EP1537398A1 - Verfahren zur leckprüfung von rohren und rohrsystemen - Google Patents

Verfahren zur leckprüfung von rohren und rohrsystemen

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Publication number
EP1537398A1
EP1537398A1 EP03757809A EP03757809A EP1537398A1 EP 1537398 A1 EP1537398 A1 EP 1537398A1 EP 03757809 A EP03757809 A EP 03757809A EP 03757809 A EP03757809 A EP 03757809A EP 1537398 A1 EP1537398 A1 EP 1537398A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
pressure
determined
leak
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03757809A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cegelec Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH
Original Assignee
Cegelec Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cegelec Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH filed Critical Cegelec Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH
Publication of EP1537398A1 publication Critical patent/EP1537398A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
    • G01M3/2892—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for underground fuel dispensing systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
    • G01M3/2807—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes
    • G01M3/2815—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes using pressure measurements

Definitions

  • EP 0 094 533 B1 A method of the aforementioned type is known for example from EP 0 094 533 B1.
  • EP 0 094 533 B1 The DD differential pressure method for checking the tightness of crude oil pipelines laid in the ground", Swiss Archives, April 1996, pp. 131-139
  • the tightness of the pipe system is checked by filling the pipe section to be checked with a liquid and pressurizing it The time and the size of a leak can then be concluded from the pressure drop, the time unit and the known data of the pipe system and liquid.
  • the leak detection according to the aforementioned type is made more difficult by the fact that pressure changes then occur even without a leak occur when pipe contents and pipe environment z.
  • B. Soil are not at the same temperature. Due to the temperature equalization processes taking place between the pipe contents and the pipe environment, the pressure in the pipe system or in the pipe section concerned rises or falls. This is the case, for example, at airports, where the fuel is stored in tanks and is distributed to tapping points via an underground pipe network of a few kilometers of pipe length (hydrant loops).
  • a combination of both methods is known as the PT method and has been used in the past in particular for monitoring pipelines. It describes all physical influences of pressure and temperature both on the medium and on the material of the pipeline. Both, i.e. medium and pipeline material, are made up of the temperature response (temperature coefficient) and elasticity (Compressibility) resulting volume changes in relation. Non-zero deviations indicate an irregularity in the monitored pipeline.
  • Hydrant loops are closed pipe systems that are laid in a loop under the airfield. Hydrants accessible from the airfield are installed at irregular intervals. These can be used to remove fuel for refueling aircraft. Since these are internal lines, they have often not been subjected to leak monitoring in the past. The tightening of environmental legislation means that hydrant loops at airports are also to be monitored for leaks.
  • a dominant problem with hydrant loops is the operating mode. Many customers (hydrants) buy very different quantities at very different times and over very different periods. The system is therefore predominantly in the transient state. As a rule, downtimes cannot be planned both in terms of time and duration. For the leak measurement, there are mainly short periods of time available at irregular intervals.
  • the PT method could not previously be used in hydrant loops. Due to the limited resolution available to date, measurement times of several hours resulted, whereas measurement times of less than 1 hour are required for hydrant loops.
  • the present invention is based on the problem of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that the measuring time is shortened and the measuring accuracy is improved.
  • the problem is essentially solved according to the invention solved that the recorded temperature and / or pressure measured values are subjected to filtering, that on the basis of the filtered temperature and / or pressure measured values Rl, R2, R3, R4 a trend curve R4 is determined, that from the trend curve R4 an accurate one for each point in time Temperature and / or pressure value is read and that the leak rate ⁇ V is determined within a short time from the temperature and / or pressure measured values determined from the trend curve R4.
  • the invention is based on the idea of using the modern, bus-capable pressure and / or temperature measured value transmitter and the consequent use of the associated new possibilities of digital measured value transmission and online parameterization to improve the quality and resolution of the pressure and temperature measured values improve.
  • These are industrial series devices that are available independently from manufacturers and are not expensive and proprietary special developments.
  • a particular advantage of the method is that the leak method used does not depend on the real time of the measured values or their absolute accuracy.
  • a temperature resolution of 0.001 ° C can be achieved by using the communication options of the bus-compatible temperature transmitters equipped with their own microprocessors and the options for local activation of routines for the processing of measured values in combination with their own filter algorithms. It follows that stable trends are available just a few minutes after the start of a measurement, on the basis of which a leak can be calculated.
  • the temperature is a critical parameter. This is particularly so because a change in temperature produces a change in pressure that is a factor of 8, almost a power of ten. For example, changing the product temperature by 0.001 ° C results in a pressure change of 0.008 bar. Based on an m 3 product volume, this corresponds to a volume change of 0.000.001 M3, i.e. one millimeter or slightly less than raindrops. While it is no longer a major problem to detect a pressure change of 0.008 bar with a commercial bus transmitter with a measuring range of 0 to 10 bar, it is technically not possible to detect a temperature change of 0.001 ° C.
  • the temperatures at the beginning and at the end of the hydrant loop are recorded and their influence is dynamically assessed.
  • the temperature profile is made dynamic Withdrawal location and withdrawal quantity as well as the preliminary quantity and return quantity are calculated.
  • Another preferred feature of the method is that an operating pressure of the piping system is integrated over a predeterminable period of time and that the integration result is used as a starting value for the leak measurement. This is an effect of conventional pipelines or
  • Piping systems eliminated after they always react to pressure changes with a delay. Depending on the amount of the change, this delay time can be up to several hours. Dead time can last up to several hours. With pressure changes, the volume change caused by the elasticity of the piping material is delayed by a few hours. Proportional to this process, the pressure slowly drops after a previous increase, or slowly increases again after a decrease. In terms of leak detection, a false alarm could occur after a pressure increase, while no leak would be detected after a pressure drop, although one could be present.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a piping system
  • FIG. 1 shows a closed pipeline system 10 like a hydrant loop, which is laid in the form of a loop in the ground, for example under an airfield.
  • the hydrant loop is used for the direct refueling of aircraft and is for the most part below the concrete surface of the airfield at a constant depth and constant
  • a closed pipeline 14 runs in the course of which a pump 16, an inlet valve 18 and an outlet valve 20 are arranged.
  • pipelines 21 branch off from the pipeline 14, which are embodied as stub lines with shutdown devices 22 and couplings 23 and are referred to as hydrants 24.
  • So-called refueling devices (not shown) can be connected and coupled to the pipeline 14 under pressure via the couplings 23.
  • Unused hydrants 24 are closed with drivable covers.
  • first pressure sensor 26 with a transmitter PT and a first temperature sensor 28 with a transmitter TT
  • second pressure sensor 30 with a transmitter PT and a second temperature sensor 32 with a transmitter TT
  • an earth temperature sensor 34 with transmitter TT is provided for measuring the temperature of the earth.
  • the pipeline 14 designed as a loop usually has a length extension of between 300 m and 4000 m.
  • Distributed along the pipeline 14 are the hydrants 24, from which fuel is removed at irregular time intervals.
  • the number of hydrants 24 can vary between 4 and 30.
  • the tube diameter of the pipeline 14 can be made smaller towards the end and is in the order of magnitude between 150 mm and 300 mm. Usually, too different materials used. In order to prevent the fuel being contaminated by rust particles, stainless steel is used for the hydrant supply line 21, while a return line section 36 of the pipeline 14 can be formed from normal steel.
  • the valves 18, 20 are designed exclusively as DBBV (double block and bleed valves), so that absolute tightness can be assumed.
  • the hydrant loop 14 is supplied by the pump 16, which can be formed from two to six individual units (not shown) as a pump group with an autonomous control and regulation. In exceptional cases, a pump group can supply several hydrant loops.
  • the beginning or the end of the hydrant loop 14 begins or ends in the same filter station (not shown) upstream of the pump station 16.
  • the system is operated at an operating pressure of approx. 10 bar, with a delivery rate based on the pipe loop 14 being approx. 1000 m 3 / h and the amount removed per hydrant 24 being approx. 120 m 3 / h.
  • the method according to the invention is based on the known pressure / temperature method (PT method), which was used in particular for monitoring pipelines.
  • the PT method determines all physical influences of pressure and temperature on both the medium and the pipe material. The volume changes resulting from the temperature response and elasticity of both materials are compared. Deviations not equal to zero indicate an irregularity in the monitored pipeline 14.
  • An absolute change in volume V is composed of a pressure-dependent component ⁇ V P and a temperature-dependent component ⁇ V t .
  • the following applies to the pressure-dependent component V P is
  • V isothermal compressibility D pipe outer diameter s pipe wall thickness
  • ⁇ v (t2-ti) [V P (P ⁇ -P 2 ) + ⁇ V T (T ⁇ -T 2 )] / (t 2 -t ⁇ ) (4)
  • the value V ( t2 -ti) is converted into an hourly value, ie the result is a value ⁇ V in the dimension 1 / h (liter / hour). related to the monitored line section.
  • the pressure and temperature sensors 26, 30, 28, 32, 34 mentioned at the outset are sensitive components of a measuring chain, which ideally react to a measured variable by a proportional change in one or more measurable parameters. In reality, however, other influencing variables such as non-linearity, ambient temperature, etc. consider.
  • the pressure and temperature sensors are coupled to transmitters PT, TT, which represent a component within the measuring chain, which detects and evaluates the change in the sensor parameter (s) and converts them into a standardized variable, such as a numerical value.
  • the PT transmitters. TT are connected to a control unit 38 via a bus 37.
  • the temperature sensor 28, 32, 34 can be designed as a temperature-dependent resistor, the value of which changes proportionally with the temperature. As a rule, no other influencing factors need to be taken into account.
  • temperature sensor and transmitter TT can also be arranged separately from one another.
  • a capacity changes as a function of the pressure, the capacity also being dependent on the ambient temperature at the same time. This means that at least two parameters must be determined to determine the pressure measurement. This makes it difficult to separate the sensor from the transmitter.
  • sensor 26, 30 and transmitter PT are therefore combined in one device.
  • the transmitters TT, PT can be parameterized via the bus 37, so that the quality and resolution of the pressure and temperature measurements can be increased.
  • the filter algorithms are designed in several stages. This means that the measured values are processed one after the other in several filter stages.
  • the multi-level filter algorithms make it easy to configure, better use the computing accuracy of the computer, a simple change of the runtime environment from the computer to the transmitter TT, PT or vice versa, and a simple structure of the entire system.
  • the filter algorithms can run both on the transmitters PT, TT and in the control unit 38 like computers.
  • the first filter stage can run on the transmitter and the further filter stages, for example, on the computer.
  • the effect of the different filter stages is shown in FIG. 2, the temperature T being shown over time in the form of measurement series R1, R2, R3, R4 of different filter stages.
  • the filter algorithms currently used resolutions of more than 0.001 ° C are achieved.
  • Temperature is one of the critical parameters in the leak test method used.
  • the method according to the invention is therefore characterized in that with the help of special Filter algorithms can be used to filter out exact trends (measurement series 4, R 4) from a large number of individual values. An extremely precise temperature value can then be read from these at any time. A representative leak rate can be determined even for very small periods of the order of a few minutes.
  • the pressure and temperature-dependent components of ⁇ V P and ⁇ V T are calculated from the material and medium constants. Temperature and pressure measured values are read in via bus 37 with a cycle time of 100 ms.
  • the functionality of the transmitter PT, TT thus determines the quality of the transmitted measured values.
  • Intelligent transmitters already have configurable filter algorithms so that the downstream filter functions can be reduced in such a case.
  • the measured values recorded in a 100 ms cycle via the bus are then processed with the aid of the filter algorithms until, after the last stage, stable trends for the pressure and in particular for the temperature emerge.
  • the method described here can work with intelligent as well as with less intelligent transmitters PT, TT.
  • the temperature gradient is also determined from the product temperature and the earth temperature using a simple mathematical model.
  • the required thermal time constant of the pipeline 14 can be determined mathematically from the data collected by this system.
  • the mathematically determined temperature gradient dominates the leak calculation.
  • the influence is withdrawn as time progresses.
  • the time period after which the influence of the earth temperature is reduced to zero can be configured. In particular, the period can be optimized depending on the project.
  • the temperatures at the beginning and at the end of the hydrant loop 14 are recorded by means of the temperature sensors 28 and 32 and their influence is assessed dynamically, since a complex temperature profile is established in the hydrant loop 14 when products are removed from different hydrants 24.
  • the basis for creating the temperature profile are the measured quantities at the beginning and at the end of the hydrant loop 14 and the hydrant data provided, such as, for example, geometric and geodetic data of the pipeline.
  • the quantity that is currently purchased is the difference between the flow quantity and the quantity returned.
  • the product quantities are measured with the quantity meters Q.
  • a real-time pressure wave analysis within the hydrant loop 14 is carried out to determine which amount is taken off at which hydrant 24 at what time.
  • the physical relationship between the change in quantity and pressure change in flowing media on the one hand and the spread of this pressure wave within the medium on the other hand is used.
  • the position at which the change in quantity was triggered can be determined from the difference in time with which the two pressure waves occur at the pressure measuring points with a known position in the hydrant system.
  • the change in quantity is determined using two methods. On the one hand, the amount and the factor of the quantity can be determined from the characteristic of the pressure wave and can be triggered.
  • the computer system is also able to determine the quantity change that has taken place at that time.
  • a current image (model) of the state of the hydrant loop 14 can be fed to the computer 38, i. that is, the computer knows at all times what quantity of which hydrant 24 is being drawn off.
  • a quantity profile can first be created from this data become.
  • the residence time is derived from this.
  • the temperature compensation for each pipe section is determined with the dwell time, product temperature and earth temperature and displayed as a temperature profile.
  • the temperature evaluation factors for the PT method are derived from the temperature profile.
  • the pressure wave analysis described is also suitable for leak detection during refueling operations. Due to the exact assignment of the pressure wave events caused by hydrants, all pressure wave events that were not caused by hydrants can initially be interpreted as leak events. In addition, the quantity analysis can be used for confirmation.
  • This type of leak detection can also be extended to the vicinity of the hydrant, in which the typical pressure wave caused by the refueling valve is stored for each hydrant. If an unknown pressure wave occurs in the hydrant area, a leak can be assumed.
  • the acquired quantity data are processed in the control unit 38.
  • a batch profile is created from the recorded data, which forms the basis for the temperature profile.
  • the temperature development over time can be determined and thus the influence of the temperature on the pressure can be calculated.
  • the leak monitoring system contains a data model. It comprises a static part with unchangeable data, pipe descriptions and product descriptions as well as a dynamic part with measured values, intermediate results and dynamic parameters for the adaptation of the pipe model.
  • the leak method does not require a rigid minimum time for a measuring cycle. Leak rates can be calculated and output just a few minutes after the start. The quality of the results increases with the measurement time and reaches its maximum value after about an hour.
  • the basic cycle begins with the start of leak detection and ends with the end of it.
  • the gradient of the determined leak rate is used for the plausibility check.
  • two dynamic cycles are calculated, the cycle times of which can be freely defined. Absolute values and gradients of the leak rates determined in this way form the basis for the leak alarm generation.
  • the leak monitoring system is started and stopped automatically. During the activity of the leak monitoring system, this automatically monitors the pipeline 14 which is ready for monitoring. If an alarm is detected, all signaling methods such as lamp, horn and signaling contact are available for local and voicemail. SMS and email are available for remote alarming. All transmission media from analogue telephone connections via ISDN, GSM, GPRS and HSCD are also supported. A leak limit value can be set in 1 / h for each pipe section to be monitored be deposited. All three leak rates determined in different cycles are used for the alarm. If it is exceeded, an alarm message is issued. There is also a gradient-dependent alarm. This means that if the leak rate increases, a quick alarm is given, and if the leak rate falls, there is a delayed alarm. Gradient formation over several cycles with a different time base can also be provided.
  • the leak functions are tested at configurable intervals with defined data records. The results are logged and archived. If there is a malfunction, an alarm is issued.
  • the large storage volume of the system enables a generous archiving of the data collected in the different operating phases.
  • the data obtained in this way can be analyzed offline. Simulations can also be carried out with different parameter sets. So z. B. Parameterization errors found, procedures optimized and modified or new procedures tested.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Leckprüfung von Rohren und Rohrsystemen, insbesondere geschlossenen Rohrsystemen, die in Form einer Schleife im Erdreich unter einem Flugfeld verlegt sind wie Hydrantenschleifen, wobei in aufeinanderfolgenden Messintervallen DeltaT eine Druckänderung Delta = P2 - P1 und eine Temperaturänderung DeltaT = T2 - T1 bestimmt wird, und mittels Verknüpfung mit einer spezifischen temperaturabhängigen Volumenänderung DeltaVT und einer spezifischen druckabhängigen Volumenänderung DeltaVp, eine auf das Messintervall Deltat bezogene absolute Volumenänderung zur Bestimmung einer Leckrate DeltaV(Deltat=t2-tl) berechnet wird. Um die Messzeit zu verkürzen und die Messgenauigkeit zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die erfassten Temperatur- und/oder Druckmesswerte einer Filterung unterzogen werden, dass ausgehend von den gefilterten Temperatur- und/oder Druckmesswerten R 1, R2, R3, R4 eine Trendkurve R4 bestimmt wird, dass aus der Trendkurve R4 für jeden Zeitpunkt ein genauer Temperatur- und/oder Druckwert abgelesen wird und dass aus den aus der Trendkurve R4 ermittelten Temperatur- und/oder Druckmesswerten innerhalb kurzer Zeit die Leckrate DeltaV ermittelt wird.

Description

Verfahren zur Leckprüfung von Rohren und Rohrsystemen
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Leckprüfung von Rohren und Rohrsystemen, insbesondere von abgeschlossenen Rohrsystemen, die in Form einer Schleife im Erdreich unter einem Flugfeld verlegt sind wie Hydrantenschleifen, wobei in aufeinander-folgenden Messintervallen ^ eine Druckänderung ^P = P2 - Pi, und eine Temperaturänderung ^T = T2 - 1χ bestimmt wird, und mittels Verknüpfung mit einer spezifischen temperaturabhängigen Volumenanderung ^Vτ und einer spezifischen druckabhängigen Volumenanderung /^Vp, eine auf das Messintervall /^t bezogene absolute Volumenanderung zur Bestimmung einer Leckrate A / (Δt=t2-ti) berechnet wird.
Ein Verfahren der zuvor genannten Art ist beispielsweise aus der EP 0 094 533 Bl bekannt. Ausgehend von einem in der Beschreibungseinleitung der EP 0 094 533 Bl zitierten Stand der Technik („Das DD-Differenz-Druck-Verfahren zur Dichtigkeitskontrolle von im Boden verlegten Rohöl- Fernleitungen", Schweizer Archiv, April 1996, S. 131-139) ist bekannt, dass zur Dichtigkeitsprüfung von Pipelines die Dichtigkeit des Rohrsystems in der Weise geprüft wird, dass der zu überprüfende Rohrabschnitt mit einer Flüssigkeit gefüllt und unter Druck gesetzt wird. Tritt in Folge eines Lecks Flüssigkeit aus, dann sinkt der im Rohr herrschende Überdruck im Laufe der 'Zeit ab. Aus dem Druckabfall, der Zeiteinheit und den bekannten Daten von Rohrsystem und Flüssigkeit kann dann auf das Vorhandensein und die Größe eines Lecks geschlossen werden.
Die Leckerkennung nach der zuvor genannten Art wird dadurch erschwert, dass Druckänderungen auch ohne ein Leck dann auftreten, wenn Rohrinhalt und Rohrumgebung z. B. Erdreich, sich nicht auf gleicher Temperatur befinden. Durch die zwischen Rohrinhalt und Rohrumgebung stattfindenden Temperaturausgleichsvorgänge steigt oder fällt der Druck im Leitungssystem bzw. im betreffenden Rohrabschnitt. Dies ist z.B. auf Flughäfen der Fall, wo der Treibstoff in Tanks gelagert wird und über ein unterirdisches Rohrnetz von einigen Kilometern Rohrlänge auf Zapfstellen verteilt wird (Hydrantenschleifen) .
Der oben zitierten Literaturstelle ist des Weiteren zu entnehmen, dass eine Temperaturänderung von nur 0.1° K in Rohölleitungen eine Druckänderung von 1 bar unabhängig vom Rauminhalt des Rohrnetzes bewirkt. Andererseits tritt derselbe Druckabfall z. B. in einem 100 m3 enthaltenden Rohrabschnitt dann auf, wenn ca. 10 1 ausgelaufen sind. Zur Feststellung von Leckstellen, die kleiner oder gleich 10 1/h sind, muss man entweder sicherstellen, dass sich die Temperatur im Rohrabschnitt um sehr viel weniger al's 0.1° K/h ändert oder man muss die mittlere Temperatur in dem Rohrabschnitt sehr genau ermitteln und die durch sie verursachte Druckschwankung rechnerisch korrigieren. In der EP 0 94 20 533 wurde noch die Auffassung vertreten, dass man im ersten Fall einen Temperaturausgleich durch Abwarten - typisch 3d - erzwingen muss. da dann die Temperatur aufgrund der thermostatischen Eigenschaften des Erdbodens hinreichend konstant bleibt und im zweiten Fall eine hinreichende Dichte von Messstellen entlang der Rohrleitungen erforderlich ist. Auch wurde eine Kombination beider Methoden angesprochen.
Eine Kombination beider Verfahren ist als PT-Verfahren bekannt und wurde in der Vergangenheit insbesondere zur Überwachung von Pipelines eingesetzt. Es beschreibt alle physikalischen Einflüsse von Druck und Temperatur sowohl auf das Medium als auch auf das Material der Rohrleitung. Von beiden, also Medium- und Pipeline-Material, werden die sich aus Temperaturgang (Temperaturkoeffizient) und Elastizität (Kompressibilität) ergebenden Volumenänderungen in Relation gesetzt. Abweichungen ungleich Null deuten auf eine Unregelmäßigkeit in der überwachten Rohrleitung hin.
Betreffend Hydrantenschleifen sind Besonderheiten zu beachten. Hydrantenschleifen sind abgeschlossene Rohrsysteme, die in Form einer Schleife unter dem Flugfeld verlegt sind. In unregelmäßigen Abständen sind vom Flugfeld aus zugängliche Hydranten installiert. Über diese kann Treibstoff zum Betanken von Flugzeugen entnommen werden. Da es sich hier um betriebsinterne Leitungen handelt, wurden sie in der Vergangenheit oft keiner Lecküberwachung unterzogen. Durch Verschärfung der Umweltgesetzgebung sind auch die Hydrantenschleifen an Flughäfen vermehrt auf Lecks zu überwachen. Ein dominierendes Problem bei Hydrantenschleifen ist die Betriebsart. Viele Abnehmer (Hydranten) nehmen sehr unterschiedliche Mengen zu sehr unterschiedlichen Zeitpunkten und über sehr unterschiedliche Zeiträume ab. Das System befindet sich also vorwiegend im transienten Zustand. Stillstandszeiten sind sowohl vom Zeitpunkt als auch von der Dauer in der Regel nicht planbar. Zur Leckmessung stehen also vorwiegend kurze Zeiträume in unregelmäßigen Zeitabständen zur Verfügung.
Aus den oben genannten Gründen konnte das PT-Verfahren in Hydrantenschleifen bisher nicht eingesetzt werden. Bedingt durch die bisher verfügbare begrenzte Auflösung ergaben sich Messzeiten von mehreren Stunden, wohingegen bei Hydrantenschleifen Messzeiten von weniger als 1 h erforderlich sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Messzeit verkürzt und die Messgenauigkeit verbessert wird.
Das Problem wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die erfassten Temperatur- und/oder Druckmesswerte einer Filterung unterzogen werden, dass ausgehend von den gefilterten Temperatur- und/oder Druckmesswerten Rl, R2, R3, R4 eine Trendkurve R4 bestimmt wird, dass aus der Trendkurve R4 für jeden Zeitpunkt ein genauer Temperatur- und/oder Druckwert abgelesen wird und dass aus den aus der Trendkurve R4 ermittelten Temperatur- und/oder Druckmesswerten innerhalb kurzer Zeit die Leckrate ^V ermittelt wird.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, durch den Einsatz moderner, busfähiger Druck- und/oder Temperaturmesswert- Trans itter und die konsequente Nutzung der damit verbundenen neuen Möglichkeiten einer digitalen Messwertübertragung sowie Online-Parametrierung die Qualität und die Auflösung der Druck- und Temperaturmesswerte zu verbessern. Dabei handelt es sich um industrielle Seriengeräte, die Hersteller unabhängig verfügbar sind und nicht um teure und properitäre Spezialent icklungen.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass es bei dem eingesetzten Leckverfahren weder auf die Echtzeit der Messwerte noch auf deren absolute Genauigkeit ankommt. Durch Ausnutzung der Kommunikationsmöglichkeiten der mit eigenen Mikroprozessoren ausgestatteten busfähigen Te peratur-Transmitter mit den Möglichkeiten zur lokalen Aktivierung von Routinen zur Messwertaufbereitung in Kombination mit eigenen Filteralgorithmen, kann eine Temperaturauflösung von 0,001 °C erreicht werden. Daraus folgt, dass bereits wenige Minuten nach Beginn einer Messung stabile Trends zur Verfügung stehen, auf deren Basis eine Leckberechnung erfolgen kann.
Bedingt durch die relativ langsam verlaufenden Temperaturausgleichsvorgänge zwischen Medium- und Erd- Temperatur rückt der individuelle, in Echtzeit erfasste Absolutwert bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in den Hintergrund. Erfindungsgemäß werden daher mit Hilfe spezieller Filteralgorithmen aus einer Vielzahl von Einzelwerten genaue Trends herausgefiltert. Aus diesen kann dann für jeden Zeitpunkt ein extrem genauer Temperaturwert abgelesen werden. Folglich kann dann auch für sehr kleine Zeiträume in der Größenordnung weniger Minuten eine repräsentative Leckrate ermittelt werden.
Bei1 dem erfindungsgemäßen Leckprüfverfahren ist die Temperatur ein kritischer Parameter. Dies insbesondere deshalb, da eine Temperaturänderung eine um einen Faktor 8, also fast eine Zehnerpotenz höhere Druckänderung produziert. Beispielsweise hat eine Änderung der Produkttemperatur um 0,001 °C eine Druckänderung von 0,008 bar zur Folge. Bezogen auf ein m3-Produktvolumen entspricht dies einer Volumenanderung von 0,000.001 M3, also einem Millimeter oder etwas weniger als Regentropfen. Während es heutzutage kein großes Problem mehr darstellt, mit einem handelsüblichen Bus- Transmitter bei einem Messbereich von 0 bis 10 bar eine Druckänderung von 0,008 bar zu detektieren, so ist es technisch nicht möglich, eine Temperaturänderung von 0,001 °C zu erkennen.
Um die bei dem Hydrantensystem erforderlichen kurzen Messzeiten zu erreichen, sind stabile Temperaturgradienten von entscheidender Bedeutung, so dass nach einem besonders bevorzugten Verfahren der Temperaturgradient auf mathematische Weise ermittelt wird. Implementiert wird ein mathematisches Modell zur rechnerischen Ermittlung des Temperaturgradienten. Die erforderlichen thermischen Parameter werden projektspezifisch mathematisch ermittelt.
Da sich während des Betriebs einer Hydrantenschleife, d. h. Produktentnahme an unterschiedlichen Stellen, ein komplexes Temperaturprofil einstellt, werden die Temperaturen am Anfang und am Ende der Hydrantenschleife erfasst und ihr Einfluss dynamisch bewertet. Das Temperaturprofil wird dynamisch aus Entnahmeort und Entnahmemenge sowie Vorlaufmenge und Rücklaufmenge errechnet.
Ein weiteres bevorzugtes Verfahrensmerkmal ist, dass ein Betriebsdruck des Rohrleitungssystems über einen vorgebbaren Zeitraum integriert wird und dass das Integrationsergebnis als Startwert für die Leckmessung genutzt wird. Damit wird ein Effekt herkömmlicher Rohrleitungen bzw.
Rohrleitungssysteme eliminiert, nachdem diese immer mit einer Verzögerung auf Druckänderungen reagieren. Abhängig vom Betrag der Änderung kann diese Verzögerungszeit bis zu mehrere Stunden betragen. Totzeit bis zu mehreren Stunden andauern. Dabei stellt sich bei Druckänderungen die durch die Elastizität des Rohrleitungsmaterials bedingte Volumenanderung erst einige Stunden verzögert ein. Proportional zu diesem Vorgang fällt der Druck nach einem vorausgegangenen Anstieg langsam ab, oder steigt nach einem Abfall wieder langsam an. Bezogen auf die Leckerkennung könnte nach einem Druckanstieg ein Fehlalarm erfolgen, während nach einem Druckabfall kein Leck erkannt würde, obwohl eines vorhanden sein könnte.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Rohrleitungssystems und
Fig. 2 ein Messdiagramm mit Temperaturmesskurven verschiedener Filterstufen.
Die Figur 1 zeigt ein abgeschlossenes Rohrleitungssystem 10 wie Hydrantenschleife, das in Form einer Schleife im Erdreich beispielsweise unter einem Flugfeld verlegt ist. Die Hydrantenschleife dient der direkten Betankung von Flugzeugen und ist zum überwiegenden Teil unterhalb der Betondecke des Flugfeldes in konstanter Tiefe und konstanten
Bodenverhältnissen verlegt. Der zu überwachende Teil befindet sich in der Regel komplett im Erdreich. Ausgehend von einem Treibstofftank 12 verläuft eine geschlossene Rohrleitung 14 in deren Verlauf eine Pumpe 16, ein Einlassventil 18 sowie ein Auslassventil 20 angeordnet sind. Von der Rohrleitung 14 zweigen in unregelmäßigen Abständen Rohrleitungen 21 ab, die als Stichleitungen mit AbStelleinrichtungen 22 und Kupplungen 23 ausgeführt sind und als Hydranten 24 bezeichnet werden. Über die Kupplungen 23 können an die unter Druck stehende Rohrleitung 14 sogenannte Betankungseinrichtungen (nicht dargestellt) angeschlossen und angekoppelt werden. Nicht benutzte Hydranten 24 sind mit befahrbaren Abdeckungen verschlossen.
Am Anfang der Rohrleitung 14 ist ein erster Drucksensor 26 mit einem Transmitter PT sowie ein erster Temperatursensor 28 mit einem Transmitter TT und am Ende der Rohrleitung 14 ist ein zweiter Drucksensor- 30 mit Transmitter PT sowie ein zweiter Temperatursensor 32 mit Transmitter TT angeordnet. Ferner ist ein Erd-Temperatursensor 34 mit Transmitter TT zur Messung der Temperatur des Erdreichs vorgesehen.
Die als Schleife ausgebildete Rohrleitung 14 hat üblicherweise eine Längenausdehnung zwischen 300 m und 4000 m. Verteilt entlang der Rohrleitung 14 befinden sich die Hydranten 24, aus denen in unregelmäßigen Zeitabständen Treibstoff entnommen wird. Die Anzahl der Hydranten 24 kann zwischen 4 und 30 schwanken.
Der Rohrdurchmesser der Rohrleitung 14 kann zum Ende hin verkleinert ausgebildet sein und liegt in einer Größenordnung zwischen 150 mm und 300 mm. Üblicherweise werden auch unterschiedliche Materialien verwendet. Um einer Verschmutzung des Treibstoffes durch Rostpartikel vorzubeugen, wird für die Hydranten-Zuleitung 21 Edelstahl verwendet, während ein Rückleitungsabschnitt 36 der Rohrleitung 14 aus normalem Stahl ausgebildet sein kann. Die Ventile 18, 20 werden ausschließlich als DBBV (double block and bleed valves) ausgeführt, so dass von absoluter Dichtheit ausgegangen werden kann. Die Hydrantenschleife 14 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel aus der Pumpe 16 versorgt, die aus zwei bis sechs Einzelaggregaten (nicht dargestellt) als Pumpengruppe mit 10 autarker Steuerung und Regelung ausgebildet sein kann. Eine Pumpengruppe kann in Ausnahmefällen auch mehrere Hydrantenschleifen versorgen.
Der Anfang bzw. das Ende der Hydrantenschleife 14 beginnt bzw. endet in der gleichen, der Pumpstation 16 vorgelagerten Filterstation (nicht dargestellt) . Die Anlage wird bei einem Betriebsdruck von ca. 10 bar betrieben, wobei eine Förderleistung bezogen auf die Rohrschleife 14 bei ca. 1000 m3/h und die Entnahmemenge je Hydrant 24 bei ca. 120 m3/h liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert, wie eingangs erläutert, auf dem an sich bekannten Druck-/Temperatur- Verfahren (PT-Verfahren) , das insbesondere zur Überwachung von Pipelines eingesetzt wurde. Das PT-Verfahren bestimmt alle physikalischen Einflüsse von Druck und Temperatur sowohl auf das Medium- als auch auf das Rohrleitungsmaterial. Von beiden Materialien werden die sich aus Temperaturgang und Elastizität ergebenden Volumenänderungen in Relation gesetzt. Abweichung ungleich Null deuten auf eine Unregelmäßigkeit in der überwachten Rohrleitung 14 hin.
Mit den Ausgangswerten Druck, Temperatur und Zeitpunkt einer ersten und jeder weiteren zyklischen Erfassung wird eine
Leckrate /\N(Δ t = t2-ti) berechnet. Eine absolute Volumenanderung V setzt sich aus einer druckabhangigen Komponente ΔVP und einer temperaturabhängigen Komponente ΔVt zusammen. Für die druckabhängige Komponente VP gilt:
ΔVP = (χ+ D/(s*E) )*V. (1)
ΔVP spezifische Volumenanderung (P)
V Volumen
V isotherme Kompressibilität D Rohraußendurchmesser s Rohrwanddicke
V geometrisches Rohrvolumen
E Elastizitätsmodul für Stahl.
Für die temperaturabhängige Komponente ΔVT gilt:
ΔV = (α-ß) *V (2)
ΔVT spezifische Volumenanderung (T) α kubischer Ausdehnungskoeffiziente für Stahl ß kubischer Ausdehnungskoeffizient des Mediums.
Die absolute Volumenanderung V ergibt sich damit aus:
ΔV = ΔVP(PI - P2) + Vτ(Ti - T2) (3)
mit
P1-P2 = P Druckänderung,
Ti - T2 = ΔT Temperaturänderung.
Dividiert durch die Messperiode ergibt sich die Leckrate als zu überwachende Größe: Δv (t2-ti) =[ VP ( Pι-P2 ) + ΔVT ( Tι-T2) ]/ ( t2-tι ) ( 4 )
Der Wert V(t2-ti) wird in einen Stundenwert umgerechnet, d.h. das Ergebnis ist ein Wert ΔV in der Dimension 1/h (Liter/Stunde) . bezogen auf den überwachten Leitungsabschnitt .
Die eingangs erwähnten Druck- und Temperatursensoren 26, 30, 28, 32, 34 sind sensitive Komponenten einer Messkette, die im Idealfall auf eine Messgröße durch eine proportionale Veränderung eines oder mehrerer messbarer Parameter reagieren. In der Realität sind jedoch weitere Einflussgrößen wie Nichtlinearität, Umgebungstemperatur u.a. zu betrachten. Im vorliegenden Fall sind die Druck- und Temperatursensoren mit Transmittern PT, TT gekoppelt, die eine Komponente innerhalb der Messkette darstellen, die die Veränderung des bzw. der Sensorparameter erfasst und auswertet und in eine standardisierte Größe wie beispielsweise einen Zahlenwert umsetzt. Die Transmitter PT. TT sind über einen Bus 37 mit einer Steuereinheit 38 verbunden.
Der Temperatursensor 28, 32, 34 kann als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet sein, dessen Wert sich proportional mit der Temperatur verändert. Andere Einflussgrößen sind in der Regel nicht zu beachten. In diesem Fall können Temperatursensor und Transmitter TT auch getrennt von einander angeordnet sein. Bei den Drucksensoren 26, 30 verändert sich eine Kapazität in Abhängigkeit des Druckes, wobei gleichzeitig die Kapazität auch von der Umgebungstemperatur abhängig ist. Dies bedeutet, dass zur Ermittlung des Druckmesswertes mindestens zwei Parameter ermittelt werden müssen. Dadurch wird eine Trennung zwischen Sensor und Transmitter erschwert. Im vorliegenden Fall sind deshalb Sensor 26, 30 und Transmitter PT in einem Gerät zusammengefasst . Die Transmitter TT, PT sind über den Bus 37 parametrierbar, so dass die Qualität und Auflösung der Druck- und Temperaturmesswerte erhöht werden kann.
Die oben genannten Gleichungen (1) bis (4) zeigen, dass bei dem eingesetzten Leckverfahren weder die Echtzeit der Messwerte noch deren absolute Genauigkeit entscheidend ist. Erfindungsgemäß konnte daher eine Auflösung von 0,001 °C für die Temperatursensoren 28, 32, 34 durch Online-Parametrierung der Transmitter PT, TT und Verwendung von Filteralgorithmen erreicht werden.
Die Filteralgorithmen sind mehrstufig gestaltet. Dies bedeutet, dass die Messwerte zeitlich nacheinander in mehreren Filterstufen bearbeitet werden. Durch die Mehrstufigkeit der Filteralgorithmen wird eine einfache Konfigurierbarkeit, eine bessere Ausnutzung der Rechengenauigkeit des Computers, ein einfacher Wechsel der Laufzeitumgebung von dem Computer auf den Transmitter TT, PT oder umgekehrt sowie ein einfacher Aufbau des gesamten Systems erreicht.
Es ist vorgesehen, dass die Filteralgorithmen sowohl auf den Transmittern PT, TT als auch in der Steuereinheit 38 wie Computer laufen können. Insbesondere kann die erste Filterstufe auf dem Transmitter und die weiteren Filterstufen beispielsweise auf dem Computer ablaufen.
Die Wirkung der verschiedenen Filterstufen ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die Temperatur T in Form von Messreihen Rl, R2, R3, R4 verschiedener Filterstufen über der Zeit dargestellt ist. Mit den aktuell benutzten Filteralgorithmen werden Auflösungen von mehr als 0.001°C erreicht. Bei dem verwendeten Leckprüfverfahren ist die Temperatur einer der kritischen Parameter. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich daher dadurch aus, dass mit Hilfe spezieller Filteralgorithmen aus einer Vielzahl von Einzelwerten genaue Trends (Messreihe 4, R 4) herausgefiltert werden. Aus diesen kann dann für jeden Zeitpunkt ein extrem genauer Temperaturwert abgelesen werden. Auch für sehr kleine Zeiträume in der Größenordnung weniger Minuten kann schon eine repräsentative Leckrate ermittelt werden.
Zu Beginn einer Leckmessung werden aus den Material- und Mediumkonstanten die druck- und temperaturabhängigen Komponenten der ΔVP und ΔVT berechnet. Temperatur- und Druckmesswerte werden mit einer Zykluszeit von 100 ms über den Bus 37 eingelesen. Damit bestimmt die Funktionalität des Transmitters PT, TT die Qualität der übertragenen Messwerte. Intelligente Transmitter besitzen bereits konfigurierbare Filteralgorithmen, so dass in einem solchen Fall die nachgeschalteten Filterfunktionen reduziert werden können. Die in 100 ms - Zyklus über den Bus erfassten Messwerte werden nun mit Hilfe der Filteralgorithmen weiterverarbeitet, bis sich am Ende, nach der letzten Stufe, stabile Trends für den Druck und insbesondere für die Temperatur ergeben. Das hier beschriebene Verfahren kann sowohl mit intelligenten als auch mit weniger intelligenten Transmittern PT, TT arbeiten.
Parallel dazu wird der Temperaturgradient auch über ein einfaches mathematisches Modell aus der Produkt-Temperatur und der Erd-Temperatur ermittelt. Die dazu notwendige thermische Zeitkonstante der Rohrleitung 14 kann aus den von diesem System gesammelten Daten mathematisch ermittelt werden.
Zu Beginn der Leckmessung geht der mathematisch ermittelte Temperaturgradient dominierend in die Leckberechnung ein. Der Einfluss wird mit fortschreitender Zeit zurückgenommen. Dabei kann der Zeitraum, nachdem der Einfluss der Erd-Temperatur auf Null zurückgeführt wird, projektiert werden. Insbesondere kann der Zeitraum projektabhängig optimiert werden. Die Temperaturen am Anfang und am Ende der Hydrantenschleife 14 werden mittels der Temperatursensoren 28 und 32 erfasst und ihr Einfluss dynamisch bewertet, da sich bei der Hydrantenschleife 14 bei Produktentnahme an unterschiedlichen Hydranten 24 ein komplexes Temperaturprofil einstellt. Basis zur Erstellung des Temperaturprofils sind die gemessenen Mengen am Anfang und am Ende der Hydrantenschleife 14 sowie die zur Verfügung gestellten Hydrantendaten wie beispielsweise geometrische und geodätische Daten der Rohrleitung. Die im Augenblick abgenommene Menge ist die Differenz zwischen Vorlaufmenge und Rücklaufmenge. Die Produktmengen werden mit den Mengenmessern Q gemessen.
Um zu ermitteln, welche Menge zu welcher Zeit an welchem Hydranten 24 abgenommen wird, erfolgt eine Echtzeit- Druckwellenanalyse innerhalb der Hydrantenschleife 14. Dabei wird der physikalische Zusammenhang zwischen Mengenänderung und Druckänderung in strömenden Medien einerseits und die Ausbreitung dieser Druckwelle innerhalb des Mediums andererseits ausgenutzt. Aus der Differenzzeit, mit der die beiden Druckwellen an den Druckmessstellen mit bekannter Position im Hydrantensystem eintreten, kann die Position bestimmt werden, an der die Mengenänderung ausgelöst wurde. Die Bestimmung der Mengenänderung erfolgt über zwei Methoden. Zum einen kann an der Ausprägung der Druckwelle der Betrag und der Faktor der Menge bestimmt werden und zur Auslösung geführt werden. Zum anderen ist das Rechnersystem auch in der Lage, die zu diesem Zeitpunkt stattgefundene Mengenänderung zu ermitteln.
Sind alle diese Ergebnisse lückenlos erfasst, so kann dem Computer 38 ein aktuelles Abbild (Modell) des Zustandes der Hydrantenschleife 14 zugeführt werden, d. h., dem Rechner ist zu jeder Zeit bekannt, welche Menge an welchem Hydranten 24 abgenommen wird.
Aus diesen Daten kann zunächst ein Mengenprofil erstellt werden. Bezogen auf die Rohrgeometrie leitet sich daraus die Verweildauer ab. Mit Verweildauer, Produkttemperatur und Erdtemperatur wird der Temperaturausgleich für jeden Rohrabschnitt bestimmt und als Temperaturprofil abgebildet. Aus dem Temperaturprofil werden die Temperatur- Bewertungsfaktoren für das PT-Verfahren abgeleitet.
Die beschriebene Druckwellenanalyse eignet sich auch zur Leckerkennung während des Betankungsbetriebs . Durch die exakte Zuordnung der von Hydranten verursachten Druckwellen- Ereignisse können zunächst alle Druckwellen-Ereignisse, die nicht von Hydranten verursacht wurden, als Leck-Ereignisse gedeutet werden. Zusätzlich kann zur Bestätigung die Mengenanalyse herangezogen werden.
Diese Art der Leckerkennung kann auch auf den Nahbereich des Hydranten ausgedehnt werden, in dem für jeden Hydranten die vom Betankungsventil verursachte typische Druckwelle hinterlegt wird. Tritt eine unbekannte Druckwelle im Hydrantenbereich auf, kann von einem Leck ausgegangen werden.
Die erfassten Mengendaten werden in der Steuereinheit 38 verarbeitet. Aus den erfassten Daten wird ein Batchprofil erstellt, welches die Basis für das Temperaturprofil bildet.
Anhand des Temperaturmodells kann die Temperaturentwicklung über die Zeit bestimmt und somit der Einfluss der Temperatur auf den Druck berechnet werden.
Zur Eliminierung eines Kriecheffektes, d. h. der Reaktion der Rohrleitung 14 auf eine Druckänderung mit einer Totzeit, die abhängig vom Betrag der Änderung mehrere Stunden dauern kann, ist vorgesehen, dass der Betriebsdruck über einen vorgebbaren Zeitraum integriert und das Integrationsergebnis als Startwert für die Leckmessung genutzt wird. Eine mathematische Kompensation kann deshalb entfallen. Das Lecküberwachungssystem enthält ein Datenmodell. Es umfasst einen statischen Teil mit nicht veränderlichen Daten, Rohrleitungsbeschreibungen und Produktbeschreibungen sowie einen dynamischen Teil mit Messwerten, Zwischenergebnissen und dynamischen Parametern zur Adaption des Rohrleitungsmodells .
Durch die enge Verknüpfung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Steuereinheit 38 können Förderpausen automatisch erkannt und die Lecküberwachung automatisch gestartet und gestoppt werden. Ferner ist vorgesehen, dass das Leckverfahren keine starre Mindestzeit für einen Messzyklus benötigt. Bereits einige Minuten nach dem Start können Leckraten berechnet und ausgegeben werden. Die Qualität der Ergebnisse nimmt mit der Messzeit zu und erreicht nach ca. einer Stunde ihren Maximalwert.
Es ist vorgesehen, dass insgesamt drei Leckraten in unterschiedlichen Messzyklen ermittelt werden. Der Grundzyklus beginnt mit dem Start der Leckerkennung und endet mit dessen Ende. Der Gradient der ermittelten Leckrate wird bei der Alannierung zum Plausibilitätscheck benutzt. Daneben werden zwei dynamische Zyklen berechnet, deren Zykluszeiten frei definiert werden können. Absolutwerte und Gradienten der so ermittelten Leckraten bilden die Grundlage für die Leckalarmgenerierung .
Das Lecküberwachungssystem wird automatisch gestartet und gestoppt. Während der Aktivität des Lecküberwachungssystems überwacht dieses automatisch die überwachungsbereite Rohrleitung 14. Wird ein Alarm detektiert, so stehen alle Signalisierungsmethoden wie Lampe, Hupe und Meldekontakt für die Lokal- sowie Voicemail. SMS und e ail für die Remote- Alarmierung zur Verfügung. Auch werden alle Übertragungsmedien vom analogen Telefonanschluss über ISDN, GSM, GPRS und HSCD unterstützt. Für jeden zu überwachenden Rohrleitungsabschnitt kann ein Leck-Grenzwert in 1/h hinterlegt werden. Zur Alarmierung werden alle drei in unterschiedlichen Zyklen ermittelten Leckraten herangezogen. Bei dessen Überschreitung wird eine Alarmmeldung ausgegeben. Ferner existiert eine gradientenabhängige Alarmierung. d. h. dass bei zunehmender Leckrate eine schnelle Alarmierung, bei fallender Leckrate eine verzögerte Alarmierung erfolgt. Auch kann eine Gradientenbildung über mehrere Zyklen mit unterschiedlicher Zeitbasis vorgesehen sein.
Um eine einwandfreie Funktion der beteiligten Hardware- und Software-Komponenten sicherzustellen, werden die Leckfunktionen in projektierbaren Intervallen mit definierten Datensätzen getestet. Die Ergebnisse werden protokolliert und archiviert. Bei Fehlfunktion erfolgt eine Alarmierung.
Jede Leckmessung wird mit einem Dichtheitsprotokoll protokolliert und archiviert. Auf diese Weise wird der Zustand der Rohrleitung lückenlos dokumentiert. Das Dichtheitsprotokoll kann so gestaltet werden, dass es auch von Abnahmebehörden wie TÜV oder Umweltbehörden anerkannt wird. Damit können erhebliche Kosten eingespart werden.
Das große Speichervolumen des Systems ermöglicht eine großzügige Archivierung der in den verschiedenen Betriebsphasen gesammelten Daten. Die so gewonnenen Daten können Offline analysiert werden. Auch können Simulationen mit unterschiedlichen Parametersätzen durchgeführt werden. Damit können z. B. Parametrierungsfehler gefunden, Verfahren optimiert und modifiziert oder neue Verfahren getestet werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Leckprüfung von Rohren und Rohrsystemen (14), insbesondere geschlossenen Rohrsystemen, die in Form einer Schleife im Erdreich unter einem Flugfeld verlegt sind wie Hydrantenschleifen, wobei in aufeinanderfolgenden Messintervallen ΔT eine Druckänderung ΔP = P2 - Pi und eine Temperaturänderung T = T2 - Ti, bestimmt wird, und mittels Verknüpfung mit einer spezifischen temperaturabhängigen Volumenanderung ΔVT und einer spezifischen druckabhängigen Volumenanderung VP, eine auf das Messintervall t bezogene absolute Volumenanderung zur Bestimmung einer Leckrate ΔV (Δt = t2-ti) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die erfassten Temperatur- und/oder Druckmesswerte einer Filterung unterzogen werden,
dass ausgehend von den gefilterten Temperatur- und/oder Druckmesswerten Rl, R2, R3, R4 eine Trendkurve R4 bestimmt wird,
dass aus der Trendkurve R4 für jeden Zeitpunkt ein genauer Temperatur- und/oder Druckwert abgelesen wird und dass aus den aus der Trendkurve R4 ermittelten Temperatur- und/oder Druck-messwerten innerhalb kurzer Zeit die Leckrate ΔV ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung mit mehrstufig gestalteten Filteralgorithmen durchgeführt wird, wobei die Druck- und/oder Temperaturmesswerte zeitlich nacheinander in mehren Filterstufen bearbeitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur- und/oder Druckmesswerte über Transmitter PT, TT und einen Bus einer Datenverarbeitungseinheit (38) wie Computer übertragen und mit einer Zykluszeit von in etwa 100 ms eingelesen werden.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte in dem Transmitter PT, TT und/oder in der Datenverarbeitungseinheit (38) gefiltert werden.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Filterstufe in dem Transmitter PT, TT und weitere Filterstufen in dem Computer (38) ablaufen.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesswerte mit einer Auflösung im Bereich von 0.5*10-3 °C bis 2*10"3 °C, vorzugsweise 0,001 °C bestimmt werden .
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckrate V innerhalb eines kurzen Zeitbereichs von ca. 10 min bestimmt wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mathematische Ermittlung eines Temperaturgradienten aus der Produkttemperatur und der Erdtemperatur unter Berücksichtigung einer Zeitkonstante des Rohrleitungssystems ermittelt wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitkonstante des Rohrleitungssystems (14) mathematisch ermittelt wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einfluss des mathematisch ermittelten Temperaturgradienten mit fortschreitender Zeit zurückgenommen wird, wobei der Zeitraum, nach dem der Einfluss der Erdtemperatur auf Null zurückgeführt wird, eingestellt wird.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur am Anfang und am Ende einer Hydrantenschleife (14) erfasst und dynamisch bewertet wird.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die am Anfang und am Ende des Rohrleitungssystems (14) sowie an den Hydranten (24) strömenden Fluidmengen gemessen werden, dass aus den Messwerten ein Mengenprofil erstellt wird, aus dem - bezogen auf die Rohrgeometrie eine Verweildauer für das Fluid berechnet wird, und dass über die Verweildauer, Fluidtemperatur und Erdtemperatur ein Temperaturausgleich für jeden Rohrabschnitt bestimmt und als Temperaturprofil abgebildet wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidmengenbestimmung über eine Druckwellenanalyse, vorzugsweise Echtzeit-Druckwellenanalyse, erfolgt.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 'gekennzeichnet, dass der Betriebsdruck über einen vorgebbaren Zeitraum integriert wird und dass das Integrationsergebnis als Startwert für eine Leckmessung genutzt wird.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Förderpausen automatisch erkannt und eine Lecküberwachung automatisch gestartet und gestoppt wird.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt vorzugsweise drei Leckraten ΔV in unterschiedlichen Messzyklen ermittelt werden, wobei ein Grundzyklus mit dem Start der Leckerkennung beginnt und mit dessen Ende endet .
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gradient der ermittelten Leckrate bei einer Leck-Alarmierung zum Plausibilitätscheck genutzt wird.
18. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Grundzyklus vorzugsweise zwei dynamische Zyklen berechnet werden, deren Zykluszeiten frei definiert werden können und Absolutwerte und Gradienten der so ermittelten Leckraten die Grundlage für eine Leck- Alarmierung bilden.
19. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gradientenabhängige Alarmierung erfolgt, wobei bei einer zunehmenden Leckrate eine schnelle Alarmierung und bei einer fallenden Leckrate eine verzögerte Alarmierung erfolgt.
20. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gradientenbildung über mehrere Zyklen mit unterschiedlicher Zeitbasis erfolgt.
21. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hardware- und Software-Komponenten intervallweise mit definierten Datensätzen getestet werden.
22. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leckmessung mit einem Dichtheitsprotokoll protokolliert und archiviert wird.
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