WO2024100059A1 - Inspektionsvorrichtung zur untersuchung des kathodenschutzes sowie verfahren hierzu - Google Patents

Inspektionsvorrichtung zur untersuchung des kathodenschutzes sowie verfahren hierzu Download PDF

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WO2024100059A1
WO2024100059A1 PCT/EP2023/081029 EP2023081029W WO2024100059A1 WO 2024100059 A1 WO2024100059 A1 WO 2024100059A1 EP 2023081029 W EP2023081029 W EP 2023081029W WO 2024100059 A1 WO2024100059 A1 WO 2024100059A1
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magnetic field
pipeline
inspection device
magnet units
magnetic
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PCT/EP2023/081029
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Andrey Danilov
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Rosen Ip Ag
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/02—Electrochemical measuring systems for weathering, corrosion or corrosion-protection measurement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/04—Controlling or regulating desired parameters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/83—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields
    • G01N27/87—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields using probes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L2101/00—Uses or applications of pigs or moles
    • F16L2101/30—Inspecting, measuring or testing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/26—Pigs or moles, i.e. devices movable in a pipe or conduit with or without self-contained propulsion means
    • F16L55/28—Constructional aspects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L58/00—Protection of pipes or pipe fittings against corrosion or incrustation

Definitions

  • the present invention relates to an inspection device for examining the cathodic protection of a ferromagnetic pipeline, wherein the inspection device is designed to be pipeline-compatible and in particular to be medium-driven and has a magnetizing device for generating an alternating magnetic field with at least one magnet unit and a measuring device having at least one magnetic field sensor for measuring a magnetic field formed on the inside of the wall of the pipeline.
  • the invention further relates to a method for examining the cathodic protection of a ferromagnetic pipeline.
  • the cathodic protection is usually checked at a few critical measuring points by measuring the system-ground potential.
  • the corresponding devices are installed stationary at the measuring points.
  • the potential field can be measured on the surface along the pipeline and in the pipeline environment.
  • potential measurements are carried out using remote-controlled underwater vehicles. Potential measurement is usually very expensive and involves a great deal of manual effort.
  • Another method for checking cathodic protection is based on measuring the direct current directly in the pipeline wall using an inspection device that can be moved along the pipeline, which can also be referred to as a pig.
  • This approach enables measurements along the entire pipeline and represents a cost-effective, reliable method for estimating the efficiency of the cathodic protection and for detecting coating defects.
  • the measurement requires a robust method that can also be used under difficult measuring conditions in a pipeline designed as an oil pipeline, for example. It is an object of the present invention to improve the methods known in the prior art for investigating cathodic protection.
  • an inspection device for examining the cathodic protection of a ferromagnetic pipeline is provided according to the preamble of claim 1, which is characterized in that the magnetic field sensor intersects a plane or is arranged close to it, to which the magnetic field lines of the at least one magnet unit present at least during operation of the magnetizing device are mirror-symmetrical, taking into account the direction of the magnetic field lines.
  • the magnetizing device for generating a primary alternating magnetic field has as little interference as possible with the sensor.
  • a change in the permeability is caused in the pipe wall, so that a secondary direct current magnetic field in the pipe wall caused by a direct current of the cathodic protection is directed into the interior of the Pipeline, whereby the alternating field affects this measurement as little as possible due to the arrangement of the magnetic field sensor.
  • the advantage of the inspection device according to the invention is that, in order to generate a measuring range that is influenced as little as possible by the primary alternating field, the vectors of the magnetic field cancel each other out or cancel each other out as much as possible in at least one preferred measuring direction of the magnetic field sensor. Since the primary alternating field is significantly stronger than the secondary direct current magnetic field that is desirably to be measured, the setup according to the invention creates an area in which the effect of the primary magnetic field, which is several orders of magnitude larger than the field to be measured, is significantly reduced in a preferred measuring direction.
  • the mirror symmetry of the magnetic field lines of the magnetic field present at least during operation of the device arises at least in one setup of the inspection device in which a primary magnetic field is generated by the magnetizing device, for example by one or more permanent magnets or electromagnets.
  • the magnetic field does not necessarily act on a pipeline.
  • the inspection device is operating in the pipeline with an existing primary magnetic field, this may be (slightly) influenced by the direct current magnetic field of the cathodic protection scattered into the interior of the pipeline, so that, strictly speaking, a resulting magnetic field also arises in the area of the magnet units.
  • the primary magnetic field can still be considered unaffected, so that within the meaning of the invention, the magnetic field lines of the primary magnetic field with their direction or sense of direction for defining the plane on which or in which the magnetic field sensor intersects them can still be assumed to be mirror-symmetrical.
  • the magnet unit or units that form the primary magnetic field relevant for the measurement are considered, in particular in the position of the magnet unit(s) closest to the wall.
  • the magnetic field sensor is considered to be close to the plane if it is not more than 15 cm, preferably not more than 10 cm, and more preferably not more than 5 cm from the plane, including any housing or enclosure in the form of, for example, a ceramic or elastomer material.
  • This distance depends in particular on the pipe diameter. For larger diameters above 1 m, distances of up to 15 cm are suitable, while for smaller diameters of 50 to 100 cm, the distance should not be more than 10 cm, and for even smaller diameters, the distance should not be more than 5 cm.
  • the magnetic field sensor is therefore understood to be the sensor itself, for example a coil, in particular plus any sensor housing or enclosure to protect the sensor, so that the magnetic field sensor already intersects the plane when the sensor housing or enclosure intersects the plane.
  • the alternating magnetic field is one whose north-south orientation, and hence whose polarity, changes over time and/or the path through the pipeline.
  • the primary alternating magnetic field is generated either by one or more electromagnets, which are positioned at the fixed distance from the wall, particularly when the inspection device is in operation.
  • the alternating field can also be generated by several permanent magnets, as described below, which move around an axis that is aligned particularly transversely to the direction of travel of the inspection device when the inspection device is in operation, with the magnet units being arranged in such a way that their polarities or the north-south orientation (N-S orientation) of the individual magnet units in the form of permanent magnets alternate individually or in groups at the point closest to the wall.
  • the alternating magnetic field is considered from the perspective of the magnetic field sensor, regardless of the fact that the inspection device moves through the pipeline and the one or more magnet units polarize successive wall sections in the longitudinal direction of the pipeline. In this way, a change in the cathode current along the pipeline can be determined indirectly via the scattered direct current magnetic field.
  • the magnetic field sensor is designed to measure a magnetic field or a magnetic field component of the resulting and/or secondary magnetic field perpendicular to the plane.
  • the sensor can be as unaffected as possible from the primary magnetic field, the stray field or secondary magnetic field present inside the pipeline due to the cathode direct current can be measured, since the effects of the primary magnetic field cancel each other out due to the symmetry.
  • the magnetic field sensor is therefore designed to measure the magnetic field in a direction in which the magnetic forces of at least one magnet unit cancel each other out as much as possible.
  • the measurement is carried out by a magnet unit designed as a bar magnet on a straight line that is congruent with the north-south axis of the magnet, with a magnetic field component being measured perpendicular to this straight line.
  • the or at least one of the magnet units is cut mirror-symmetrically by the plane, so that parts of the respective poles coincide in a mirror image.
  • the magnetic field sensor is arranged in a region of diverging or converging magnetic field lines of the primary magnetic field of the inspection device, so that with a suitable choice of the direction of the magnetic field to be measured, the forces exerted by the primary magnetic field compensate each other.
  • an analysis of the signal components of at least the secondary Direct current magnetic field taking into account the change in permeability in an IT device.
  • the magnitude of the direct current is derived accordingly on the basis of the signal components of the secondary magnetic field.
  • the analysis of the signal components typically takes place after reading the data from the inspection device after it has finished the inspection run and importing the measurement results into an IT device.
  • IT devices can be laptops used in the field, desktop PCs as well as servers, each of which runs the associated evaluation software. This has access in particular to the respective working and permanent memory, the respective processors and interfaces for data transfer between the required IT resources.
  • Databases can also be connected locally or cloud-based, in which the data required for the evaluation, in particular calibration data, is stored.
  • the invention is based on the finding that applying a stronger magnetic field to the pipe wall changes the magnetic permeability in this area of the pipe wall and that then, due to the inhomogeneous distribution of the magnetic permeability, the magnetic stray flux of the direct current, which otherwise cannot be measured from within the pipe, can penetrate into the interior of the pipe and be measured on the inside of the pipe, i.e. by a measuring device moving in the pipe.
  • Magnetic field is also called secondary magnetic field for simplicity.
  • the magnetizing device is designed depending on the wall thickness and the material in such a way that the greatest possible change in permeability is achieved, so that if the primary alternating field is superimposed with a secondary magnetic field generated by the direct current, which extends into the interior of the pipeline with a (leakage) flux component due to the local change in permeability and the associated inhomogeneous distribution of the magnetic permeability, an evaluable signal is generated and the size of the direct current can be determined on the basis of the signal components of the secondary magnetic field.
  • the direct current can be indirectly measured and determined over the entire length of a pipeline in a simple manner and without the previous limitations caused, for example, by oil-contaminated internal surfaces of the pipeline wall.
  • the magnitude of the direct current is derived in particular by comparing the determined signal components with the data of a calibration database which includes the stray flux components of the secondary magnetic field resulting on the inside of a pipeline for a large number of magnetic field strengths, materials, pipe wall thicknesses and/or direct current sizes.
  • the strength of the alternating magnetic field generated locally by a magnetizing device is in particular at least a factor of 50, preferably at least a factor of 100 and more preferably a factor of 500 greater than the strength of the direct current magnetic field.
  • a strong primary magnetic field is induced.
  • the secondary magnetic field induced inside the pipeline is very small in relation to the primary magnetic field.
  • the secondary magnetic field changes at the same speed as the magnetic permeability, ie it varies twice as fast as the primary magnetic field, which is used to identify the signal components of the secondary magnetic field.
  • the frequencies of the introduced alternating magnetic field are less than 500 Hz, but in particular they are greater than 2 Hz.
  • the effects can be observed particularly well below 500 Hz.
  • the measurement of the magnetic field resulting from the secondary and/or the primary and secondary magnetic field takes place during the generation of the alternating field, so that the temporal course of the measured signal can be recorded and evaluated during the generation of the alternating field.
  • the spectrum of the secondary magnetic field is determined in the computer device, whereby this may initially involve the analysis of the entire signal, from which the signal components of the secondary field are then derived.
  • the spectral analysis known per se, for example in the form of a Fourier Analysis is now used to determine an external direct current magnetic field that is otherwise not measurable on the inside of the pipeline wall.
  • At least one signal component is selected that is an even multiple of the frequency of the change in direction of the magnetic field.
  • all signal components that correspond to an even multiple of the frequency of the change in direction of the alternating field are taken into account in the spectral analysis, whereby the zero frequency is not taken into account.
  • the frequency of the strength of the secondary magnetic field H s (t) is twice as high as the frequency of the strength of the primary magnetic field H P (t). This difference in the variation allows the signals H P (t) and Hs (t) to be separated in the frequency space.
  • the current strength of the cathodic protection is in turn derived from the signal of the secondary field.
  • signal lengths of 5 to 15 main periods of the applied alternating field are taken into account.
  • the current intensity is determined in the computer device on the basis of the amplitude of at least an even multiple of the frequency of the change in direction of the magnetic field using one or more regression functions.
  • the one or more regression functions are determined in particular depending on the existing boundary conditions, in particular the wall thickness of the pipeline, the material of the pipeline, the imposed magnetic field, the speed of the measuring device and/or the setup of the associated magnetic field generating device.
  • the analysis data of the secondary magnetic field are normalized and/or calibrated using the analysis data of the primary magnetic field.
  • a fit function or common machine learning methods such as linear regression, neural networks, decision trees, support vector machines, etc. can be used to define the regression function.
  • Data can be obtained as part of a calibration to define the regression function.
  • the current / can therefore be defined as follows. for steel st37 for steel st52
  • Calibration can also be done by changing the amplitudes of the odd frequencies and/or by using the B-H curves of the odd frequencies.
  • the measurement conditions can be defined by the course of the primary magnetization. It may be sufficient to use the measured signal directly for this purpose, neglecting the part of the secondary magnetization. It is also possible to filter the frequencies 2f m , 4f m , 6f m , Qf m , ... from the signal in order to exclude the influence of the secondary magnetic field.
  • the measurement conditions are determined on the basis of a spectrum of the primary alternating field, so that separate, additional work or measurement processes for determining the measurement conditions can be omitted.
  • Some of the measurement conditions may nevertheless be known or may be redundantly determined in advance by other measurement methods.
  • Another way to improve the separation of the signals of the primary and secondary magnetic fields is to configure the device so that the spectrum of the primary magnetic field in the Fourier spectrum is mainly represented by represents the main frequency component. This makes it easier to separate the signals from primary and secondary magnetic fields in the Fourier spectrum.
  • the collected measurement data from several runs can be merged to further improve the accuracy of the evaluation.
  • the inspection device is part of an inspection device that moves passively through a pipeline as a pig. It can also be part of an inspection device that can move actively through a pipeline.
  • the magnetizing device has at least one group of at least two magnet units, the poles of which, at least during operation of the inspection device, exert repulsive forces on one another, wherein the magnetizing device is designed in such a way that the two magnet units during operation, ie at the time of generating the change in permeability and in particular at the time of measurement, simultaneously move in their position closest to the wall.
  • the magnets arranged in pairs against each other generate a relatively large change in permeability in a locally limited area of the pipeline.
  • the magnetic field sensor is arranged on the side of the magnet units facing away from the nearest wall of the pipeline during operation, it can be easily arranged on a perpendicular to the wall running between the two magnet units.
  • the NS orientations of the magnet units are at least partially and in particular exactly opposite to each other, which simplifies the construction of the device and the observation of the magnetic fields.
  • the magnet units are preferably no more than 10 cm apart in their position closest to the wall.
  • magnet units are preferably electromagnets whose polarities preferably change simultaneously.
  • permanent magnets for example rod-shaped magnets
  • the inspection device moves through the pipeline so that the alternating field is created at least with the movement along the wall of the pipeline.
  • repelling poles are exactly facing each other, which can be achieved, for example, by bar magnets or magnetic dipoles or quadrupoles arranged in a line.
  • the magnetizing device preferably has at least one carrier which can be rolled through the pipeline during operation, in particular in its longitudinal direction, which is provided with a preferably at least substantially circular circumference in a section running transversely to a rotation axis of the carrier and has at least two groups of at least two of the magnet units along the circumference for generating an alternating magnetic field.
  • the magnet units of one group have an NS orientation or polarization that is exactly opposite to the magnet units of a subsequent group.
  • the at least one magnetic field sensor of the measuring device of the inspection device measures the magnetic field parallel to the axis of rotation of the carrier and in particular in an area which, viewed in a section parallel to the north-south orientation of the magnet units, is arranged on a line which is equally angled to the north-south orientations of the magnet units of the group and runs between the magnet units or touching them at the edges.
  • the measuring device usually also includes the electronics necessary for recording and storing the data, including a power supply.
  • the magnetic field lines of the at least two magnets are aligned in such a way that they extend in a measuring direction parallel to the axis of rotation of the carrier or, in particular, parallel to an imaginary tangent to the pipe wall.
  • the magnet units of a group of at least two magnet units are separated by an alignment element arranged between them. This ensures optimal alignment of the magnetic field lines in the direction of the pipeline wall, in particular when the alignment element is arranged protruding in the direction of the pipeline wall and thus comes closer to the pipeline wall than the poles of the magnet units during operation of the inspection device.
  • At least two groups of at least two magnet units are provided along the circumference of the carrier for generating the alternating magnetic field, wherein the magnetic field directions in the circumferential direction of adjacent groups for generating the alternating magnetic field are at least partially and in particular exactly opposite.
  • an alternating field is impressed into the pipeline wall, which leads to a change in the permeability of the pipeline.
  • Such a device is designed to be particularly energy-saving, in particular in the case where it is used as part of a pig and is thus pushed through the medium in the pipeline.
  • a metallic and in particular ferromagnetic shielding device is arranged between the magnetic field sensor and the magnet unit. This leads to an even better shielding of the magnetic field sensor from the primary magnetic field, so that the recorded measurement signal is stronger or completely due to the secondary magnetic field.
  • the shielding device comprises at least one ferromagnetic and in particular cylindrical shielding element, for example in the form of at least one tube, which preferably extends parallel to the axis of rotation of the carrier.
  • This shielding element which in particular does not rotate with the carrier, shields the measuring range of the magnetic field sensor not only from the magnetic field(s) of the magnet unit closest to the wall, but also from those of the additional magnet units extending along the circumference of the carrier and in particular on the outside of an externally rotationally symmetrical shielding element.
  • the cylindrical shielding element is arranged inside the carrier.
  • the at least one shielding element can also serve as a bearing for the carrier or can also form this.
  • the shielding element itself is arranged on a further frame or central body of the inspection device or can also form this.
  • the shielding element rotates with the magnet units of the carrier, the shielding element is then mounted on a central body or a frame of the inspection device belonging to the central body.
  • the stray field of the secondary magnetic field present inside the pipeline by influencing the permeability of the pipeline can also be influenced by the shielding device.
  • the shielding device In order to interrupt the magnetic flux of the stray secondary magnetic field in the shielding elements or the shielding device, the latter therefore has at least two shielding elements separated by at least one recess, in particular at least partially cylindrical shielding elements arranged concentrically to one another, e.g. which extend in particular along the axis of rotation of the carrier.
  • the recess is advantageously small in comparison to the longitudinal extent of the shielding element, i.e. is less than 10% of the length of the shielding device, viewed in relation to the axis of rotation of the carrier, so that the primary magnetic field penetrates as little as possible into the interior of the shielding element or the shielding device.
  • the shielding device can have a surface in the form of externally cylindrical shielding elements, along which the magnet units can move during operation of the device and/or along which the carrier moves with the magnet units.
  • the magnet units do not necessarily have to touch the surface of the shielding element, but can be separated by a rotationally symmetrical spacer element, for example the wearer, must be kept at a distance in order to keep the interaction between magnets and the shielding element as low as possible.
  • the shielding device is in particular part of the rollable carrier and/or part of a support for the carrier, i.e. in particular part of the central body.
  • the magnetic field sensor is arranged within the rollable carrier, wherein an arrangement of the magnetic field sensor within a shielding element arranged in the rollable carrier as part of the shielding device results in the primary magnetic field having the least possible effect on the magnetic field sensor.
  • the inspection device has at least one focusing element for focusing the magnetic field to be measured or recorded.
  • the focusing element is provided for focusing the stray magnetic field.
  • the focusing element can have a receiving area or a cantilevered base directed away from the magnetic field sensor. This base is arranged in particular in a transverse to a pipeline through an inspection device in operation to the side of the magnet units closest to the wall and is guided up to an area close to the wall of the pipeline.
  • there is a further focusing element which mirror-symmetrically focuses the stray field from the magnetic field sensor.
  • the focusing element(s) can be formed in particular by metal sheets.
  • the at least one focusing element thus extends from outside the carrier into it and in particular as far as the magnetic field sensor in order to guide the stray magnetic field to be recorded particularly well to the magnetic field sensor.
  • the inspection device has at least one and preferably two magnet rings and/or magnet ring segments which are arranged in the longitudinal direction of the inspection device, which runs parallel to a longitudinal direction of the pipeline in an inspection device in operation, in front and/or behind the magnet units, in particular at the respective end of the inspection device close to the wall, and which extend transversely to the longitudinal direction in order to cover as wide an area of the wall of the pipeline as possible.
  • the object set out at the beginning is also achieved by a method for examining the cathodic protection of a ferromagnetic pipeline, in which, by generating a primary alternating magnetic field and a local change in the permeability in a wall of the pipeline by means of a magnetizing device of an inspection device moved through the pipeline, a secondary direct current magnetic field caused in the wall of the pipeline by a direct current of the cathodic protection is coupled into the interior of the pipeline and thus a resulting magnetic field can be measured with a measuring device moving through the pipeline and comprising a measuring field sensor, wherein this resulting magnetic field arises either solely from the components of the direct current magnetic field coupled into the interior of the pipeline or from a superposition of the primary alternating field and the secondary direct current magnetic field.
  • an analysis of the signal components of at least the secondary magnetic field is carried out taking into account the change in permeability in an EDP device and the size of the direct current is derived on the basis of the signal components of the secondary magnetic field and preferably on the basis of a database with calibration data, wherein the magnetic field of the magnetizing device is shielded from the magnetic field sensor by means of a shielding device and/or is measured in a region of diverging or converging magnetic field lines of the primary magnetic field of the inspection device.
  • the shielding device and/or the clever arrangement of the magnetic field sensor in a region of diverging or converging magnetic field lines and accordingly in a plane to which the magnetic field lines of the at least one magnet unit of the magnetizing device are mirror-symmetrical even taking into account the direction of the magnetic field lines, a significantly better measurement signal is obtained.
  • the part of the secondary direct current magnetic field that can be measured inside the pipeline can be amplified by a focusing element acting towards the magnetic field sensor.
  • Fig. 1 is a perspective view of an article according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic diagram of essential parts of the invention
  • Fig. 3 is a section through the inventive article according to Fig. 1,
  • Fig. 4 is a partial view of the object according to the invention in a cut-open pipeline
  • Fig. 5 is another partial view of an article according to the invention.
  • Fig. 6 the inventive object according to Fig. 1 in a bottom view
  • Fig. 7 shows another object according to the invention in a view according to Fig. 6,
  • Fig. 8 a view of the relevant magnetic fields
  • Fig. 9 is a view of the calculation of the secondary DC magnetic field.
  • An inspection device 2 according to the invention is adapted to a diameter of a pipeline 4 according to Fig. 1 and, due to gravity, lies in the lower half of the pipeline 4, which is shown cut off at the top in the figures.
  • the inspection device 2 is bidirectional, i.e. it can be moved in the pipeline 4 both in a direction of travel F and against this direction of travel F (Fig. 1).
  • a coupling means 6, which is arranged at the front of the inspection device 2 in the direction of travel F the inspection device 2 can be used as part of a pig, thus as a pig segment, and can be coupled to other elements of a pig.
  • a corresponding coupling means 6 is also located at the end of the device (cf. Fig. 7).
  • the inspection device 2 comprises a central body, which is essentially formed by two longitudinal plates 8 and two end plates 12 provided with handles 10. There are also base plates 13 (Figs. 6 and 7). A magnetizing device 14 is rotatably mounted in the plates 8 (Fig. 1 ). In the direction of travel in front of and behind the magnetizing device there are electronic units 16, which are intended to record the data and to supply power to the electronics required for this purpose and are therefore part of the measuring device. These electronic units 16 can also be used to operate other elements of the inspection device. After completion of the inspection run, the data can be transferred to an EDP unit 19 via a data line 17 shown in dashed lines, either wired or wirelessly.
  • magnetic ring segments 18 which are intended to smooth out the alternating field impressed in the wall.
  • These magnetic ring segments can be formed by cylindrical or rod-shaped magnets arranged perpendicular to the pipe wall (see Fig. 4).
  • the inspection device When the inspection device is in operation, it rolls along the pipeline in the longitudinal direction and thus in direction F, whereby an alternating magnetic field is indicated in the pipeline wall via the magnet units located under covers 20 and the associated alignment elements 21.
  • This primary magnetic field causes changes in the permeability in the wall of the pipeline 4, so that ultimately the secondary magnetic field or direct current magnetic field of the cathodic protection shown in Fig. 9 can penetrate into the interior of the pipeline and can be measured there.
  • the primary magnetic field generated by magnet units 22 (Fig. 2) is several orders of magnitude larger than the secondary direct current magnetic field of the cathodic protection. The part of this that couples into the interior of the pipeline 4 is correspondingly difficult to measure.
  • the signal that the magnetic field sensor 24 detects results either from the direct current magnetic field alone or from a superposition of the primary and secondary magnetic fields. It is particularly easy to measure when, on the one hand, the magnetic field sensor 24 intersects a plane 26 that is perpendicular to the plane of the figure in Fig. 2 (or Fig. 6) or is at least arranged close to this plane, with the magnetic field lines formed by the magnet units 22 being arranged mirror-symmetrically to this.
  • the mirror symmetry of the magnetic field lines is indicated here by magnetic field lines 27 indicated by dashed lines.
  • the magnetic field sensor 24 is thus arranged in an area which, if the magnetic field lines of the primary magnetic field were to enter this area, would then be unaffected by this, since the magnetic field is measured in the direction of the double arrow 30.
  • the double arrow 30 is perpendicular to the plane 26.
  • the NS alignment of the magnet units 22 is in this case perpendicular to the plane 26.
  • the magnetic field sensor 24 is arranged on a line in the plane 26, and is therefore equally angled to the NS alignments at 90° each, with the line running between the magnet units 22.
  • a shielding device in the form of two concentrically arranged shielding elements 32 is provided, which additionally shield the magnetic field sensor 24 within a carrier of the magnet units 22 (not shown in Fig. 2). from the primary magnetic field which is formed by the magnet units 22.
  • a recess 34 in the form of a gap between the shielding elements 32 prevents the magnetic flux of the stray field (secondary magnetic field) or the resulting magnetic field from flowing through the shield.
  • there are two focusing elements 36 which concentrate the magnetic field to be measured towards the sensor 24.
  • the measurement signal to be used for the evaluation can be measured very well.
  • the inspection device 2 is shown cut perpendicular to the wall of the pipeline 4.
  • Groups of two magnet units 22 each are arranged along the circumference of a carrier 38, which slides on the outer surface of the shielding elements 32.
  • the poles of the magnet units 22 are shown separated from each other by dashed lines. It can be seen that the north-south orientations of the respective magnet units run parallel to the axis of rotation 40 around which the carrier 38 rotates with the magnet units 22.
  • the magnetic field directions, ie the NS orientations of the magnet units 22, of adjacent groups of magnet units in the pipeline wall are opposite each other, so that during the rolling, from the perspective of the magnetic field sensor 24, an alternating magnetic field is generated.
  • the magnetic field sensor 24 is fixedly arranged on the shielding elements 32 and coupled to the electronics present in the electronic units 16.
  • a magnetic ring segment formed by barrel- or cylinder-shaped permanent magnets 42 is arranged on the sheets 8, which causes a smoothing of the magnetic field present in the pipeline 4 (Fig. 4).
  • the magnetizing device partially shown in Fig. 4 is shown again in more detail in Fig. 5.
  • the magnetizing device has a total of four groups of two permanent magnets each, the north-south orientation of which is aligned parallel to the axis of rotation 40. Accordingly, the magnetizing device is provided with a total of eight permanent magnets, the magnetic field of which is shielded on the one hand inside the essentially cylindrical shielding elements 32 and which ensure the change in permeability in the wall of the pipeline 4.
  • the device is driven in a pipeline by pig segments (not shown in detail), which are provided with cups or disks, for example, and moves due to gravity on the inside of the lower section of the pipeline 4 over rollers 44.
  • the inspection device has a sensor 41 for measuring the angle of rotation.
  • the measurement of the magnetic field measurable within the shielding at the magnetic field sensor 24 is carried out in the present case with a magnetic field sensor 24 designed as a coil, which is shown in an enclosed manner in the present case.
  • magnetic strips 46 can be used which impede the magnetic flux in front of and behind the magnetizing device 14 by magnetizing the material of the pipeline 4 and thus increasing the leakage flux.
  • the magnetic strips are each formed with a permanent magnet aligned parallel to a tangent to the pipeline wall in a section carried out transversely to their longitudinal orientation and perpendicular to the plane of the figure.
  • the primary magnetic field is shown by means of a plurality of arrows 48, particularly in terms of its size compared to the secondary magnetic field shown by arrows 50, while the inspection device is only shown in part in the background.
  • the pipeline with the inspection device 2 is shown halved, since the primary and secondary magnetic fields are mirror-symmetrical to the vertical 49 that delimits the figures and that leads through the plane 26.
  • the arrows 48 of the primary magnetic field do not reach as far as the magnetic field sensor 24, but are shielded by the shielding device.
  • the arrows 50 of the secondary magnetic field which forms inside the pipeline 4, are clearly present in the focusing element and are guided by it to the magnetic field sensor 24 or away from it (Fig. 8).
  • the arrows 50 representing the secondary magnetic field are shown enlarged in comparison to the arrows 48.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Inspektionsvorrichtung zur Untersuchung des Kathodenschutzes einer ferromagnetischen Rohrleitung (4), wobei die Inspektionsvorrichtung (2) rohrleitungsgängig und insbesondere mediumgetrieben ausgebildet ist und eine Magnetisiervorrichtung (14) zur Erzeugung eines als magnetisches Wechselfeld ausgebildeten primären Magnetfeldes in der Wand der Rohrleitung (4) mit zumindest einer Magneteinheit (22) und eine wenigstens einen Magnetfeldsensor (24) aufweisende Messvorrichtung zur Messung eines im Innern der Rohrleitung (4) ausgebildeten Magnetfelds aufweist, wobei der Magnetfeldsensor (24) eine Ebene (26) schneidet oder dicht an dieser angeordnet ist, zu der die zumindest im Betrieb der Magnetisiervorrichtung (14) vorhandenen Magnetfeldlinien der zumindest einen Magnetfeldeinheit (22) bei Berücksichtigung der Richtung der Magnetfeldlinien spiegelsymmetrisch ausgebildet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Untersuchung des Kathodenschutzes einer ferromagnetischen Rohrleitung mit einer solchen Vorrichtung.

Description

Inspektionsvorrichtung zur Untersuchung des Kathodenschutzes sowie Verfahren hierzu
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Inspektionsvorrichtung zur Untersuchung des Kathodenschutzes einer ferromagnetischen Rohrleitung, wobei die Inspektionsvorrichtung rohrleitungsgängig und insbesondere mediumgetrieben ausgebildet ist und eine Magnetisiervorrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes mit zumindest einer Magneteinheit und eine wenigstens einen Magnetfeldsensor aufweisende Messvorrichtung zur Messung eines an der Innenseite der Wand der Rohrleitung ausgebildeten Magnetfeldes aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Untersuchung des Kathodenschutzes einer ferromagnetischen Rohrleitung.
Metallische Rohrleitungen werden oft im Boden oder im Wasser verlegt. Diese Umgebungen stellen in der Regel ein elektrolytisches Medium dar. An Fehlstellen der Beschichtung der Rohrleitung entsteht ein Ladungstransport vom Metall der Rohrleitung in Richtung des Elektrolyten. Durch den Transport von Metallionen korrodiert die Rohrleitung. Um die Korrosionsentwicklung zu verhindern, wird im Stand der Technik ein Gleichstrom auf die zu schützenden Rohrleitungen aufgebracht. Dieser Schutzstrom erzeugt eine kathodische Polarisation der Rohrleitung und verhindert, dass Metallionen von der Rohroberfläche gelöst werden. Versagt dieser sogenannte Kathodenschutz, kann sich die Korrosion an den Beschichtungsfehlstellen in den Rohrleitungswänden sehr schnell entwickeln. Daher erfolgt die Überprüfung des Kathodenschutzes in relativ kleinen Abständen von einem oder wenigen Monaten. Darüber hinaus helfen solche Inspektionen, die Beschichtungsfehlstellen rechtzeitig zu finden und zu beseitigen. Ein Loch einer als beispielsweise Öl- oder Gas-Pipeline ausgebildeten Rohrleitung kann zu verheerenden Umweltschäden führen. Der Kathodenschutz wird in der Regel an einigen kritischen Messpunkten durch Messung des Anlage-Boden-Potentials überprüft. An den Messstellen werden die entsprechenden Vorrichtungen stationär installiert. Zusätzlich kann das Potentialfeld an der Oberfläche entlang der Pipeline und in der Pipeline- Umgebung gemessen werden. Für Offshore-Pipelines werden Potentialmessungen mit Hilfe von ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugen durchgeführt. Die Potential- messung ist in der Regel sehr teuer und mit großem manuellem Aufwand verbunden.
Eine weitere Methode zur Überprüfung des Kathodenschutzes basiert auf der Messung des Gleichstroms direkt in der Rohrleitungswand mit einer rohrleitungsgängigen, d.h. in der Rohrleitung bewegbaren Inspektionsvorrichtung, welche auch als Molch bezeichnet werden kann. Dieser Ansatz ermöglicht Messungen entlang der gesamten Rohrleitung und stellt eine kostengünstige, zuverlässige Methode zur Abschätzung der Effizienz des Kathodenschutzes und zur Detektion von Beschichtungsfehlern dar. Allerdings erfordert die Messung ein robustes Verfahren, das auch unter schwierigen Messbedingungen einer beispielsweise als Öl-Pipeline ausgebildeten Rohrleitung eingesetzt werden kann. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Untersuchung des Kathodenschutzes zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Gegenstand gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 17. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den auf diese Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist eine Inspektionsvorrichtung zur Untersuchung des Kathodenschutzes einer ferromagnetischen Rohrleitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgesehen, die sich dadurch auszeichnet, dass der Magnetfeldsensor eine Ebene schneidet oder dicht an dieser angeordnet ist, zu der die zumindest im Betrieb der Magnetisiervorrichtung vorhandenen Magnetfeldlinien der zumindest einen Magneteinheit bei Berücksichtigung der Richtung der Magnetfeldlinien spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, den Magnetfeldsensor möglichst wenig vom magnetischen Wechselfeld beeinträchtigt zu betreiben, so dass die Magnetisiervorrichtung zur Erzeugung eines primären magnetischen Wechselfeldes den Sensor möglichst wenig beeinträchtigt. Durch die Erzeugung des primären magnetischen Wechselfeldes wird in der Rohrleitungswand eine Änderung der Permeabilität bewirkt, so dass ein durch einen Gleichstrom des Kathodenschutzes vorhandenes sekundäres Gleichstrom-Magnetfeld in der Wand der Rohrleitung in das Innere der Rohrleitung streut, wobei das Wechselfeld aufgrund der Anordnung des Magnetfeldsensors diese Messung möglichst wenig beeinträchtigt.
Vorteil der erfindungsgemäßen Inspektionsvorrichtung ist, dass zur Erzeugung eines vom primären Wechselfeld möglichst wenig beeinflussten Messbereichs die Vektoren des Magnetfelds sich zumindest in einer vorzugsweisen Messrichtung des Magnetfeldsensors aufheben oder möglichst aufheben. Da das primäre Wechselfeld deutlich stärker ist als das wünschenswerterweise zu messende sekundäre Gleichstrom-Magnetfeld, wird durch das erfindungsgemäße Setup ein Bereich geschaffen, in dem in einer bevorzugten Messrichtung die Wirkung des im Vergleich zum zu messenden Feld insbesondere mehrere Größenordnungen größeren primären Magnetfelds deutlich reduziert ist.
Die Spiegelsymmetrie der Magnetfeldlinien des zumindest im Betrieb der Vorrichtung vorhandenen Magnetfelds ergibt sich zumindest in einem Setup der Inspektionsvorrichtung, in der durch die Magnetisiervorrichtung ein primäres Magnetfeld erzeugt wird, beispielsweise durch einen oder mehrere Dauer- oder Elektromagneten. Hierbei wirkt das Magnetfeld nicht notwendigerweise auf eine Rohrleitung ein. Im Betrieb der Inspektionsvorrichtung in der Rohrleitung mit vorhandenem primären Magnetfeld ist dieses gegebenenfalls durch das in das Rohrleitungsinnere gestreute Gleichstrom-Magnetfeld des Kathodenschutzes (geringfügig) beeinflusst, so dass sich strenggenommen auch im Bereich der Magneteinheiten ein resultierendes Magnetfeld ergibt. Aufgrund der äußerst geringen Amplitude des Streufelds, die insbesondere mehrere Größenordnungen geringer ist als die des primären Magnetfelds, kann das primäre Magnetfeld allerdings weiterhin als unbeeinflusst gelten, so dass im Sinne der Erfindung die Magnetfeldlinien des primären Magnetfelds mit ihrer Richtung bzw. ihrem Richtungssinn zur Definition der Ebene, an der oder in der diese schneidend der Magnetfeldsensor liegt, weiterhin als spiegelsymmetrisch angenommen werden können. Hierbei wird die oder werden die Magneteinheiten betrachtet, die das für die Messung relevante primäre Magnetfeld ausbilden, insbesondere in der wandnächsten Position der Magneteinheit(en).
Der Magnetfeldsensor gilt liegt insbesondere dann dicht an der Ebene an, wenn er insbesondere inkl. eines etwaigen Gehäuses oder einer Einhausung in Form beispielsweise eines keramischen oder elastomeren Materials nicht weiter als 15 cm vorzugsweise nicht mehr als 10 cm und weiter vorzugsweise nicht weiter als 5 cm von der Ebene beabstandet ist. Dieser Abstand ist insbesondere vom Rohrleitungsdurchmesser abhängig. Bei größeren Durchmesser oberhalb von einem 1 m können insbesondere die Abstände bis 15 cm passen, während bei geringeren Durchmessern von 50 bis 100 cm der Abstand nicht weiter als 10 cm betragen sollte sowie bei noch geringeren Durchmessern der Abstand nicht mehr als 5 cm betragen sollte. Je dichter der Magnetfeldsensor an der Symmetrieebene liegt, desto besser. Insbesondere liegt er in der Ebene. Als Magnetfeldsensor wird somit der Sensor selbst, beispielsweise eine Spule, insbesondere zuzüglich eines etwaigen Sensorgehäuses o- der einer Einhausung zum Schutz des Sensors verstanden, so dass der Magnetfeldsensor auch dann bereits die Ebene schneidet, wenn das Sensorgehäuse oder die Einhausung die Ebene schneidet. Das magnetische Wechselfeld ist ein solches, dessen Nord-Süd-Ausrichtung, mithin dessen Polarität sich mit der Zeit und/oder dem Weg durch die Rohrleitung ändert.
Das primäre magnetische Wechselfeld wird entweder durch einen oder mehrere Elektromagneten erzeugt, die insbesondere im Betrieb der Inspektionsvorrichtung in einem möglichst festen Abstand zur Wand positioniert sind. Alternativ oder ergänzend kann das Wechselfeld wie nachfolgend beschrieben auch durch mehrere Dauermagnete erzeugt werden, die sich im Betrieb der Inspektionsvorrichtung um eine insbesondere quer zur Fortbewegungsrichtung des Inspektionsgeräts ausgerichtete Achse bewegen, wobei die Magneteinheiten dergestalt angeordnet sind, dass sich ihre Polaritäten bzw. die Nord-Süd-Ausrichtung (N-S-Ausrichtung) der einzelnen Magneteinheiten in Form von Dauermagneten einzeln oder gruppenweise im wandnächsten Punkt abwechseln.
Das magnetische Wechselfeld wird hierbei aus der Sicht des Magnetfeldsensors betrachtet, ungeachtet dessen, dass sich die Inspektionsvorrichtung durch die Rohrleitung bewegt und die ein oder mehreren Magneteinheiten entsprechend in Längsrichtung der Rohrleitung aufeinander folgende Wandabschnitte polarisieren. So kann eine Änderung des Kathodenstroms entlang der Rohrleitung indirekt über das eingestreute Gleichstrom-Magnetfeld bestimmt werden.
Vorzugsweise ist der Magnetfeldsensor zur Messung eines Magnetfelds oder einer Magnetfeldkomponente des resultierenden und/oder sekundären Magnetfelds senkrecht zu der Ebene ausgebildet ist. Somit kann der Sensor möglichst unbeeinflusst vom primären Magnetfeld das im Rohrleitungsinneren vorhandene Streufeld bzw. sekundäre Magnetfeld aufgrund des Kathoden-Gleichstroms messen, da sich aufgrund der Symmetrie die Effekte des primären Magnetfelds aufheben. Der Magnetfeldsensor ist demnach zur Messung des Magnetfelds in eine Richtung ausgebildet, in der sich die magnetischen Kräfte der zumindest einen Magneteinheit möglichst aufheben. Beispielsweise erfolgt die Messung bei einer durch einen als Stabmagnet ausgebildeten Magneteinheit auf einer Geraden, die deckungsgleich mit der Nord- Süd-Achse des Magneten liegt, wobei eine Magnetfeldkomponente senkrecht zu dieser Geraden gemessen wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die oder zumindest eine der Magneteinheiten spiegelsymmetrisch von der Ebene geschnitten, so dass Teile des jeweiligen Pols im Spiegelfall aufeinander fallen. Dies gilt insbesondere bei stabförmigen Magneten oder anderen Magneten, deren N-S-Ausrichtung im Betrieb im wandnächsten Punkt in einem Schnitt betrachtet senkrecht zur Wand der Rohrleitung liegt.
Insbesondere ist der Magnetfeldsensor in einem Bereich divergierender oder konvergierender Magnetfeldlinien des primären Magnetfelds der Inspektionsvorrichtung angeordnet, so dass sich bei geeigneter Wahl der Richtung des zu messsenden Magnetfelds die vom primären Magnetfeld ausgeübten Kräfte kompensieren.
Insbesondere wenn in der Messung auch Anteile des primären Magnetfelds mitgemessen werden, erfolgt eine Analyse der Signalanteile zumindest des sekundären Gleichstrom-Magnetfelds unter Berücksichtigung der Änderung der Permeabilität in einer EDV-Vorrichtung. Das Ableiten der Größe des Gleichstroms erfolgt entsprechend auf Basis der Signalanteile des sekundären Magnetfelds. Die Analyse der Signalanteile erfolgt typischerweise nach einem Auslesen der Daten aus der Inspektionsvorrichtung, nachdem diese den Inspektionslauf beendet hat, und einem Einspielen der Messergebnisse in eine EDV-Vorrichtung. Als EDV-Vorrichtungen kommen sowohl im Feld verwendete Laptops, Destop-PCs als auch Server in Frage, auf denen jeweils eine zugehörige Auswertungssoftware läuft. Diese hat insbesondere Zugriff auf die jeweiligen Arbeits- und Permanentspeicher, die jeweiligen Prozessoren und Schnittstellen zum Datentransfer zwischen den benötigten EDV-Mitteln. Ebenfalls können Datenbanken lokal oder cloudbasiert angebunden sein, in denen für die Auswertung notwendige Daten, insbesondere Kalibrierdaten, vorgehalten werden.
Der Erfindung liegt wie vorbeschreiben die Erkenntnis zugrunde, dass das Anlegen eines stärkeren Magnetfeldes an die Rohrleitungswand die magnetische Permeabilität in diesem Bereich der Rohrleitungswand ändert und das dann aufgrund der inhomogenen Verteilung der magnetischen Permeabilität der ansonsten nicht von innerhalb der Rohrleitung messbare magnetische Streufluss des Gleichstroms in das Innere der Rohrleitung dringen und auf der Innenseite der Rohrleitung, d.h. durch ein in der Rohrleitung bewegtes Messgerät gemessen werden kann.
Für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird das sekundäre Gleichstrom-
Magnetfeld der Einfachheit halber auch als sekundäres Magnetfeld bezeichnet. Die Magnetisiervorrichtung wird in Abhängigkeit der Wanddicke und des Materials so ausgebildet, dass eine möglichst große Änderung der Permeabilität erreicht wird, so dass bei eventuellem Überlagern des primären Wechselfeldes mit einem durch den Gleichstrom erzeugten sekundären Magnetfeld, welches aufgrund der lokalen Permeabilitätsänderung und der hiermit einhergehenden inhomogenen Verteilung der magnetischen Permeabilität mit einem (Streu-)Flussanteil in das Rohrleitungsinnere reicht, ein auswertbares Signal erzeugt wird und die Größe des Gleichstroms auf Basis der Signalanteile des sekundären Magnetfelds bestimmt werden kann. So kann auf einfache Weise und ohne die bisherigen Limitierungen durch beispielsweise Öl-verschmutzte, innere Oberflächen der Rohrleitungswand über die gesamte Strecke einer Rohrleitung der Gleichstrom indirekt gemessen und bestimmt werden.
Das Ableiten der Größe des Gleichstroms erfolgt insbesondere durch Vergleich der bestimmten Signalanteile mit den Daten einer Kalibrierungsdatenbank, die für eine Vielzahl von Magnetfeldstärken, Materialien, Rohrleitungswandstärken und/oder Gleichstromgrößen die sich auf der Innenseite einer Rohrleitung ergebenen Streuflussanteile des sekundären Magnetfelds umfasst.
Die Stärke des lokal durch eine Magnetisiervorrichtung erzeugten magnetischen Wechselfelds ist insbesondere zumindest um einen Faktor 50, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 100 und weiter vorzugsweise um einen Faktor 500 größer als die Stärke des Gleichstrom-Magnetfelds. Um eine ausreichende Änderung der mag- netischen Permeabilität zu erreichen, wird somit ein starkes primäres Magnetfeld induziert. Das im Rohrleitungsinneren induzierte sekundäre Magnetfeld ist im Verhältnis zum primären Magnetfeld sehr klein. Aufgrund der Erkenntnis, dass die magnetische Permeabilität nur von der Amplitude des angelegten Magnetfeldes abhängt, variiert sie allerdings doppelt so schnell wie das primäre Magnetfeld. Das sekundäre Magnetfeld ändert sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die magnetische Permeabilität, d.h. es variiert doppelt so schnell wie das primäre Magnetfeld, was zur Identifikation der Signalanteile des sekundären Magnetfelds verwendet wird.
Vorzugsweise liegen die Frequenzen des eingebrachten magnetischen Wechselfeldes kleiner 500 Hz, wobei sie insbesondere größer als 2 Hz sind. Unterhalb von 500 Hz lassen sich die Effekte besonders gut beobachten.
Insbesondere erfolgt die Messung des sich aus dem sekundären und/oder des primären und sekundären Magnetfeldes ergebenden Magnetfeldes während der Erzeugung des Wechselfeldes, so dass der zeitliche Verlauf des gemessenen Signals während der Erzeugung des Wechselfeldes aufgenommen und ausgewertet werden kann.
Vorzugsweise wird in der EDV-Vorrichtung das Spektrum des sekundären Magnetfeldes bestimmt, wobei es sich zunächst um die Analyse des gesamten Signals handeln kann, aus welchem dann die Signalanteile des sekundären Feldes abgeleitet werden. Die an sich bekannte Spektralanalyse, beispielweise in Form einer Fourier- Analyse, wird nun für die Bestimmung eines eigentlich innenseitig der Rohrleitungswand sonst nicht messbaren äußeren Gleichstrom-Magnetfeldes verwendet.
Vorzugsweise wird in der Analyse für die Bestimmung des Gleichstroms zumindest ein Signalanteil ausgewählt wird, der ein gerades Vielfaches der Frequenz der Richtungsänderung des Magnetfeldes ist. Insbesondere werden in der Spektralanalyse alle Signalanteile berücksichtigt, die einem geraden Vielfachen der Frequenz der Richtungsänderung des Wechselfeldes entsprechen, wobei die Nullfrequenz nicht berücksichtigt wird. Die Frequenz der Stärke des sekundären Magnetfeldes Hs (t) ist doppelt so groß wie die Frequenz der Stärke des primären Magnetfeldes HP (t). Dieser Unterschied in der Variation erlaubt es, die Signale HP (t) und Hs (t) im Frequenzraum zu trennen. Aus dem Signal des sekundären Feldes wird wiederum die Stromstärke des Kathodenschutzes abgeleitet.
Zwecks genauer Auswertung werden insbesondere Signallängen von 5 bis 15 Hauptperioden des angelegten Wechselfeldes berücksichtigt.
Insbesondere wird in der EDV-Vorrichtung auf Basis der Amplitude zumindest eines geraden Vielfachen der Frequenz der Richtungsänderung des Magnetfeldes die Stromstärke mittels einer oder mehrerer Regressionsfunktionen bestimmt. Die eine oder mehreren Regressionsfunktionen werden insbesondere in Abhängigkeit der vorliegenden Randbedingungen, insbesondere der Wandstärke der Rohrleitung, des Materials derselben, des aufgeprägten Magnetfelds, der Geschwindigkeit der Messvorrichtung und/oder des Setups der zugehörigen Magnetfelderzeugungsvorrichtung bestimmt. Vorzugsweise werden hierbei die Analysedaten des sekundären Magnetfeldes mittels der Analysedaten des primären Magnetfeldes normalisiert und/oder kalibriert.
Um die Stromstärke / des Kathodenschutzes zu berechnen, kann beispielsweise eine Regressionsfunktion des Merkmalsvektors V =
Figure imgf000014_0001
stimmt werden, wobei F( ) die Amplituden des jeweiligen Spektrums sind. Die einzelnen Werte aus dem Spektrum sind auf den Hauptfrequenzwert aus dem Signalspektrum normiert. Diese Normalisierung reduziert die Abhängigkeit von der Variation der Magnetisierungsstärke und I = R(V), wobei R für die Regressionsfunktion steht.
Zur Definition der Regressionsfunktion können insbesondere eine Fit-Funktion oder gängige Methoden des maschinellen Lernens wie lineare Regression, neuronale Netze, Entscheidungsbäume, Support-Vektor-Maschine usw. verwendet werden. Zur Definition der Regressionsfunktion können Daten im Rahmen einer Kalibrierung gewonnen werden. Je nach Geräteausführung kann es notwendig sein, unterschiedliche Regressionsfunktionen für verschiedene Messbedingungen wie Wandstärke wt, magnetische Eigenschaften des Rohrleitungsmatenals und Geschwindigkeit v der Messvorrichtung zu definieren. f/?1(7) wenn wt = wt , v = vlt ... / = )7?2(V) wenn wt = wt2,v = v2, ... Diese Abhängigkeiten können auch als zusätzliche Parameter in die Regressionsfunktion eingeführt werden, d.h. I = R(V,wt, v, ...). Der Strom / kann demnach wie folgt definiert werden. für Stahl st37 für Stahl st52
Figure imgf000015_0001
Eine Kalibrierung kann ebenfalls über die Änderung der Amplituden der ungeraden Frequenzen und/oder mittels der B-H-Kurven der ungeraden Frequenzen erfolgen.
Die Messbedingungen können durch den Verlauf der primären Magnetisierung definiert werden. Es kann ausreichen, hierfür das gemessene Signal direkt zu verwenden, unter Vernachlässigung des Teils der sekundären Magnetisierung. Ebenfalls ist es möglich, die Frequenzen 2fm,4fm, 6fm, Qfm, ... aus dem Signal zu filtern, um den Einfluss der sekundäres Magnetfeldes auszuschließen. Insbesondere erfolgt gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung in der EDV-Vorrichtung die Bestimmung der Messbedingungen auf Basis eines Spektrums des primären Wechselfeldes, so dass separate, zusätzliche Arbeits- oder Messvorgänge zur Bestimmung der Messbedingungen entfallen können.
Einige der Messbedingungen können gleichwohl bekannt sein oder auch durch andere Messmethoden gegebenenfalls redundant vorab bestimmt werden.
Eine weitere Möglichkeit, die Trennung der Signale des primären und des sekundären Magnetfelds zu verbessern, besteht darin, das Gerät so zu konfigurieren, dass das Spektrum des primären Magnetfeldes im Fourier-Spektrum hauptsächlich durch die Hauptfrequenzkomponente vertreten wird. Dadurch wird es im Fourier-Spektrum leichter, die Signale von primären und sekundären Magnetfeldern zu trennen.
Insbesondere wird für die Bestimmung der Stromstärke eine Vielzahl von Daten eines Messlaufes fusioniert. Wenn die Beschichtung einer Rohrleitung unbeschädigt ist, ändert sich die Stromstärke sehr langsam und kann sich nur bei Beschichtungsfehlern und Installationen schlagartig ändern. Dies ermöglicht eine genauere Abschätzung der Stromstärke durch Datenfusion der Daten aus einem Lauf, z.B. mittels Kalman-Filter.
Vorzugsweise können die gesammelten Messdaten aus mehreren Läufen fusioniert werden, um die Genauigkeit der Auswertung weiter zu verbessern.
Insbesondere ist die Inspektionsvorrichtung Teil eines Inspektionsgeräts, welches als Molch passiv durch eine Rohrleitung fährt. Sie kann auch Teil eines Inspektionsgeräts sein, welches sich aktiv durch eine Rohrleitung bewegen kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Magnetisiervorrichtung wenigstens eine Gruppe von zumindest zwei Magneteinheiten auf, deren zumindest im Betrieb der Inspektionsvorrichtung vorhandene Pole voneinander abstoßende Kräfte ausüben, wobei die Magnetisiervorrichtung dergestalt ausgebildet ist, dass sich die zwei Magneteinheiten im Betrieb, d.h. im Zeitpunkt der Erzeugung der Änderung der Permeabilität und insbesondere im Zeitpunkt der Messung, gleichzeitig in ihrer wandnächsten Position befinden. Die paarweise gegeneinander stehenden Magneten erzeugen einerseits in einem lokal begrenzten Bereich der Rohrleitung eine relativ große Änderung der Permeabilität. Andererseits kann bei einer Anordnung des Magnetfeldsensors auf der im Betrieb von der nächstliegenden Wand der Rohrleitung abgewandten Seite der Magneteinheiten dieser gut auf einer zwischen den beiden Magneteinheiten verlaufenden Senkrechten zur Wand angeordnet werden. Insbesondere sind die N-S-Ausrichtungen der Magneteinheiten zumindest anteilig und insbesondere genau einander entgegengesetzt, was den Aufbau der Vorrichtung und die Betrachtung der Magnetfelder vereinfacht. Die Magneteinheiten sind in ihrer wandnächsten Position vorzugsweise nicht weiter als 10 cm voneinander entfernt.
Bei nur zwei Magneteinheiten handelt es sich vorzugsweise um Elektromagneten, deren Polaritäten vorzugsweise gleichzeitig wechseln. Bei der Verwendung von Dauermagneten, beispielsweise stabförmig ausgebildeten Magneten sind zumindest zwei Gruppen von zumindest jeweils zwei Dauermagneten mit entsprechend ausgerichteten Polen vorhanden, die abwechselnd eine Permeabilitätsänderung des vom Magnetfeldsensor aus betrachteten Bereichs der Rohrleitungswand bewirken. Zur Entdeckung von lokalen Änderungen des Kathodenstroms bewegt sich die Inspektionsvorrichtung durch die Rohrleitung, so dass sich das Wechselfeld zumindest mit der Bewegung entlang der Wand der Rohrleitung ergibt.
Insbesondere sind in dem gewünschten Setup einander abstoßende Pole exakt einander zugewandt, was beispielsweise durch in einer Linie angeordnete Stabmagneten bzw. magnetischer Dipole oder Quadrupole erreicht werden kann. Vorzugsweise weist die Magnetisiervorrichtung wenigstens einen im Betriebsfall durch die Rohrleitung insbesondere in deren Längsrichtung rollbaren Träger auf, der in einem quer zu einer Drehachse des Trägers verlaufenden Schnitt mit einem vorzugsweise zumindest im Wesentlichen kreisartigen Umfang versehen ist und entlang des Umfangs zumindest zwei Gruppen von zumindest zwei der Magneteinheiten zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes aufweist. Insbesondere weisen die Magneteinheiten einer Gruppe eine zu den Magneteinheiten einer nachfolgenden Gruppe genau entgegengesetzte N-S-Ausrichtung bzw. Polarisation auf.
Insbesondere misst der zumindest eine Magnetfeldsensor der Messvorrichtung der Inspektionsvorrichtung das Magnetfeld parallel zur Drehachse des Trägers und insbesondere in einem Bereich, der in einem zur Nord-Süd-Ausrichtung der Magneteinheiten parallelen Schnitt betrachtet auf einer Linie angeordnet ist, die zu den Nord- Süd-Ausrichtungen der Magneteinheiten der Gruppe gleich angewinkelt ist und zwischen den Magneteinheiten oder diese randseitig berührend verläuft.
Die Messvorrichtung umfasst neben dem Magnetfeldsensor üblicherweise noch die für die Aufnahme und Speicherung der Daten notwendige Elektronik einschließlich einer Energieversorgung.
In diesem Bereich sind die Magnetfeldlinien der zumindest zwei Magnete dergestalt ausgerichtet, dass sie sich in einer Messrichtung parallel zur Drehachse des Trägers bzw. insbesondere dann auch parallel zu einer gedachten Tangente an die Rohrleitungswand möglichst aufheben.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Magneteinheiten einer Gruppe von zumindest zwei Magneteinheiten durch ein dazwischen angeordnetes Ausrichtelement getrennt. Dies sorgt für eine optimale Ausrichtung der Magnetfeldlinien in Richtung der Rohrleitungswand, insbesondere dann, wenn das Ausrichteelement in Richtung der Rohrleitungswand überstehend angeordnet ist und somit dichter als die Pole der Magneteinheiten im Betrieb der Inspektionsvorrichtung an die Rohrleitungswand herankommt.
Vorteilhafterweise sind entlang des Umfangs des Trägers zumindest wenigstens zwei Gruppen von zumindest zwei insbesondere als Dauermagneten ausgebildete Magneteinheiten zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes vorgesehen, wobei die Magnetfeldrichtungen in Umfangsrichtung benachbarter Gruppen zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes zumindest teilweise und insbesondere genau entgegengerichtet ausgebildet sind. Mit dem Abrollen des Trägers auf der Innenseite der Wand der Rohrleitung wird somit ein Wechselfeld in die Rohrleitungswand eingeprägt, welches zu einer Änderung der Permeabilität der Rohrleitung führt. Eine solche Vorrichtung ist insbesondere für den Fall, dass sie als Teil eines Molches verwendet wird, und somit durch das Medium in der Rohrleitung gedrückt wird, besonders energiesparend ausgebildet. Um die Datenaufnahme durch den Magnetfeldsensor weiterhin zu verbessern, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zwischen Magnetfeldsensor und Magneteinheit eine metallische und insbesondere ferromagnetische Abschirmvorrichtung angeordnet. Dies führt zu einer noch besseren Abschirmung des Magnetfeldsensors vom primären Magnetfeld, so dass sich das aufgenommene Messsignal stärker oder komplett aufgrund des sekundären Magnetfelds ergibt.
Insbesondere umfasst die Abschirmvorrichtung zumindest ein ferromagnetisches und insbesondere zylindrisches Abschirmelement, beispielsweise in Form wenigstens eines Rohres, welches sich vorzugsweise parallel zur Drehachse des Trägers erstreckt. Dieses Abschirmelement, welches sich insbesondere nicht mit dem Träger mitdreht, schirmt den Messbereich des Magnetfeldsensors nicht nur von dem oder den Magnetfeldern der wandnächsten Magneteinheiten ab, sondern ebenfalls auch von denjenigen der sich entlang des Umfangs des Trägers und insbesondere außenseitig eines außenseitig rotationssymmetrischen Abschirmelements erstreckenden weiteren Magneteinheiten. Insbesondere ist das zylindrische Abschirmelement innerhalb des Trägers angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung kann das zumindest eine Abschirmelement auch als Lager für den Träger dienen oder dieses mit ausbilden. Das Abschirmelement selbst ist an einem weiteren Gestell oder Zentralkörper der Inspektionsvorrichtung angeordnet oder bildet diesen mit aus. Bei Varianten, in denen sich das Abschirmelement mit den Magneteinheiten des Trägers mitdreht, ist das Abschirmelement dann an einem Zentralkörper oder einem zum Zentralkörper gehörenden Gestell der Inspektionsvorrichtung gelagert.
Das im Rohrleitungsinneren durch Beeinflussung der Permeabilität der Rohrleitung vorhandene Streufeld des sekundären Magnetfeldes kann durch die Abschirmvorrichtung ebenfalls wiederum beeinflusst werden. Zur Unterbrechung des magnetischen Flusses des eingestreuten sekundären Magnetfeldes in den Abschirmelementen bzw. der Abschirmvorrichtung weist diese daher zumindest zwei über wenigstens eine Ausnehmung getrennte Abschirmelemente, insbesondere von konzentrisch zueinander angeordneten zumindest teilweise zylindrischen Abschirmelementen, z.B. auf, die sich insbesondere entlang der Drehachse des Trägers erstrecken. Vorteilhafterweise ist die Ausnehmung im Vergleich zur Längserstreckung des Abschirmelements klein, d.h. beträgt weniger als 10 % bezogen auf die Länge der Ab- schirmvorrichtung, betrachtet zur Drehachse des Trägers, so dass das primäre Magnetfeld möglichst wenig in das Innere des Abschirmelements bzw. der Abschirmvorrichtung eindringt.
Außenseitig kann die Abschirmvorrichtung in Form von außenseitig zylindrischen Abschirmelementen eine Oberfläche aufweisen, entlang derer sich im Betrieb der Vorrichtung die Magneteinheiten bewegen können und/oder entlang derer sich der Träger mit den Magneteinheiten bewegt. Die Magneteinheiten müssen die Oberfläche des Abschirmelements hierbei nicht notwendigerweise berühren, sondern können durch ein ebenfalls rotationssymmetrisches Abstandselement, beispielsweise den Träger, auf Abstand gehalten werden, um die Wechselwirkung zwischen Magneten und dem Abschirmelement möglichst gering zu halten.
Wie vorbeschrieben, ist die Abschirmvorrichtung insbesondere Teil des rollbaren Trägers und/oder ein Teil einer Lagerung des Trägers, also insbesondere Teil des Zentralkörpers. Die Verwendung der Abschirmung als Teil der Lagerung des Trägers vereinfacht die Konstruktion, insbesondere wenn zusätzlich der Magnetfeldsensor innerhalb der Abschirmung angeordnet ist.
Insbesondere ist der Magnetfeldsensor innerhalb des rollbaren Trägers angeordnet, wobei eine Anordnung des Magnetfeldsensors innerhalb eines in dem rollbaren Träger angeordneten Abschirmelements als Teil der Abschirmvorrichtung dazu führt, dass das primäre Magnetfeld den Magnetfeldsensor geringstmöglich bewirkt.
Weiterhin ist die Bestimmung des Kathodenschutzes verbessert, wenn die Inspektionsvorrichtung wenigstens ein Fokussierelement zur Fokussierung des zu messenden bzw. aufzunehmenden Magnetfelds aufweist. Insbesondere ist das Fokussierelement für eine Fokussierung des Streumagnetfelds vorgesehen. Hierfür kann das Fokussierelement einen Aufnahmebereich bzw. eine vom Magnetfeldsensor weg gerichtete, auskragende Basis aufweisen. Diese Basis ist insbesondere in einem quer zu einer Rohrleitung durch eine im Betrieb befindliche Inspektionsvorrichtung seitlich der wandnächsten Magneteinheiten angeordnet und wird bis zu einem Bereich dicht an die Wand der Rohrleitung geführt. Vorzugsweise ein weiteres Fokussierelement vorhanden, welches spiegelsymmetrisch das Streufeld von dem Magnetfeldsensor weg leitet. Das oder die Fokussierelemente können insbesondere durch Metallbleche ausgebildet werden.
Insbesondere reicht das zumindest eine Fokussierelement somit von außerhalb des Trägers in diesen hinein und insbesondere bis zum Magnetfeldsensor, um das aufzunehmende Streumagnetfeld besonders gut zum Magnetfeldsensor zu leiten.
Zur Glättung von des den Magneteinheiten aufgeprägten Wechselfeldes weist die Inspektionsvorrichtung wenigstens einen und vorzugsweise zwei Magnetkränze und/oder Magnetkranzsegmente auf, welche in Längsrichtung der Inspektionsvorrichtung, die parallel zu einer Längsrichtung der Rohrleitung bei einer im Betrieb befindlichen Inspektionsvorrichtung verläuft, vorne und/oder hinter den Magneteinheiten insbesondere am jeweiligen Ende der Inspektionsvorrichtung wandnah angeordnet sind und die sich quer zur Längsrichtung erstrecken, um einen möglichst breiten Bereich der Wand der Rohrleitung abzudecken.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zur Untersuchung des Kathodenschutzes einer ferromagnetischen Rohrleitung gelöst, bei dem durch Erzeugen eines primären magnetischen Wechselfeldes und einer lokalen Änderung der Permeabilität in einer Wand der Rohrleitung mittels einer Magnetisiervorrichtung einer durch die Rohrleitung bewegten Inspektionsvorrichtung ein durch ein in der Wand der Rohrleitung durch einen Gleichstrom des Kathodenschutzes verursachtes sekundäres Gleichstrom-Magnetfeld in das Rohrleitungsinnere einkoppelt und somit ein resultierendes Magnetfeld mit einer durch die Rohrleitung bewegten Messvorrichtung umfassend einen Messfeldsensor gemessen werden kann, wobei sich dieses resultierende Magnetfeld entweder bereits als allein durch die in das Rohrleitungsinnere eingekoppelten Anteile des Gleichstrom-Magnetfeldes oder durch eine Überlagerung des primären Wechselfeldes und des sekundären Gleichstrom-Magnetfeldes ergeben. Außerdem erfolgt eine Analyse der Signalanteile zumindest des sekundären Magnetfelds unter Berücksichtigung der Änderung der Permeabilität in einer EDV-Vorrichtung sowie ein Ableiten der Größe des Gleichstroms auf Basis der Signalanteile des sekundären Magnetfelds und vorzugsweise auf Basis einer Datenbank mit Kalibrierungsdaten, wobei das Magnetfeld der Magnetisiervorrichtung vom Magnetfeldsensor mittels einer Abschirmvorrichtung abgeschirmt wird und/oder in einem Bereich divergierender oder konvergierender Magnetfeldlinien des primären Magnetfelds der Inspektionsvorrichtung gemessen wird.
Mittels der Abschirmvorrichtung und/oder der geschickten Anordnung des Magnetfeldsensors in einem Bereich divergierender oder konvergierender Magnetfeldlinien und entsprechend in einer Ebene, zu der die Magnetfeldlinien der zumindest einen Magneteinheit der Magnetisiervorrrichtung auch bei Berücksichtigung der Richtung der Magnetfeldlinien spiegelsymmetrisch ausgebildet sind, ergibt sich ein deutlich besseres Messsignal.
Ergänzend kann der im Inneren der Rohrleitung messbare Teil des sekundären Gleichstrommagnetfelds durch ein zum Magnetfeldsensor hin wirkendes Fokussierelement verstärkt werden. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind den nachfolgend beschriebenen Figuren zu entnehmen. Insbesondere zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gegenstands,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung wesentlicher Teile der Erfindung,
Fig. 3 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Gegenstand nach Fig. 1 ,
Fig. 4 eine teilweise Ansicht des erfindungsgemäßen Gegenstands in einer aufgeschnittenen Rohrleitung,
Fig. 5 eine weitere teilweise Ansicht eines erfindungsgemäßen Gegenstands,
Fig. 6 den erfindungsgemäßen Gegenstand nach Fig. 1 in einer Unteransicht,
Fig. 7 einen weiteren erfindungsgemäßen Gegenstand in einer Ansicht gemäß Fig. 6,
Fig. 8 eine Ansicht der relevanten Magnetfelder,
Fig. 9 eine Ansicht der Berechnung des sekundären Gleichstrom-Magnet- felds. Einzelne technische Merkmale der nachbeschriebenen Ausführungsbeispiele können auch in Kombination mit vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sowie den Merkmalen eines der unabhängigen Ansprüche und etwaiger weiterer Ansprüche zu erfindungsgemäßen Gegenständen kombiniert werden. Sofern sinnvoll werden funktional zumindest in Teilen gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugsziffern versehen.
Eine erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung 2 ist gemäß Fig. 1 auf einen Durchmesser einer Rohrleitung 4 angepasst und liegt schwerkraftbedingt in der unteren Hälfte der Rohrleitung 4, die in den Figuren nach oben abgeschnitten dargestellt ist. Die Inspektionsvorrichtung 2 ist bidirektional ausgebildet, d.h. kann also sowohl in eine Fahrtrichtung F als auch entgegen dieser Fahrtrichtung F in der Rohrleitung 4 bewegt werden (Fig. 1 ). Über ein Kopplungsmittel 6, welches in Fahrtrichtung F vorne an der Inspektionsvorrichtung 2 angeordnet ist, kann die Inspektionsvorrichtung 2 als Teil eines Molches, mithin als Molchsegment, verwendet werden und mit weiteren Elementen eines Molches gekoppelt werden. Ein entsprechendes Kopplungsmittel 6 befindet sich auch am Ende der Vorrichtung (vergl. Fig. 7). Die Inspektionsvorrichtung 2 umfasst einen Zentralkörper, der im Wesentlichen durch zwei längsverlaufende Bleche 8 sowie zwei mit Haltegriffen 10 versehene Stirnbleche 12 ausgebildet wird. Weiterhin sind Bodenbleche 13 vorhanden (Fig. 6 und 7). In den Blechen 8 ist eine Magnetisiervorrichtung 14 drehbar gelagert (Fig. 1 ). In Fahrtrichtung vor und hinter der Magnetisiervorrichtung befinden sich Elektronikeinheiten 16, die zur Aufnahme der Daten und zur Stromversorgung der hierfür benötigten Elektronik vorgesehen sind und somit Teil der Messvorrichtung sind. Diese Elektronikeinheiten 16 können weiterhin für den Betrieb weiterer Elemente der Inspektionsvorrichtung verwendet werden. Nach Abschluss des Inspektionslaufs können die Daten über eine dann vorhandene, gestrichelt dargestellte Datenleitung 17 drahtgebunden oder drahtlos auf eine EDV-Einheit 19 übertragen werden
Sowohl am Ende als auch am Beginn der Inspektionsvorrichtung 2 befinden sich Magnetkranzsegmente 18, die zur Glättung des in der Wand aufgeprägten Wechselfelds vorgesehen sind. Diese Magnetkranzsegmente können durch senkrecht zur Rohrleitungswand ausgebildete, zylindrische oder auch stabförmig ausgebildete Magneten ausgebildet werden (vergl. Fig. 4).
Im Betrieb der Inspektionsvorrichtung rollt diese in Längsrichtung der Rohrleitung und mithin in Richtung F auf der Rohrleitung ab, wobei über die unter Abdeckungen 20 liegenden Magneteinheiten und zugehörigen Ausrichtelemente 21 in der Rohrleitungswand ein magnetisches Wechselfeld indiziert wird. Dieses primäre Magnetfeld bewirkt in der Wand der Rohrleitung 4 Änderungen der Permeabilität, so dass letztlich das in Fig. 9 dargestellte sekundäre Magnetfeld bzw. Gleichstrom-Magnetfeld des Kathodenschutzes in das Rohrleitungsinnere einstreuen kann und dort gemessen werden kann. Das durch Magneteinheiten 22 (Fig. 2) erzeugte primären Magnetfeld ist um mehrere Größenordnungen größer als das sekundäre Gleichstrom-Magnetfeld des Ka- thodenschutzes. Der in das Innere der Rohrleitung 4 einkoppelnde Teil hiervon ist entsprechend schwierig zu messen. Das Signal, das der Magnetfeldsensor 24 wahrnimmt, ergibt sich entweder durch das Gleichstrom-Magnetfeld alleine oder aus einer Überlagerung des primären und des sekundären Magnetfelds. Es ist insbesondere dann sehr gut messbar, wenn einerseits der Magnetfeldsensor 24 eine in der Fig. 2 (oder der Fig. 6) senkrecht auf der Figurenebene stehende Ebene 26 schneidet oder zumindest dicht an dieser Ebene angeordnet ist, wobei die von den Magneteinheiten 22 ausgebildeten Magnetfeldlinien spiegelsymmetrisch hierzu angeordnet sind. Die Spiegelsymmetrie der Magnetfeldlinien wird vorliegend durch gestrichelt indizierte Magnetfeldlinien 27 indiziert. Der Magnetfeldsensor 24 ist somit in einem Bereich angeordnet, der, sofern die Magnetfeldlinien des primären Magnetfelds in diesen Bereich hineingelangen würden, dann hiervon unbeeinflusst wäre, da das Magnetfeld in Richtung des Doppelpfeils 30 gemessen wird. Der Doppelpfeil 30 steht senkrecht zur Ebene 26. Die N-S-Ausrichtung der Magneteinheiten 22 ist vorliegend senkrecht zur Ebene 26. Der Magnetfeldsensor 24 ist auf einer vorliegend in der Ebene 26 liegenden Linie angeordnet, ist demnach zu den N-S-Ausrichtungen gleich angewinkelt mit jeweils 90°, wobei die Linie zwischen den Magneteinheiten 22 verläuft.
Zusätzlich ist eine Abschirmvorrichtung in Form von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Abschirmelementen 32 vorhanden, die innerhalb eines in Fig. 2 nicht dargestellten Trägers der Magneteinheiten 22 den Magnetfeldsensor 24 zusätzlich von dem primären Magnetfeld, welches durch die Magneteinheiten 22 ausgebildet wird, abschirmt. Ein Ausnehmung 34 in Form eines Spaltes zwischen den Abschirmelementen 32 verhindert, dass der magnetische Fluss des Streufelds (sekundäres Magnetfelds) bzw. des resultierenden magnetischen Feldes durch die Abschirmung fließt. Darüber hinaus sind zwei Fokussierelemente 36 vorhanden, welche das zu messende Magnetfeld zum Sensor 24 hin konzentrieren.
Mittels dieser drei Maßnahmen (Ausrichtung der Magnete bzw. Magneteinheiten 22 bei gleichzeitiger Anordnung des Magnetfeldsensors 24 in einem für die Messung günstigen Bereich, Abschirmung des primären Magnetfeldes und Konzentration des zu messenden Magnetfelds) lässt sich das für die Auswertung zu verwendende Messsignal sehr gut messen.
In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Inspektionsvorrichtung 2 senkrecht zur Wand der Rohrleitung 4 geschnitten dargestellt. Entlang des Umfangs eines Trägers 38, der auf der Außenoberfläche der Abschirmelemente 32 gleitet, sind Gruppen von jeweils zwei Magneteinheiten 22 angeordnet. Die Pole der Magneteinheiten 22 sind durch gestrichelte Linien voneinander getrennt sichtbar gemacht. Erkennbar verlaufen die Nord-Süd-Ausrichtungen der jeweiligen Magneteinheiten parallel zur Drehachse 40, um die sich der Träger 38 mit den Magneteinheiten 22 dreht. In Umfangsrichtung stehen die Magnetfeldrichtungen, d.h. die N-S-Ausrichtungen der Magneteinheiten 22, benachbarter Gruppen von Magneteinheiten in der Rohrleitungswand gegeneinander, so dass während des Abrollens aus Sicht des Magnetfeldsensors 24 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Zwischen den Magneteinheiten 22 sowie an deren äußeren Polen befinden sich Ausrichtelemente 21 , die die Magnetfelder der Magneteinheiten 22 in Richtung der Wand bzw. von dieser weg ausrichten. Der Magnetfeldsensor 24 ist an den Abschirmelementen 32 fest angeordnet und mit der in den Elektronikeinheiten 16 vorhandenen Elektronik gekoppelt.
An den Blechen 8 ist ein durch tonnen- bzw. zylinderförmige Dauermagneten 42 ausgebildetes Magnetkranzsegment angeordnet, welches eine Glättung des in der Rohrleitung 4 vorhandenen Magnetfelds bewirkt (Fig. 4). Die in der Fig. 4 teilweise dargestellte Magnetisiervorrichtung ist in der Fig. 5 noch einmal verdeutlicht dargestellt. Erkennbar weist die Magnetisiervorrichtung insgesamt vier Gruppen von jeweils zwei Dauermagneten auf, deren Nord-Süd-Ausrichtung parallel zur Drehachse 40 ausgerichtet ist. Entsprechend ist die Magnetisiervorrichtung mit insgesamt acht Dauermagneten versehen, deren Magnetfeld einerseits zur im Innern der im Wesentlichen zylindrischen Abschirmelemente 32 abgeschirmt ist und die in der Wand der Rohrleitung 4 für die Änderung der Permeabilität Sorge tragen.
Die Vorrichtung wird durch nicht näher dargestellte Molchsegmente, die beispielsweise mit Cups oder Disks versehen sind, in einer Rohrleitung angetrieben und fährt schwerkraftbedingt auf dem unteren Abschnitt der Rohrleitung 4 innenseitig über Rollen 44.
Weiterhin weist die Inspektionsvorrichtung einen Sensor 41 zur Messung des Drehwinkels auf. Die Messung des innerhalb der Abschirmung am Magnetfeldsensor 24 messbaren Magnetfeldes erfolgt vorliegend mit einem als Spule ausgebildeten Magnetfeldsensor 24, der vorliegend eingehaust dargestellt ist.
Ergänzend können Magnetstreifen 46 verwendet werden, die den magnetischen Fluss vor und hinter der Magnetisiervorrichtung 14 erschweren, indem sie das Material der Rohrleitung 4 magnetisieren und so den Streufluss erhöhen. Insbesondere sind die Magnetstreifen in einem quer zu ihrer Längsausrichtung durchgeführten und senkrecht auf die Figurenebene stehenden Schnitt jeweils mit einem parallel zu einer Tangente an die Rohrleitungswand ausgerichteten Dauermagneten ausgebildet.
In Fig. 8 ist mittels einer Vielzahl von Pfeilen 48 das primäre Magnetfeld insbesondere in seiner Größe gegenüber dem durch Pfeile 50 dargestellten sekundären Magnetfeld abbildet, während die Inspektionsvorrichtung nur in Teilen im Hintergrund abgebildet ist. Sowohl in Fig. 8 als auch in Fig. 9 ist die Rohrleitung mit der Inspektionsvorrichtung 2 halbiert dargestellt, da das primäre und das sekundäre Magnetfeld zur Senkrechten 49, die die Figuren begrenzt und die durch die Ebene 26 führt, spiegelsymmetrisch ausgebildet sind. Insbesondere reichen die Pfeile 48 des primären Magnetfeldes nicht bis zu dem Magnetfeldsensor 24, sondern werden von der Ab- schirmvorrichtung abgeschirmt. Hingegen sind die Pfeile 50 des sekundären Magnetfeldes, welches sich im Innern der Rohrleitung 4 ausbildet, erkennbar im Fokussierelement vorhanden und werden von diesem zu dem Magnetfeldsensor 24 geleitet bzw. von diesem weg geführt (Fig. 8). Zwecks Verbesserung der Darstellung sind sowohl in Fig. 8 als auch Fig. 9 die das sekundäre Magnetfeld darstellenden Pfeile 50 im Vergleich zu den Pfeilen 48 vergrößert dargestellt.
Gemäß der Simulation des sekundären magnetischen Feldes nach Fig. 9 dringt dieses aufgrund der sich ändernden Permeabilität in das Innere der Rohrleitung 4 ein und wird durch das Fokussierelement 36 hin zu dem Magnetfeldsensor 24 geleitet.

Claims

Patentansprüche
1 . Inspektionsvorrichtung zur Untersuchung des Kathodenschutzes einer ferromagnetischen Rohrleitung (4), wobei die Inspektionsvorrichtung (2) rohrleitungsgängig und insbesondere mediumgetrieben ausgebildet ist und eine Magnetisiervorrichtung (14) zur Erzeugung eines als magnetisches Wechselfeld ausgebildeten primären Magnetfeldes in der Wand der Rohrleitung (4) mit zumindest einer Magneteinheit (22) und eine wenigstens einen Magnetfeldsensor (24) aufweisende Messvorrichtung zur Messung eines im Innern der Rohrleitung (4) ausgebildeten Magnetfelds aufweist, wobei die Magnetisiervorrichtung (14) wenigstens einen im Betriebsfall durch die Rohrleitung (4) in deren Längsrichtung rollbaren Träger (38) aufweist, der in einem quer zu einer Drehachse (40) des Trägers (38) verlaufenden Schnitt mit einem vorzugsweise zumindest im Wesentlichen kreisartigen Umfang versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (24) eine Ebene (26) schneidet oder dicht an dieser angeordnet ist, zu der die zumindest im Betrieb der Magnetisiervorrichtung (14) vorhandenen Magnetfeldlinien der zumindest einen Magneteinheit (22) bei Berücksichtigung der Richtung der Magnetfeldlinien spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
2. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Magnetfeldsensor (24) zur Messung eines Magnetfelds senkrecht zu der Ebene (26) ausgebildet ist.
3. Inspektionsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheit (22) spiegelsymmetrisch von der Ebene (26) geschnitten wird.
4. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisiervorrichtung (14) wenigstens eine Gruppe von zumindest zwei Magneteinheiten (22) aufweist, deren zumindest im Betrieb der Inspektionsvorrichtung (2) vorhandenen Pole voneinander abstoßende Kräfte ausüben, wobei die Magnetisiervorrichtung (14) dergestalt ausgebildet ist, dass sich die zwei Magneteinheiten (22) im Betrieb gleichzeitig in ihrer wandnächsten Position befinden.
5. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die N-S-Ausrichtungen der Magneteinheiten (22) zumindest anteilig und insbesondere genau einander entgegengesetzt sind.
6. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (24) in einem zur N-S-Ausrichtung parallelen Schnitt auf einer Linie angeordnet ist, die zu den N-S-Ausrichtungen der Magneteinheiten (22) der Gruppe gleich angewinkelt ist und zwischen den Magneteinheiten (22) oder diese randseitig berührend verläuft.
7. Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheiten (22) der Gruppe durch ein dazwischen angeordnetes Ausrichtelement (21 ) getrennt sind.
8. Inspektionsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Umfangs des Trägers zumindest wenigstens zwei Gruppen von zumindest zwei insbesondere als Dauermagnete ausgebildete Magneteinheiten (22) zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes vorgesehen sind, wobei die Magnetfeldrichtungen in Umfangsrichtung benachbarter Gruppen zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes zumindest teilweise und insbesondere genau entgegengerichtet ausgebildet sind.
9. Inspektionsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Magnetfeldsensor (24) und Magneteinheiten (22) eine metallische und insbesondere ferromagnetische Abschirmvorrichtung angeordnet ist.
10. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung zumindest ein ferromagnetisches und insbesondere zylindrisches Abschirmelement (32), vorzugsweise in Form eines Rohres, umfasst, insbesondere welches sich parallel zur Drehachse (40) erstreckt.
11 . Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung zur Unterbrechung des magnetischen Flusses eines sekundären Magnetfeldes zumindest zwei über wenigstens eine Ausnehmung (34) getrennte Abschirmelemente (32) aufweist.
12. Inspektionsvorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung Teil des rollbaren Trägers (38) ist und/oder Teil einer Lagerung des Trägers (38) ist.
13. Inspektionsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (24) innerhalb des rollbaren Trägers (38) angeordnet ist.
14. Inspektionsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Fokussierelement (36) zur Fokussierung des aufzunehmenden Magnetfelds.
15. Inspektionsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Fokussierelement (36) von außerhalb des Trägers (38) in diesen hineinreicht, insbesondere bis zum Magnetfeldsensor (24).
16. Inspektionsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspektionsvorrichtung (2) wenigstens einen und vorzugsweise zwei Magnetkränze und/oder Magnetkranzsegmente (18) zur Glättung des von den Magneteinheiten (22) aufgeprägten Wechselfeldes aufweist.
17. Verfahren zur Untersuchung des Kathodenschutzes einer ferromagnetischen Rohrleitung (4), durch Erzeugen eines primären magnetischen Wechselfeldes und einer lokalen Änderung der Permeabilität in einer Wand der Rohrleitung (4) mittels einer Magnetisiervorrichtung (14) einer durch die Rohrleitung bewegten Inspektionsvorrichtung (2), wobei in der Wand der Rohrleitung (4) ein durch einen Gleichstrom des Kathodenschutzes verursachtes sekundäres Gleichstrom-Magnetfeld ausgebildet ist,
Messung des in das Rohrleitungsinnere eingekoppelten sekundären Magnetfelds oder eines resultierenden Magnetfeldes, welches sich durch Überlagerung des primären Wechselfeldes und des sekundären Gleichstrom-Magnetfeldes ergibt, mit einer durch die Rohrleitung bewegten Messvorrichtung umfassend einen Magnetfeldsensor (24),
Analyse der Signalanteile zumindest des sekundären Magnetfelds unter Berücksichtigung der Änderung der Permeabilität in einer EDV-Vorrichtung (19),
Ableiten der Größe des Gleichstroms auf Basis der Signalanteile des sekundären Magnetfelds und vorzugsweise auf Basis einer Datenbank mit Kalibrierungsdaten, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld der Magnetisiervorrichtung (14) vom Magnetfeldsensor (24) mittels einer Abschirmvorrichtung abgeschirmt wird und/oder in einem Bereich divergierender oder konvergierender Magnetfeldlinien (27) des primären Magnetfelds der Inspektionsvorrichtung gemessen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der im Innern der Rohrleitung (4) messbare Teil des sekundären Gleichstrom-Magnetfelds verstärkt wird.
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