferometrischen Sonars zur Vermessung der Meeresgrund-Topographie von einem Schiff, wie z. B. das Überwachen der Bewegungen des Sonarkopfes, das Inbezugsetzen von Meßwerten zur echten geographischen Position sowie die Wirkungen der Gezeiten treten nicht auf, wenn dieses Prinzip auf die Messung von Schlamm-Topographien in Öltanks angewendet wird. Allerdings gibt es, trotz der Vereinfachungen, in der Natur der Bewegungen des Sonarkopfes und der Abwesenheit von Gezeiten, einige praktische Probleme der Implementierung einer derartigen Technik in Öl. Diese hängen in erster Linie mit den Eigenschaften von Öl zusammen: sowohl die Geschwindigkeit als auch die Dämpfung akustischer Energie variieren erheblich, je nach dem Typ des Öls, der Temperatur und dem Temperaturgradienten. Die Hauptwirkung eines Temperaturgradienten ist die Ablenkung des von der Schallwelle zurückgelegten Weges, so daß es nicht ausreicht, den Einfallswinkel der gestreuten und zurücklaufenden Welle zu bestimmen. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich, da der akustische Kontrast zwischen Schlamm und Öl nur gering ist.[0013]
Ebenfalls erfindungsgemäß wird vorgesehen: eine Vorrichtung zur Ermittlung der Topographie und/oder des Volumens einer aus Schlamm oder einer anderen Ablagerung bestehenden Schicht auf dem Boden eines mit Öl oder einer anderen Flüssigkeit gefüllten Behälters, wobei die Vorrichtung einen länglichen Sonarkopf zur Absenkung in das Öl oder die andere Flüssigkeit über der aus Schlamm oder der anderen Ablagerung bestehenden Schicht umfaßt, wobei der Sonarkopf ein Mittel zur Aussendung von Schallenergie und ein interferometrisches Empfangsmittel zum Empfang der gestreuten und zurückgegebenen Schallenergie umfaßt, und wobei die Vorrichtung weiterhin ein Verarbeitungsmittel zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Empfangsmittels umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Drehen des Sonarkopfes in eine horizontale Ausrichtung nach seinem Absenken in einer vertikalen Ausrichtung in das Öl oder die andere Flüssigkeit über der aus Schlamm oder der anderen Ablagerung bestehenden Schicht vorgesehen sind, wobei der Sonarkopf ein Mittel zur Messung der Schallgeschwindigkeit in dem Öl oder der anderen Flüssigkeit umfaßt und das Verarbeitungsmittel zur Korrektur der Ausgangssignale des Empfangsmittels in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und/oder dem Geschwindigkeitsgradienten, die bzw. der von dem Geschwindigkeitserfassungsmittel des Sonarkopfes gemessen wird, angeordnet ist.[0014]
Die Schallenergie wird vorzugsweise in Form eines fächerförmigen Strahls ausgesandt, welcher in der horizontalen Ebene schmal und in der vertikalen Ebene breit ist. Vorzugsweise sind auch Mittel zum derartigen Drehen des Sonarkopfes, daß der fächerförmige Strahl den zu untersuchenden Bereich abtastet, vorgesehen: alternativ kann der Kopf festgelegt sein und elektronisches "Lenken" zum Einsatz kommen.[0015]
Weitere Beschränkungen ergeben sich durch die Größe der Zugangsöffnungen und der notwendigen Sicherheits-Anforderungen, so daß die Vorrichtung Bestimmungen für die Ölindustrie entspricht. Dementsprechend ist der Sonarkopf vorzugsweise entlang seiner längeren Ausdehnung mit einem Gelenk versehen, derart, daß es zum Passieren eines kleinen Zugangslochs zusammengeklappt werden kann. Die Vorrichtung ist vorzugsweise mit einer feuerfe sten Umhüllung versehen und enthält feuerfeste elektrische Bauteile.[0016]
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Berechnung des Gesamt-Volumens von Schlamm am Boden des Tanks oder sonstigen Behälters.[0017]
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben; darin sind:[0018]
Fig. 1 eine schematiche Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen der Topographie von Schlamm in einem Öltank entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a eine Seitenansicht eines Sonarkopfes der Vorrichtung, gezeigt in der geschlossenen Position des Kopfes;
Fig. 2b eine Vorderansicht des Sonarkopfes, gezeigt in der geschlossenen Position;
Fig. 3a eine Vorderansicht des Sonarkopfes, gezeigt in der offenen Position;
Fig. 3b eine rückwärtige Ansicht des Sonarkopfes, gezeigt in der offenen Position;
Fig. 4 eine Vorderansicht des Sonarkopfes, gezeigt in der für den Gebrauch geeigneten Position; sowie
Fig. 5 ein Beispiel einer mit der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ermittelten Schlamm-Topographie.
[0019] Bezug nehmend auf Fig. 1 wird eine Vorrichtung zur Vermessung der Topographie von Schlamm 2 in einem Öltank entsprechend der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung umfaßt einen Sonarkopf 3, welcher mit dem Haupt-Steuer- und Verarbeitungsblock 6 des Systems über zwei Verbindungsabschnitte 4 und 5 gekoppelt ist. Der erste Verbindungsabschnitt 4 ist mit dem Sonarkopf 3 verbunden und erlaubt eine Schwenkbewegung des Kopfes 3 um eine Horizontalachse. Der zweite Verbindungsabschnitt 5, der sowohl mit dem ersten Verbindungsabschnitt 4 als auch dem Haupt-Steuer- und Verarbeitungsblock 6 des Systems verbunden ist, erlaubt eine Orbital-Abtastbewegung des Sonarkopfes 3 um eine Vertikalachse. Der Haupt-Steuerungs- und Verarbeitungsblock 6 des Systems ist mit einem Oberflächen-Computer 8 über ein Verbindungskabel 7 verbunden.
[0020] Bezug nehmend auf Fig. 3a umfaßt der Sonarkopf 3 einen ersten Abschnitt 9 und einen zweiten Abschnitt 10, wobei Abschnitte 9 und 10 zusammen ein Aussende- und Empfangsmittel zum Aussenden von Schallenergie und zum Empfangen von gestreuter Schallenergie oder Echos bilden. Bezug nehmend auf Fig. 3b umfaßt der Sonarkopf 3 weiterhin einen Geschwindigkeitsmesser 11 zum Messen der Geschwindigkeit des Schalls in dem Öl. Der Sonarkopf 3 ist entlang seiner längeren Ausdehnung angelenkt, so daß er in die geschlossene Position zusammengeklappt werden kann, wie in Fig. 2a und 2b gezeigt. In seinem zusammengeklappten Zustand kann der Sonarkopf durch die hohlen Manschetten, in denen die Stützbeine des üblichen Schwimmdecks des Öltanks angebracht sind, hindurch abgesenkt werden: diese Manschetten weisen einen inneren Durchmesser von üblicherweise 9 cm auf.
[0021] Bezug nehmend wiederum auf Fig. 1 wird der Sonarkopf 3 in das Öl eingebracht und dann mittels z. B. eines innerhalb des Haupt-Steuer- und Verarbeitungsblocks 16 angebrachten Motors geöffnet. Der Kopf 3 wird um die Horizontalachse um 90º gedreht und dann über einen Winkel von zwischen 35 und 55º von der Vertikalen gekippt, bis die Abschnitte 9, 10 in den in Fig. 1 und 4 gezeigten Positionen sind.
[0022] Wie in Fig. 4 gezeigt, enthält der Sonarkopf einen Abstrahlwandler T und vier Empfangswandler R1-R4, wobei (in dem gezeigten Beispiel) alle Wandler rechteckige piezoelektrische Wandler sind. Der Abstrahler besitzt eine lange, schmale Öffnung und sendet einen akustischen Strahl 12 aus, welcher in der Horizontalebene schmal und in der Vertikalebene breit ist, derart, daß er die Form eines fächerförmigen Strahls aufweist. Der Schallstrahl 12 wird auf den den Boden des Öltanks 1 bedeckenden Schlamm 2 gerichtet. Das System ist in der Lage, durch Rotieren des Verbindungsabschnitts 5 um eine Vertikalachse, den fächerförmigen Strahl 12 um volle 360º zu drehen, um sicherzustellen, daß die Schlamm-Oberfläche 2 durch den fächerförmigen Strahl 12 vollständig abgetastet wird. Die Impuls-Wiederholfrequenz ist einstellbar (vorzugsweise bis herunter auf 3 pro Sekunde oder weniger) zur Vermeidung von Rückhall von anderen im Innern des Tanks befindlichen Objekten als dem Schlamm. Da die Dämpfung im Öl bei gleicher Frequenz zwischen 10 und 50 mal größer ist als diejenige von Seewasser, sollte die Schallfrequenz zwischen 100 kHz und 200 kHz, vorzugsweise 150 kHz betragen, damit das interferometrische Sonar in Öltanks mit Radii bis zu 50 m effektiv arbeiten kann. Die von dem Schlamm 2 gestreute und zurückgeworfene Schallenergie wird von den Empfangswandlern R1-R4 empfangen. Die Phasendifferenzen zwischen den empfangenen Signalen der Empfänger werden gemessen und dazu verwendet, den Eintreffwinkel des reflektierten Signals zu berechnen: Phase kann nur im Bereich von 0 bis 2 π gemessen werden, und zum unzweideutigen Inbezugsetzen der Phasendifferenz zum Eintreffwinkel darf der effektive Abstand zweier Empfänger eine halbe Wellenlänge nicht überschreiten. Es ist jedoch nicht praktisch, Empfänger mit Abständen von einer halben Wellenlänge zu bauen, so daß z. B. die vier Empfänger R1-R4 um 3,5, 3 und 2 Wellenlängen voneinander entfernt beabstandet sind, so daß (bei einer angenommenen Schallgeschwindigkeit) die Phasendifferenzen für alle effektiven Abstände zwischen 0,5 und 8,5 Wellenlängen in Schritten von 0,5 Wellenlängen erzielt werden können. Je größer die Abstände, desto geringer sind die Fehler bei der Inbezugsetzung von Phase zu Eintreffwinkel. Daher wird, sobald der ungefähre Eintreffwinkel festgestellt wurde, eine genauere Anzeige mittels Messungen mit größeren effektiven Abständen zwischen den Empfängern ermittelt.
[0023] Daraus folgt, daß die Beziehung zwischen der gemessenen Phase und dem Winkel erfordert, daß man die Abstände der Empfänger kennt. Bei Anwendungen am Meeresgrund, nimmt man an, daß die Abstände den konstanten Konstruktionswert einhalten, ermittelt durch Annehmen einer typischen Schallgeschwindigkeit. Soll jedoch ein derartiges System in Öl arbeiten, ist dieses Verfahren inakzeptabel und führt zu Fehlern aufgrund der Tatsache, daß sich die Schallgeschwindigkeit signifikant mit der Temperatur und dem Öltyp ändert. Um diesen Veränderungen Rechnung zu tragen, ist der Geschwindigkeitsmesser 11 daher in den Sonarkopf 3 integriert: der Geschwindigkeitsmesser 11 umfaßt eine Kammer, in welche das Öl fließt und Abstrahl- und Empfangswandler an entgegengesetzten Enden der Kammer zum Messen der tatsächlichen Übertragungszeit und damit Bestimmen der tatsächlichen Schallgeschwindigkeit. Die Ausgangswerte der Empfangswandler werden sowohl in Bezug auf Abstand als auch auf Phasendifferenzen durch geeignete Software gemäß der gemessenen Schallgeschwindigkeit und ihrem Vertikal-Gradienten korrigiert. Außerdem kann die Relation zwischen Phase und Winkel, wenn die tatsächliche Schallgeschwindigkeit unterhalb der konstruierten Schallgeschwindigkeit liegt, wiederum mehrdeutig und damit inakzeptabel sein. Das bevorzugte System erfordert daher, daß der effektive Abstand der Empfänger entsprechend einer halben Wellenlänge so konstruiert ist, daß er bei der niedrigsten erwarteten Schallgeschwindigkeit eintritt. Eine übliche Konstruktion wäre 1300 m pro Sekunde, entsprechend ungefähr 10% unterhalb der Schallgeschwindigkeit in Seewasser. Zusätzlich zu den Phasendifferenzen zwischen den vier Empfängern sind Ausgangssignale proportional zu der Signalamplitude erforderlich, um bei der korrekten Interpretation der Phasendifferenzen zu helfen.
[0024] Wie bereits zuvor erwähnt, wird der Sonarkopf vorzugsweise auf verschiedene vertikale Positionen abgesenkt und die Schallgeschwindigkeit an jeder dieser Positionen gemessen, um einen Geschwindigkeits-Gradienten zu ermitteln, welcher dann für die gesamte Tanktiefe extrapoliert wird. Der Verarbeitungs- Computer korrigiert seine Berechnungen entsprechend diesem Geschwindigkeits-Gradienten.
[0025] Die Verarbeitung der Echos im Schlamm 2 erfolgt durch den Oberflächen-Computer 8. Die Verarbeitung simuliert einen Schmalbündel-Strahl, welcher in einer radialen Richtung verläuft. Bathymetrische und Streustärken-Daten können gleichzeitig gesamelt werden, da die kontinuierlichen Phasen- und Amplituden-Daten in dem zurücklaufenden Sonarsignal verarbeitet werden.
[0026] Wenn die gesamte Schlamm-Oberfläche abgetastet wurde und alle empfangenen Signale verarbeitet wurden, kann die Schlamm-Topographie-Information ausgedruckt oder auf eine geeignete Weise angezeigt werden. Zum Beispiel kann die Information auf dem Bildschirm des Oberflächen-Computers in einer dreidimensionalen Schrägansicht, wie in Fig. 5 gezeigt, angezeigt werden. Ein wichtiges Merkmal des Systems liegt darin, daß es die Berechnung des Schlamm-Volumens mit einer Genauigkeit innerhalb von 10% Abweichung ermöglicht.
[0027] Das System der vorliegenden Erfindung besitzt vorzugsweise eine feuerfeste Umhüllung für die einzelnen Komponenten der Vorrichtung sowie feuerfeste elektrische Bauteile zum Einhalten der Bestimmungen der Ölindustrie, wodurch es möglich ist, dieses in explosionsgefährdeten Umgebungen einzusetzen.
[0028] Die beschriebene Vorrichtung besitzt einen Sonarkopf, welcher mechanisch gedreht wird, um den erforderlichen Bereich abzutasten. Statt dessen kann der Sonarkopf fixiert, jedoch elektronisch gelenkt sein: in diesem Fall umfaßt z. B. jeder der Wandler T und R1-R4 eine Linearanordnung von (vielleicht 50) piezoelektrischen Elementen, welche separat von der elektroni schen Steuerschaltung angesprochen werden können, um den erforderlichen Abtastvorgang zu ermöglichen.
[0029] Es versteht sich, daß die Erfindung nicht notwendigerweise auf die Vermessung von Schlamm-Topographie in Rohöltanks beschränkt ist, sondern auch auf den Betrieb in ähnlicher Weise für die Vermessung von Sediment-Topographie in jeglicher Art von Behältern zur Aufbewahrung von Flüssigkeiten erweitert werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Vermessung einer Fläche am Boden einer Flüssigkeitsmenge, die mit einer Abdeckung versehen ist, wobei bei dem Verfahren eine interferometrische Sonarvorrichtung verwendet wird, die durch eine Öffnung in der Abdeckung in die Flüssigkeit abgesenkt wird, wobei die Vorrichtung einen länglichen Sonarkopf (3) mit einem Mittel (T) zur Aussendung von Schallenergie und einem Empfangsmittel (R1 bis R4) zum Empfang von durch die Fläche gestreuter und an den Sonarkopf zurückgegebener Schallenergie enthält, und wobei die Vorrichtung weiterhin ein Verarbeitungsmittel (6, 8) zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Empfangsmittels (R1 bis R4) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ein Verfahren zur Ermittlung der Topographie und/oder des Volumens einer aus Schlamm oder einer anderen Ablagerung bestehenden Schicht (2) auf dem Boden eines durch ein schwimmendes Deck oder Dach verschlossenen Behälters umfaßt, wobei bei dem Verfahren der Sonarkopf (3), wenn er vertikal ausgerichtet ist, durch die Öffnung in dem schwimmenden Deck oder Dach des Behälters abgesenkt wird, dann der Sonarkopf (3) in eine horizontale Ausrichtung gedreht und der Sonarkopf, wenn er sich in seiner horizontalen Ausrichtung befindet, zur Vermessung der Fläche der aus Schlamm oder einer anderen Ablagerung bestehenden Schicht verwendet wird, wobei Ausgangssignale des Empfangsmittels (R1 bis R4) in Abhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit und/oder dem durch das Geschwindigkeitsmeßmittel (11) des Sonarkopfes gemessenen Geschwindigkeitsgradienten korrigiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Sender-/Empfängerkopf (3) zwei Teile (9, 10) umfaßt, die entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Linie des Kopfes aneinander angelenkt sind, und daß der Kopf (3) mit seinen beiden Teilen zusammengeklappt in den Behälter abgesenkt und die Teiie dann auseinandergeklappt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitsgradient durch Schallgeschwindigkeitsmessungen ermittelt wird, die über eine relativ kurze vertikale Höhe an verschiedenen vertikalen Positionen durchgeführt werden, und der Geschwindigkeitsgradient dann über die gesamte Tiefe des Öls oder einer anderen Flüssigkeit extrapoliert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender-/Empfängerkopf (3) an oder in der Nähe der Mitte des Behälters in das Öl oder die andere Flüssigkeit eingeführt wird und gedreht wird, um einen Winkel von 360º zu überstreichen, damit die gesamte Fläche des Behälterbodens abgedeckt wird.

5. Vorrichtung zur Ermittlung der Topographie und/oder des Volumens einer aus Schlamm oder einer anderen Ablagerung bestehenden Schicht (2) auf dem Boden eines mit Öl oder einer anderen Flüssigkeit gefüllten Behälters, wobei die Vorrichtung einen länglichen Sonarkopf (3) zur Absenkung in das Öl oder die andere Flüssigkeit über der aus Schlamm oder der anderen Ablagerung bestehenden Schicht (2) umfaßt, wobei der Sonarkopf (3) ein Mittel (T) zur Aussendung von Schallenergie und ein interferometrisches Empfangsmittel (R1 bis R4) zum Empfang der gestreuten und zurückgegebenen Schallenergie umfaßt, und wobei die Vorrichtung weiterhin ein Verarbeitungsmittel (6, 8) zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Empfangsmittels (R1 bis R4) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Drehen des Sonarkopfes (3) in eine horizontale Ausrichtung nach seinem Absenken in, einer vertikalen Ausrichtung in das Öl oder die andere Flüssigkeit über der aus Schlamm oder der anderen Ablagerung bestehenden Schicht (2) vorgesehen sind, wobei der Sonarkopf (3) ein Mittel (11) zur Messung der Schallgeschwindigkeit in dem Öl oder der anderen Flüssigkeit umfaßt und das Verarbeitungsmittel (6, 9) zur Korrektur der Ausgangssignale des Empfangsmittels (R1 bis R4) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und/oder dem Geschwindigkeitsgradienten, die bzw. der von dem Geschwindigkeitserfassungsmittel (11) des Sonarkopfes gemessen wird, angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Sonarkopf (3) zwei Teile (9, 10) umfaßt, die entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Linie des Kopfes so aneinander angelenkt sind, daß die beiden Teile (9, 10) zum Absenken in den Behälter zusammengeklappt werden können, und daß Mittel zum Auseinanderklappen der Teile vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangsmittel (R1 bis R4) des Sonarkopfes (3) mehrere Empfangswandler (R1 bis R4) umfaßt, die in aufeinanderfolgend unterschiedlichen Abständen positioniert sind, und daß die Vorrichtung zur Auswahl verschiedener Paare der Empfangswandler (R1 bis R4) gemäß der erforderlichen Auflösung angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sonarkopf zur Aussendung der Schallenergie in Form eines fächerförmigen Strahls (12), der in der horizontalen Ebene schmal und in der vertikalen Ebene breit ist, angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum derartigen Drehen des Sonarkopfes (3), daß der fächerförmige Strahl (12) den zu untersuchenden Bereich abtastet, vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sonarkopf (3) festgelegt ist und elektronische Mittel zum derartigen Lenken des Kopfes (3), daß der fächerförmige Strahl mindestens einen Teil des zu untersuchenden Bereichs abtastet, vorgesehen sind.

11. Verfahren zur Vermessung einer Fläche am Boden einer Flüssigkeitsmenge, wobei bei dem Verfahren eine interferometrische Sonarvorrichtung verwendet wird, die einen Sonarkopf (3) mit einem Mittel (T) zur Aussendung von Schallenergie und einem Empfangsmittel (R1 bis R4) zum Empfang von durch die Fläche gestreuter und an den Sonarkopf zurückgegebener Schallenergie enthält, und wobei die Vorrichtung weiterhin ein Verarbeitungsmittel (6, 9) zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Empfangsmittels (R1 bis R4) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ein Verfahren zur Ermittlung der Topographie und/oder des Volumens einer aus Schlamm oder einer anderen Ablagerung bestehenden Schicht (2) auf dem Boden eines Öl oder eine andere Flüssigkeit enthaltenden Behälters umfaßt, daß das Empfangsmittel des Sonarkopfes mehrere Empfangswandler (R1 bis R4) umfaßt, die in aufeinanderfolgend unterschiedlichen Abständen positioniert sind, der Sonarkopf ein Mittel (11) zur Messung der Schallgeschwindigkeit in dem Öl oder der anderen Flüssigkeit umfaßt, daß das Verfahren den Schritt des Eintauchens des Sonarkopfes (3) in das Öl oder die andere Flüssigkeit über der aus Schlamm oder der anderen Ablagerung bestehenden Schicht (2) und der Verwendung des Sonarkopfes zur Vermessung der Fläche der aus Schlamm oder der anderen Ablagerung bestehenden Schicht umfaßt, wobei verschiedene Paare der Empfangswandler (R1 bis R4) gemäß der erforderlichen Auflösung gewählt werden, damit das Verarbeitungsmittel (6, 8) die zu dem Sonarkopf zurückgegebene Schallenergie analysieren kann, und wobei die Ausgangssignale des Empfangsmitteis in Abhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit und/oder dem Geschwindigkeitsgradienten, die bzw. der von dem Geschwindigkeitsmeßmittel (11) des Sonarkopf es gemessen wird, korrigiert werden.

12. Vorrichtung zur Ermittlung der Topographie und/oder des Volumens einer aus Schlamm oder einer anderen Ablagerung bestehenden Schicht (2) auf dem Boden eines mit Öl oder einer anderen Flüssigkeit gefüllten Behälters, wobei die Vorrichtung einen Sonarkopf (3) zum Eintauchen in das Öl oder die andere Flüssigkeit über der aus Schlamm oder einer anderen Ablagerung bestehenden Schicht (2) umfaßt, wobei der Sonarkopf (3) ein Mittel (T) zur Aussendung von Schallenergie und ein interferometrisches Empfangsmittel (R1 bis R4) zum Empfang der gestreuten und zu dem Sonarkopf zurückgegebenen Schallenergie umfaßt, und wobei die Vorrichtung ein Mittel (6, 8) zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Empfangsmittels (R1 bis R4) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sonarkopf (3) ein Mittel zur Messung der Schallgeschwindigkeit in dem Öl oder der anderen Flüssigkeit um faßt und das Empfangsmittel mehrere Empfangswandler (R1 bis R4) umfaßt, die in aufeinanderfolgend unterschiedlichen Abständen positioniert sind, daß die Vorrichtung zur Auswahl verschiedener Paare der Wandler gemäß der erforderlichen Auflösung angeordnet ist und daß das Verarbeitungsmittel (6, 8) zur Korrektur der Ausgangssignale des Empfangsmittels (R1 bis R4) in Abhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit und/oder dem Geschwindigkeitsgradienten, die bzw. der von dem Geschwindigkeitsmeßmittel (11) des Sonarkopfes gemessen wird, angeordnet ist.