DE69817560T2

DE69817560T2 - Leckerfassung in einer Pipeline mit einer Rückextrapolation der Druckabnahmerate

Info

Publication number: DE69817560T2
Application number: DE69817560T
Authority: DE
Inventors: Roger Loughborough ASHWORTH
Original assignee: Lattice Intellectual Property Ltd
Current assignee: Lattice Intellectual Property Ltd
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: AU723830B2; GB2325987A; GB9711432D0; WO1998055846A1; GB2325987B; CA2292562A1; AR015708A1; EP0986742A1; DE69817560D1; ES2206934T3; US6339953B1; GB9811878D0; EP0986742B1; AU7663898A; JP3220170B2; JP2000513822A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Rohr-Leckermittlung zur Verwendung bei Strömungsmittel-Rohrleitungen (z. B. Erdgas), FR-A-2439990.
Es besteht die Notwendigkeit, Rohrleitungen auf Lecks zu überprüfen und vorzugsweise dies zu tun, während das Strömungsmittel aktuell durch die Leitung strömt, um auf diese Weise eine Unterbrechung der Stromabwärts-Belieferung oder -Versorgung zu vermeiden.
Die Erfindung betrifft das Vorsehen eines Mechanismus zur Überprüfung von Lecks wie diejenigen, die an Rohrverbindungsstellen auftreten.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und 18 angegeben.
Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt
1 ein Ausführungsbeispiel des Leckermittlungs-Rohrmolches,
2 eine schematische Ansicht des Leckermittlungs-Rohrmolches innerhalb einer vorhandenen Rohrleitung und
3 eine der Prüfanordnung zugeordnete Grafik.
Die Lecküberprüfungs-Rohrmolchkette 10 von 1 ist innerhalb einer bestehenden Rohrleitung 11 dargestellt, die eine Verbindungsstelle 12 enthält, wo zwei Abschnitte zusammenstoßen. Die Rohrmolchkette 10 enthält einen Leck-Rohrmolch 13 mit einem flexiblen zentralen Körperteilstück (z. B. aus flexiblem Kunststoffmaterial), das in der Lage ist, 1D-Biegungen zu passieren, und mit einem Ventil- und Sensormodul 27, einem Reglermodul 20 zum Regeln des Testgases, einem elektronischen Steuermodul 14 und einem nabelschnurartigen Anschluß- und Energieregler-Modul 15 verbunden ist, wobei letzteres über ein freihängendes, nabelschnurartiges Kabel 19 an eine Basisstation 22 gekoppelt ist.
Die Basisstation steht mit einem Computer 29 (z. B. einem Laptop-PC) in Verbindung. Das Steuermodul 20 enthält ein Gas-Reglerventil 18, das Gas zu Testzwecken über die "Nabelschnur" 19 empfängt. Die "Nabelschnur" liefert außerdem Energie an den Rohrmolch und bildet auch Steuer- und Datenleistungen (digital). Der Rohrmolch wird durch die Rohrleitung 11 hindurch über einen Zugkegel 16 mittels eines Schleppzugs 17 gezogen, der an einer Winde 40 angebracht ist. Das Nabelschnurkabel 19 wird über ein Codierrad 21 befördert, um die zurückgelegte Wegstrecke anzuzeigen, wobei diese Information dem Computer 29 über die Basisstation 22 zugeführt wird. Der Rohrmolch wird automatisch unter Computersteuerung durch die Gas-Hauptrohrleitung 11 hindurch schrittweise geschleppt, um Druckabnahmetests bei jedem Schritt durchzuführen. Das System kann so gestaltet werden, daß es eine gewisse Überlappung bei jedem Schritt vorsieht, um eine vollständige Überprüfung der Rohrleitung sicherzustellen.
Ein tragbarer Energieerzeuger 41 liefert Energie für den Rohrmolch, den Computer 29 und die Basisstation 22. Eine Gasflasche 42 (z. B. Erdgas) liefert Testgas für Drucktests an den Rohrmolch über die "Nabelschnur" 19, die über eine Trommel 43 läuft.
Der Rohrmolch enthält vier Umfangsdichtungen 23–26, um ein ringförmiges Testvolumen im Bereich zwischen den Dichtungen 23 und 26 vorzusehen. Das Testvolumen ist zwischen zwei Ringdichtungsvolumen durch Dichtungen 24 und 25 begrenzt. Die Gaslieferung kann für den Gebrauch wegen eines hohlen zentralen Rohrteilstücks 28 durch das Rohr hindurch gelangen. Das flexible Körperteilstück zwischen den Dichtungen 24 und 25 erlaubt eine Anpassung an relativ enge Biegungen während des Einführens und Bewegens, so auch das Steuer- und Regelzubehör, unterteilt in eine Anzahl separater Module, um eine 8-Zoll-Rohr-Überprüfung zu ermöglichen.
Der Rohrmolch enthält drei Sensoren 30–32, die im Abstand voneinander um den Rohrmolch herum verteilt sind, um die Stelle der Rohrverbindung 12 zu ermitteln, wenn sich der Rohrmolch durch die Rohrleitung hindurch bewegt. Diese Sensoren können jeweils eine kleine Magnetquelle mit zugehörigem magnetischem Sensor aufweisen (z. B. Halleffekt).
Die Module enthalten Mikroprozessoren, um eine Datenverknüpfung zum und vom Computer 20 über das Kabel 19 vorzusehen, und die an Bord befindliche Elektronik wird Sensorinformationen empfangen wie auch den Rohrmolchbetrieb steuern. Eine Batterie oder eine alternative Quelle bildet die Energiequelle.
Um die Leckprüfoperation durchzuführen, ist ein Ausgleichsventil 35 vorgesehen, das im geöffneten Zustand unter der elektronischen Steuerung Test- und Dichtungsvolumendrücke auszugleichen ermöglicht. Ein Präzisions-Differenzdruck-Sensorsystem 34 ist vorgesehen, um Druckabfälle während Abfalltests festzustellen. Der Sensor ist zu Veranschaulichungszwecken am Rohrmolch 13 dargestellt, wird sich jedoch in der Praxis typischerweise innerhalb des zugehörigen Moduls 27 befinden und an den Rohrmolch 13 durch kleine Rohre gekoppelt sein, um eine Abtastung an den inneren und äußeren Volumen zu ermöglichen, wie unten beschrieben.
Der den Lecktests zugeordnete Mechanismus ist im Schema der 2 dargestellt. Die schematische Zeichnung zeigt den Rohrmolch 13 innerhalb der Rohrleitung 11, und ein Leck soll in der Verbindungsstelle 12 vorhanden sein (das Leck ist zu Darstellungszwecken übertrieben gezeichnet). Die Dichtungen 24 und 25, zusammen mit der Außenwand des zylindrischen Rohrmolch-Teilstücks 36, und die Rohrwandung bilden eine erste Kammer 37 (wenn das Ausgleichsventil 35 geschlossen ist). Die Dichtungen 23 und 26, zusammen mit der Innenwand des zylindrischen Rohrmolch-Teilstücks 36 und die Wandung des inneren zylindrischen Rohrmolch-Teilstücks 38 bilden eine zweite Kammer 39. Testgas wird durch das Verbindungsstellenleck austreten (Q_leck). Es kann außerdem ein Leck (q_Dichtung) des Testgases zwischen den Kammern vorhanden sein, da diese nicht eine perfekte Dichtung mit dem Rohr bilden mögen. Dies wird jedoch bei den Berechnungen berücksichtigt.
Das Testvolumen ist innerhalb der Kammer 37, und das Dichtungsvolumen befindet sich innerhalb der Kammer 39, und bei geöffnetem Ventil 35 sind deren Drücke ausgeglichen. Für ein perfektes Gas ist
wobei Q die Ausströmung aus dem Volumen V der Kammer 37 ist.
Bei Verwendung eines Prüfdrucks kann eine Leckage festgestellt werden, und in der Praxis kann ebenso gut der Grad der Leckage gemessen werden.
Ein Druckabnahmetest wird durchgeführt durch Schließen des Ausgleichsventils und Überwachen des Prüfdrucks unter Verwendung des Hochauflösungs-Druckwandlersystems 34. In der Praxis kann das Hauptventil beim Schließen Störungen stromabwärts verursachen. Um eine stabilere Referenz zu erzeugen, ist eine Kleinvolumen-Referenzkammer mit ihrem eigenen Regulierventil in Reihe vorgesehen, um einen stabilen Referenzwert gerade während der Hauptventilsequenz zu halten.
Eine Druckabnahme infolge eines Lecks aus dem Testvolumen wird durch Leckage über die Innendichtungen 24, 25 hinweg von der Dichtung zum Testvolumen reduziert werden. In dem Augenblick jedoch, wo das Ausgleichsventil 35 geschlossen wird, besteht ein Null-Differenzdruck an den Innendichtungen und daher kein Leck über sie hinweg. Unter Verwertung einer Rückextrapolation von Testdaten ist es möglich, die anfängliche Druckabfallrate dp/dt im Augenblick des Schließens des Ausgleichsventils zu bestimmen, und da das Testvolumen bekannt ist, kann die Leckage Q errechnet werden.
Es wurde festgestellt, daß selbst wenn es eine Leckage in die Rohrleitung aus den Dichtungen 23 und auch 26 und zwischen den Kammern 37 und 39 infolge der Dichtungen 24 und 25 gibt, es der Verlauf der Leckagekurve ist, der zur Verbindungsstellen-Leckage in Beziehung steht.
Somit sind aus 3 unterschiedliche Grafiken ersichtlich für ein gegebenes Verbindungsstellenleck (Q_Leck) für verschiedene Leckagemuster für die Dichtung zwischen Kammern (q_Dichtung). So zeigt die Grafik (e) die effektivste Dichtung und die Grafik (a) die am wenigsten effektive. Unter Anwendung des Rechnens, um den Verlauf zu bestimmen, steht
in direkter Beziehung zu Q_Leck. Die Innendichtungs-Leckage ist null im Augenblick des Schließens des Ausgleichsventils.
Durch Verwendung einer relativ kleinen Kammer 37 ergibt das kleine Testvolumen große Abfallraten für Q_Leck, wobei auf diese Weise kleine Lecks entdeckt werden.
Somit wird der Rohrmolch unter der Computersteuerung in Schritten geschleppt. Bei jedem Schritt wird der Schleppvorgang angehalten, damit der Test ausgeführt werden kann. Eine Leckage kann beispielsweise an heißen Stellen oder Verbindungsstellen auftreten. Wo eine Leckage sich an einer Verbindungsstelle befindet, wird die Anwesenheit von Detektoren 30–32 (von 1) die Quelle der Leckage identifizieren.
Wenn ein größeres Leck entlang dem Rohr an irgendeiner Stelle entdeckt wird, so kann dies einen Alarm auslösen oder eine andere Anzeige im PC, da es dadurch entdeckt wird, daß es nicht möglich ist, Drücke im Test- und Dichtungsvolumen auszugleichen.
Eine typische Leckagemessung erfolgt von 0,0028 SCMH (0,1 SCFH) bis 1,0 SCMH (35 SCFH) in einer Niederdruck--Hauptleitung.
Leckage-Meßergebnisse können innerhalb 10% Genauigkeit oder besser sein.
Innendichtung-Unversehrtheitstest
In dem Fall, daß der Rohrmolch anhält, wo eine Innendichtung über einem Innenvorsprung oder Trümmerstück steht, kann die Leckage über die Innendichtung hinweg so sein, daß der Test- und Dichtungsvolumendruck ausgeglichen bleibt, wenn das Ausgleichsventil geschlossen ist. Dies würde jede Leckage aus dem Testvolumen verschleiern, wenn eine weitere Überprüfung nicht stattfindet. Funktionieren aber die Innendichtungen korrekt, würde eine erzwungene Erhöhung des Testvolumendrucks (z. B. durch Änderung des voreingestellten Regulierungsdrucks) bei geschlossenem Ausgleichsventil eine Zunahme des Differenzdrucks an den Innendichtungen ergeben. Durch Überwachung dieses Effekts kann die Dichtungsintegrität bei jedem Testschritt entlang dem Rohr überprüft werden. Alternativ wird auch eine Gasabfuhr des Testvolumens über ein anderes Ventil zum tatsächlichen Rohrleitungsdruck hin, um einen Druckabfall zu erzielen, als ein Mechanismus zum Prüfen der Dichtungsintegrität dienen.
Hausanschlußstelle
Wenn Hausanschlüsse von der Rohrleitung abgehen, wird es notwendig sein, zwischen Verbindungsstellenlecks und Druckabfällen aufgrund von Verbrauch an Hausanschlußrohrstellen zu unterscheiden. Hausanschluß-Rohrverbindungen könnten durch eine Magnetquelle, die beispielsweise im Hausanschlußrohr vorhanden ist, entdeckt werden.
Eine Leckage aus Hausanschlüssen kann gemessen werden, wenn der Hausanschluß im Grundstück abgeschlossen ist. In diesem Fall wird ein zusätzliches absichtliches Leck am Anwesenende des Hausanschlusses für eine Hausanschlußvolumen-Mengenbestimmung verwendet werden. Wenn Hausanschluß-Leckagemessungen nicht erforderlich sind, sichert die Strömung durch die Einrichtung am Rohrmolch die Kontinuität der Gasversorgung. In diesem Fall würden Leckagemessungen, während der Rohrmolch über dem Hausanschluß angehalten wird, durch die Anforderung vom Anwesen her verschleiert und würden verworfen.
Der Computer sieht eine Benutzer-Schnittstelle zum Eingeben von Örtlichkeits-Details, eine laufende grafische Anzeige von Leckage gegen Strecke entlang der Hauptleitung und eine Software vor, um die Testfolge- und das Schlepp-Steuersystem zu betreiben.
Eine Nachinspektionsdatenanalyse wird an Ort und Stelle eine grafische oder berichtsartige Präsentation von Inspektionsergebnisse ermöglichen, die die Position und Stärke von Lecks oberhalb eines vom Benutzer festgelegten Grenzwertes, zusammen mit den Positionen von Verbindungsstellen und Hausanschlüssen zeigt.
Die Inspektionszeit wird im typischen Fall 20–30 Minuten pro 100 Meter Hauptleitung betragen. Folglich ist der Rohrmolch für die Verwendung in Strömungsmittel führenden Gas-Hauptleitungen ausgelegt, im typischen Fall ohne Unterbrechung der Stromabwärts-Gasversorgung oder Hausanschlüsse. Die Verbindungs- und Hausanschlußstellen-Ermittlung ist mit einbezogen und wird die Position und Stärke einer Leckage aus der Hauptleitung und den Hausanschlüssen ermitteln.
Der Leckage-Rohrmolch ist einzigartig, da er ein Gasleck aus Verteilerrohren, ob außer oder in Betrieb, sowohl lokalisiert als auch genau mißt. Die Leckquelle könnte eine fehlerhafte Verbindungsstelle oder ein Rohrdefekt sein.
Der Rohrmolch ist daher in der Lage,

1. eine Leckage mengenmäßig sowohl zu Inspektionszwecken als auch zum Sammeln von wertvollen Leckagedaten genau zu bestimmen;
2. die Unversehrtheit bei Rohrreparatur zu testen; und
3. Lecks zu lokalisieren, wo "barholing" und externe Reparatur ausgeschlossen sind.

Die Vorrichtung wurde beschrieben zur Ausführung von Überprüfungen, während sie vorübergehend über einer besonderen Rohrposition stationär ist und das Ausgleichsventil eingesetzt wird, bevor die Vorrichtung sich zur nächsthöheren Schrittposition wieder vorwärts bewegt.
Bei einer weiteren Anordnung könnte jedoch das Ventil durch eine Ausgleichsöffnung ersetzt werden, und die Vorrichtung könnte sich kontinuierlich durch die Rohrleitung hindurch bewegen, um ihre Tests auszuführen.
Diese Freiströmungs-Ermittlung würde besonders geeignet sein zum Testen kleiner Lecks (z. B. in der Größenordnung von 100 scmh) in einem Überführungs-Rohrleitungssystem, und zwar durch Nutzung sowohl lokaler Druckabfallmessungen als auch Rohrbohrungsabbildung.

Claims

Rohrleitungs-Leckdetektor mit: einer Einrichtung, die sich durch die Bohrung der Rohrleitung bewegt; einer Einrichtung zum Anlegen eines Prüfdrucks an die Rohrleitung; einer Einrichtung zum Messen der resultierenden Druckänderungsrate unter Anwendung einer Rückextrapolation von Testdaten zum Bestimmen der anfänglichen Druckabfallsrate; und einer Einrichtung zur Feststellung des Leckgrades an einer gegebenen Stelle innerhalb der Rohrleitung aus der Änderungsratenmessung.
Detektor nach Anspruch 1 mit einer Einrichtung zum Berechnen der augenblicklichen Druckänderungsrate (dp/dt) auf das Anlegen des Prüfdrucks hin.
Detektor nach Anspruch 2 mit einer Differenzdruck-Abtasteinrichtung (34) zum Bestimmen der Druckdifferenz zwischen einem angelegten Druck in einer ersten Kammer (39) innerhalb des Detektors und einer zweiten Kammer (37) in der Nähe der ersten Kammer, wobei die zweite Kammer eine Testkammer zur Leckermittlung bildet, damit daraus die Druckänderungsrate bestimmt werden kann.
Detektor nach Anspruch 3 mit einer Öffnung (35) zwischen der ersten und zweiten Kammer, um einen Druckausgleich vor der Leckmessung vorzusehen.
Detektor nach Anspruch 4, bei dem die Öffnung ein Ventil einschließt zum Kontrollieren, wann die Öffnung offen ist.
Detektor nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Einrichtung zum stufenweisen Fortschreiten des Bewegungsweges entlang der Rohrleitung und einer Einrichtung zur Lecküberprüfung an dieser Stelle.
Detektor nach Anspruch 6, bei dem die Fortschreitungseinrichtung so gestaltet ist, daß die Tests in sich überlappenden Schritten ausgeführt werden.
Detektor nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Einrichtung (30–32) zum Unterscheiden zwischen Verbindungsstellen und dem übrigen Teil der Rohrleitung.
Detektor nach Anspruch 8, bei dem die Unterscheidungseinrichtung eine magnetische Abfastanordnung enthält.
Detektor nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer nabelschnurartigen Einrichtung zur Lieferung eines Prüfdrucks von einer entfernten Quelle her.
Detektor nach Anspruch 10, bei dem die nabelschnurartige Einrichtung ein elektrisches Kabel einschließt.
Detektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zum Bewegen durch das Rohr hindurch ein langgestrecktes Körperteilstück aus flexiblem Material enthält.
Detektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Einrichtung zur Anlage eines Prüfdrucks eine erste Kammer (37) zwischen der Rohrleitungswand und dem Detektor und eine zweite Kammer (39) koaxial zur ersten Kammer aufweist, und bei dem eine Einrichtung zum Zuführen eines Strömungsmittel-Prüfdrucks zu den Kammern aus einer zu jedem in der Rohrleitung fließenden Strömungsmittel separaten Quelle vorgesehen ist.
Detektor nach Anspruch 13 mit einer Einrichtung (35) zum Vorsehen einer Öffnung zwischen der ersten und zweiten Kammer, um einen Druckausgleich erzielen zu können.
Detektor nach Anspruch 13, bei dem die Öffnung dazu ausgelegt ist, als Teil der Testfolge zu schließen.
Detektor nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Einrichtung zum Bestimmen der vom Detektor innerhalb der Rohrleitung zurückgelegten Strecke, um die Lokalisierung der Stelle eines Lecks innerhalb der Länge der Rohrleitung zu unterstützen.
Detektor nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Einrichtung (30–32) zum Ermitteln einer Rohrverbindung innerhalb des Hauptrohres.
Verfahren zur Leckermittlung in einer Rohrleitung mit folgenden Verfahrensschritten: Bewegen einer Vorrichtung (10) durch eine Rohrleitung (11) hindurch zu einer gewünschten Stelle; Anlegen eines Prüfdrucks an die Rohrleitung; Messen der resultierenden Druckänderungsrate unter Anwendung einer Rückextrapolation von Testdaten zum Bestimmen der anfänglichen Druckabfallrate; und Feststellen des Leckgrades an dieser Stelle aus der Druckänderungsrate.
Verfahren nach Anspruch 18, einschließlich des Verfahrensschritts der Berechnung der augenblicklichen Druckänderungsrate (dp/dt) auf das Anlegen des Prüfdrucks hin.
Verfahren nach Anspruch 19, einschließlich des Verfahrensschritts der Bestimmung der Druckdifferenz zwischen einem angelegten Druck in einer ersten Kammer (39) und einer zweiten Kammer (37), die eine Testkammer zur Leckermittlung bildet, damit daraus die Druckänderungsrate bestimmt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 20, einschließlich des Verfahrensschritts des Ausgleichens des Drucks in der ersten und zweiten Kammer vor dem Messungsschritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, einschließlich des Verfahrensschritts der Ermittlung einer Verbindungsstelle innerhalb der Rohrleitung, wenn sich die Vorrichtung durch diese hindurch bewegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, einschließlich des Verfahrensschritts der Unterscheidung zwischen Rohranschlußstellen und Rohrverbindungsstellen.