DE10338952A1

DE10338952A1 - Anordnung zur Identifikation von Körpern in Rohrleitungen

Info

Publication number: DE10338952A1
Application number: DE2003138952
Authority: DE
Inventors: Frank-Michael Jaeger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-03-24

Abstract

Die Anordnung zur Identifikation von Körpern in einer Rohrleitung ermöglicht das Erkennen von Molchdurchgängen mit Sensoren. DOLLAR A Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein akustischer Datenaustausch zwischen einem außerhalb der Rohrleitung angebrachten akustischen Sensor und einem im Rohr befindlichen akustischen Sensor zur Identifikation dient. Ein akustischer Sensor aus einem 1-3-Komposit kann von der Lage des Molches unabhängig Signale empfangen und senden. DOLLAR A Derartige Anordnungen werden zur Kontrolle von Pipelines benötigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Identifizierung von Körpern in einer Rohrleitung. In Rohrleitungen oder Pipelines für Erdöl und Mineralölprodukte werden in bestimmten Zeiträumen Körper (Molche) in die Flüssigkeit eingebracht. Diese Molche (englisch auch als Pig bezeichnet) werden zur Inspektion, Wanduntersuchung, Deformationsuntersuchung, Reinigung, Produkttrennung usw. eingesetzt.
Die Lokalisierung und Erkennung von Molchen ist zur Überwachung der Molchfahrt notwendig.
Eine weitere wichtige Aufgabe ist die rechtzeitige Erkennung des Molches um an den Molchschleusen notwendige Armaturen zu betätigen damit eine Beschädigung der Molche oder Molchschleusen verhindert wird.
In der Technik sind magnetische Systeme bekannt, die Molchdurchgänge über zwei verschiedene Methoden wahrnehmen, permanente Magnete und magnetische Sender mit Batteriebetrieb.
Die permanenten Magneten, die einem Molch beigefügt werden, können zwar von Einheiten außerhalb der Pipeline wahrgenommen werden, helfen aber nicht, um zusätzliche Körper vor dem Molch zu erkennen.
In neuerer Zeit sind mobile und stationäre Magnetfeldmesser bekannt geworden, die Anomalien des natürlichen Magnetfeldes entlang einer Pipeline auswerten.
Zur Lokalisation eines Molches oder der Wahrnehmung eines Molchdurchganges, sind bei diesen Methoden Körper oder Objekte aus ferromagnetischen Materialien notwendig. Damit kann der Gatsch aus Kohlenwasserstoffen nicht erkannt werden.

Es sind Einrichtungen zur Molcherkennung auf akustischer Basis bekannt.

In der Patenschrift WO 00/45161 bzw. PCT/N00/00013 wird eine Methode zur Überwachung von Rohrleitungen beschrieben, die einen akustischen Sensor abwechselnd in einem aktiven oder passiven Modus betreibt. Damit sollen Geräuschemissionen durch Fremdkörper in der Flüssigkeit erkannt werden. Durch den Amplitudenvergleich des gesendeten und empfangenen Signals ist auch eine Erkennung von Fremdkörpern wie Sand oder Geröll möglich. Dazu werden Bandpassfilter für die Charakterisierung der empfangenen Signale eingesetzt.

Sand und Geröll erzeugen eine Geräuschemission, die wesentlich besser zu erkennen ist als weiche und zähe Materialien wie Gatsch, bei denen keine vom Öl verschiedene Geräuschemission auftritt.

Bei der Molchdetektion besteht das Problem zusätzlich noch darin, das es eine Vielzahl verschiedener Molche gibt. So gibt es zum Beispiel welche mit unterschiedlichen Manschetten, mit und ohne Rollen usw.

Die Aufnahme der Geräuschemission ergibt einen breiten Peak, der eine scharfe Lokalisation des Molches erschwert.

Inspektionsmolche bestehen aus mehreren Metallkörpern und sind deshalb gut mit Methoden zur Magnetfeldmessung nachweisbar. Molche aus Schaumstoffen sind damit nicht nachweisbar.

Sollche Molche und andere Körper in der Pipeline können mit aktiven akustischen Methoden nachgewiesen werden.

Herkömmliche Molchmelder nach dem Impuls-Echo-Prinzip können Fremdkörper durch die Unterbrechung des Ultraschallweges erkennen.

Bei Reinigungsmolchen kommt ein weiterer wichtiger Aspekt hinzu. Der sich in der Rohrleitung angesammelte Gatsch, bestehend aus Verunreinigungen wie Paraffinen, Wasser, Rost usw., wird vom Molch vor sich her geschoben. Die Länge dieses Pfropfens ist unbekannt und kann mit den herkömmlichen Mitteln der Überwachung der Ultraschallreflexion nicht ermittelt werden. Dieser Gatsch soll an der Molchschleuse getrennt vom Molch ausgeschleust werden.

Ein nur auf dem Prinzip der Schallunterbrechung arbeitender Molchdetektor würde schon beim Gatsch einen Molchdurchgang melden. Die Molchschleuse würde damit zu früh betätigt werden.

Wird nur die Rückseite des Molches detektiert, d.h. wenn das reflektierte Signal wieder vom Sensor erfasst wird, kann dieses Problem gemindert werden.

Die Länge des Gatschpfropfens wird aber erst nach dem Molchdurchgang erkennbar. Damit ist eine Abtrennung des Gatsches vom Öl erschwert.

Der mit wichtigste Mangel, ist die Unzuverlässigkeit dieses Verfahrens. Besitzt das Rohöl einen hohen Anteil an Gatsch, kommt es zur Unterbrechung des Ultraschalls. Dieser Effekt tritt auch bei Gasblasen, durch sich entlösendes Gas aus Rohöl, auf.

Es wird also schon ein Molchdurchgang gemeldet, ohne das ein Molch den Molchdetektor passiert hat.

Mit der Erfindung werden die oben genannten Nachteile der bisherigen Molchdetektoren beseitigt.

Zusätzlich zu den beschriebenen Eigenschaften kann die erfindungsgemäße Anordnung als akustisches Modem für die Datenübertragung aus der Pipeline zu außerhalb angeordneten akustischen Einheiten dienen.

Damit werden Datenspeicher bekannter Inspektionsmolche entlastet und zusätzlich wird die Datenübernahme während der Molchfahrt ohne Öffnen der Pipeline möglich.

Es wird eine Anordnung beschrieben, die außer den Reflektionen der eigenen Ultraschallwellen, weitere Ultraschallwellen empfängt. Diese Ultraschallwellen werden in einem oder mehreren Zeitbereichen zwischen den Reflektionen der ausgesendeten Ultraschallwellen auf Merkmale zur akustischen Identifikation des Molches geprüft.

Mindestens ein von außen auf die Rohrleitung aufgebrachtes Element zum Senden und/oder Empfangen von akustischen Wellen in eine Rohrleitung, sendet periodisch akustische Signale. Diese werden von einem zu identifizierenden Körper empfangen und auf akustischem Weg mit einem gesendeten Impuls oder einer Impulsfolge beantwortet.

Eine akustische Einheit in einem Rohr, dessen Oberfläche aus mindestens einem 1–3 Komposit besteht und den Umfang eines im Rohr befindlichen Körpers bedeckt.

Dieses akustisch sensitives Element ist Teil einer Anordnung zur Identifikation von Körpern in Rohrleitungen und ist an der Außenfläche eines Körpers zur Flüssigkeitsseite hin befestigt und zur Rohrinnenwand gerichtet.

Mit einem akustischen Element aus einem oder mehreren 1–3 Komposit können gekrümmte piezoelektrische Elemente kostengünstig einen Umfang von 360° zum Empfang und zum Senden überdecken.

Besonders geeignet sind dabei solche, wie zum Beispiel die als Macro Fibers Composites (MFC) bekannten flexiblen Strukturen.

Mit einer Interdigitalstruktur kann man akustische Elemente ausreichender Länge herstellen. Damit ist auch bei höherer Strömungsgeschwindigkeit des Öles und damit auch des Molches eine Erkennung gewährleistet.

Weitere Komponenten zum Betreiben der Vorrichtung zur Identifikation befinden sich im von dem akustischen Element umhüllten Raum.

Die Anordnung zur Identifikation kann auch als Teil anderer Systeme aufgebaut werden. Mit dem akustischen Element können auch Ultraschallwellen von sogenannten Markern empfangen werden und als Auslöser für ein akustisches Identifikationssignal dienen.

Bestehende Systeme zur Inspektion von Pipelines oder Schaumstoffmolche zur Reinigung können mit Sektionen zur Identifikation nachgerüstet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, kann diese als akustisches Modem zur Datenübertragung dienen. Inspektionsmolche könne damit an bestimmten Punkten der Pipeline Daten übergeben. Die notwendige Datenspeicherkapazität wird dabei verringert bzw. ergibt sich daraus ein zusätzlicher Sicherheitsaspekt, da im Havariefall nicht alle bisher gesammelten Daten verloren sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung der Signalwege der erfindungsgemäßen Anordnung

2 einen schematischen Aufbau einer möglichen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung

1 zeigt die Signalwege bei der Identifikation eines Körpers (hier Molch) (4) in einer Rohrleitung oder Pipeline (1). Ein mit der Auswerteeinheit (3) verbundenes akustisches Element (2) sendet akustische Impulse (5) in einer für das Rohöl gut zu durchdringenden Frequenz von zum Beispiel 500 kHz durch die Pipeline (1).

Wird vom akustischem Element (8), das mit dem Molch (4) verbunden ist und sich innerhalb der Pipeline (1) befindet, ein akustischer Impuls (5) des akustischen Elementes (2) von außerhalb der Pipeline (1) empfangen, wird von der Auswerteeinheit (7) eine akustische Antwort (6) über ein akustisches Element (8) innerhalb der Pipeline (1) zum akustischen Element (2) außerhalb der Pipeline (1) gesendet.

Die Auswerteinheit (7) steuert die Aussendung der akustischen Antwort (6) so, das diese nicht in den Zeitpunkt des sonnst von der gegenüberliegenden Wand der Pipeline (1) reflektierten Signals (5) beim akustischen Element (2) fällt.

Das akustische Element (8) kann vorteilhafter Weise breitbandig ausgelegt sein.

Als Empfänger und Sender kann ein piezoelektrisches 1–3 Komposit eingesetzt werden. Senden und Empfangen erfolgen über ein akustisches Element (8).

Das akustische Element (8) kann dabei aus einem oder mehreren aktiven Einzelteilen zum Empfang und Senden der Ultraschallwellen bestehen.

So kann das akustische Element aus mehreren parallel nebeneinander angeordneten gekrümmten Streifen aus dem schon genannten MFC bestehen.

2 zeigt den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem akustischem Element (8) aus mehreren Streifen aus MFC (9) bis (14). Die für die Ansteuerung der Streifen aus MFC (9) bis (14) notwendige Elektronik befindet sich in einem Behälter (Zylinder), der Bestandteil des akustischen Elementes (8) ist. Das akustische Element (8) ist Sektion eines Molches (4).

Auf eine detaillierte Darstellung der MFC wird hier verzichtet. Vorteilhafter Weise sind diese durchkontaktiert und werden nur von einer Seite elektrisch angeschlossen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die MFC mit einem zur Kopplung geeigneten Mittel auf der Innenseite eines ultraschalleitenden Zylinders angebracht werden. Damit sind sie gegen Bestandteile des Erdöles geschützt. Die in bekannter Weise notwendigen Bauteile zum Empfangen und Senden von Ultraschallwellen sind auf Elektronikplatinen im Innern des akustischen Elementes (8) angeordnet.

Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet die Identifikation eines Objektes und bei Bedarf auch die Datenübertragung (15) zu einem außerhalb der Pipeline (1) befindlichen akustischen Element (2). Der Empfang und die Abstrahlung der Ultraschallwellen in einem Umfang von 360° erlauben die Montage des akustischen Elementes (2) in beliebiger Lage. Die Lageorientierung des Molches (4) kann ebenfalls beliebig sein.

Claims

Anordnung zur Identifikation von Körpern in einer Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus mindestens einer akustische Signale in die Rohrleitung sendenden und akustische Signale aus der Rohrleitung empfangenden Einheit und aus mindestens einer in der Rohrleitung akustische Signale empfangenden und akustische Signale sendenden Einheit besteht.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Identifikation von Körpern in einer Rohrleitung dienende Einheit zum Empfang und/oder Senden akustischer Wellen in einem Rohr, aus mindestens einen den Umfang eines Körpers abdeckenden akustischen Element besteht.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Element aus mindestens einem, der Krümmung angepassten 1–3 Komposit besteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Element zur Flüssigkeitsseite von einer Schutzhülle umgeben ist, deren Mantelfläche aus einem Ultraschallwellen leitenden Material besteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Element einen Umfang von 360° überdeckt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum jeweiligen bestimmungsgemäßen Betreiben des akustischen Elements notwendigen Komponenten im Innern des vom akustischen Elements umhüllten Raumes angeordnet sind.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Element als Teil oder alleiniger Teil eines Systems zur Identifikation in der Rohrleitung autark arbeitet und mit anderen Körpern, auch systemfremden, kombiniert werden kann.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Betreiben des akustischen Systems außerhalb der Rohrleitung notwendigen Teile über Schnittstellen verfügen und mit anderen, mobilen Systemen allgemeiner Signalverarbeitung kombiniert werden können.
Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das akustischen System Teil eines akustischen Modems zur Datenübertragung zwischen Körpern innerhalb der Rohrleitung und außerhalb der Rohrleitung ist.