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.