DE2240752A1

DE2240752A1 - Verfahren und vorrichtung zur feststellung und lokalisierung von undichtigkeitsstellen an einer pipeline

Info

Publication number: DE2240752A1
Application number: DE2240752A
Authority: DE
Inventors: John S Mullen
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-08-18
Publication date: 1973-02-22
Also published as: US3690150A; CA982846A

Description

DIt. INO. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. MTX.K- · DK. HER. NAT. K. HOFFMANN PATENTANWÄLTE

D-βοοο Mönchen ei · ap.abdllastrasse 4 · telefon (08iij ?no87

Esso Research and Engineering Company, Linden, N.J./USA

Verfahren und Vorrichtung zur Peststellung und Lokalisierung von Undichtigkeitsstellen an einer Pipeline

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung aur Feststellung und Lokalisierung von Undichtigkeitsstellen an einer von einem Medium durchströmten Pipeline.

Systeme' der genannten Gattung sind insbesondere im Zusammen hang mit Fragen der Umweltverauhmutzung und der Ökologie

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außerordentlich wichtig. .Sie v/erden insbesondere dann
benötigt, wenn Erdöl oder Erdgas in großen Mengen durch
Oberland- oder Unterwasserpipelines gefördert wird. Daneben spielen mich wirtschaftliche Gesichtspunkte in sofern eine Rolle, als durch solche Systeme sich die möglichen Verluste verringern lassen und des weiteren Schaden durch Austreten solcher Medien vermieden v/erden können.

Die bisher bekannten Systeme der genannten Gattung beruhen im wesentlichen darauf, daß man die in einer Pipeline eingeführte und abgenommene Menge solcher Medien exakt mißt.
Liegt eine Undichtigkeitsstelle vor, so entsteht eine Differenz zwischen zu-und abgeführter Medienmenge. Die bisher bekannten und korniiierr.iell angewendeten auf Bilanzmessungen beruhende Systeme sind durch ein sogenanntes".Differertial-Strörnungs-Sunmierungssystem"verbessert worden. Bei letzterem hat man versucht, den Meßfehler dadurch zu verringern, daß man mehr auf die Reproduzierbarke.it der Messungen als
auf die absolute QanügkcLt der Ablesung Wert legte. Im
gleichem Maße nämlich, wie sich die Genauigkeit erhöht, wird die Fähigkeit des Systems/ Undichtigkeitsstellen festzustellen herabgesetzt. Kin derartiges System kann nämlich nur dann
Undichtigkeitsstellen anzeigen, wenn diese während des liurchpumpens des Mediums durch die Pipeline auftreten. Es ist daher nicht in der Lage, eine derartige Undichtigkeitsstelle anzuzeigen, falls diese bereits vor Durchströmen der Pipeline vorhanden ist.

Gemeinsam weisen die bekannten Systeme den Nachteil auf, daß die.se, wenn sie sehr empfindlich reagieren, durch dynamische Veränderungen der Betriebsbedingungen in der Pipeline, wie beispielsweise Temperatur^ Druck-oder Viskosität-Schwankungen Fehla.Larme auslösen können. Aue diesem Grunde sind die bekannten Systeme derart ausgelegt, (Saß sie nur bei Auftreten größerer UndJchtigkeltsstellen ein Alarmsignal auslösen.

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BAD ORfQINAl.

Die Meßanzeige eines typischen Systems der bekannten Art_f wo die Differenz zwischen zu- und abgeführter Medienmenge festgestellt wird, setzt sich im wesentlichen wie folgt, zusammen:

/\ Meßanzeige - Undichtigkeit + Meßfehler +_ Volumenänderung längs der Pipeline = Undichtigkeit +0,5 % + (0 bis einigen Prozent).

Eine vorhandene Undichtigkeitsstelle kann somit(bei einer Meßanzeige von θ)durch einen positiven Meßfehler oder durch eine Vergrößerung des Volumens längs der Pipeline verschleiert werden. In gleicher V/eise kann eine nicht vorhandene Undichtigkeitsstelle durch einen negativen Meßfehler oder durch eine Volumenverringerung vorgetauscht werden.

Bei verbesserten Systemen hat man versucht, den Meßfehler dadurch zu verringern, daß man nicht so sehr die absolute Meß-

mauigkeit, sondern die Reproduzierba.rkeit der Messung in den !Vordergrund stellte. Dies bedeutet, daß man zu Beginn der Messung die Meßgeräte nicht abgleicht, und damit auch nicht feststellen kann, ob eine Undichtigkeitsstelle schon vor Einführung des Mediums in die Pipeline vorgelegen hat. Die Meßablesung setzt sich in diesem Fall wie folgt zusammen:

/\ Meßablesung = Undichtigkeit + Meßfehler + Volumenänderung + fehlender Abgleichviert der Meßgeräte = Undichtigkeit + 0,0j5 fo (0 bis mehrere Prozent) + fehlender Abgleichwert der Meßgeräte.

Das Problem eine undichte Stelle_nicht feststellen zu..kcinnen, bzvr. des Auftretens eines Fehlalarmes existiert somit weiter. Obwohl der Meßfehler geringer ist,sind die Volumenänderungen längs der Pipeline trotzdem so groß, daß vorhandene Undichtigkeitsstellen dadurch ohne weiteres verschleiert v/erden können.

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BAD ORfGtNAL

Zu den genannten Nachteilen der bekannten Systeme kommt noch, daß fliege nicht in der Lage sind, eine Lokalisierung der Undichtigkeitsstelle zu ermöglichen. Das bedeutet, daß man bei Vorhandensein einer Undiohtigkeitsstelle eine sehr ausführliche Boden-und Luftuntersuchung zur Lokalisierung der betreffenden Stelle durchführen muß. Dies wiederum ist mit sehr kostspieligen und zeitraubenden Stillegunonder Pipeline verbunden.

Des weiteren v/ei .sen die bekannten Systeme den Nachteil auf, daß es hiermit nicht möglich ist, nachzuweißen ., ob der Alarm auf eine Undichtigkeitsstelle oder auf einen Fehler in den Meßgeräten zurückzuführen ist. Dies bedeutet aber, daß das Bedienungspersonal aufgrund der bisherigen Bctriebutaugiichkeit des Meßoystems zu entscheiden hat, viie weit der gegebene Alarm mit hoher Wahrscheinlichkeit auf eine Undichtigkeitsstelle oder auf eine der vorgenannten Fehlermöglichkeiten zur üc lege führt werden kann. Sofern in der Vergangenheit Fehlalarme häufiger ausgelöst worden sind,- wird man dazu tendieren, eine erneute Alr.rriianzeige ähnlich zu interpretieren und von einer Stillegung einer Pipeline wegen der damit verbundenen wirtschaftlichen. Folgen Abstand nehmen. Da die bisher bekannten Systeme wegen.der schwankenden Betriebsbedingungen längs der Pipeline solche Fehlalarme leicht auslösen können, ist eine derartige mögliche Interpretation von Alarmsignalen relativ häufig vorgekommen.

Dem gegenüber·liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, mit denen bereits sehr geringfügige Undiohtigkeitsstellen selbst dann festgestellt werden, wenn längs der Pipeline durch Temperatur-j Druck·-und Viskositätschwnnkungen veränderte Betriebsbedingungen auftreten.

Erfindungsgemäß v;ird diese Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

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BAD ORtGINAL

a) Aufbringen eines ersten Druckes innerhalb der Pipeline

b) Bestimmen der zu- und abgeführten Menge des durch die Pipeline strömenden Mediums unter Beibehaltung des ersten Druckes

c) Verringerung des ersten Druckes auf einen niedrigeren zwo i. ton Druck

d) Bestimmen der zu- und abgeführten Menge des durch die Pipeline strömenden Mediums unter Beibehaltung des '/,viol ten Di'nc kos '

e) Vergleich der Messungen boi den beiden Drücken, wobei die Differenz zwischen den Messungen beim ersten und zweiten Druck ein Maß für die Zunahme einer vorhandenen Undichtigkeitsstelle innerhalb der Pipeline darstellt.

Durch die Erfindung lassen sich kleinere Undiichtigkeitsstellen als bisher möglich feststellen, Des weiteren wird vermieden, daß Fahlalarme ausgelöst werden, da veränderte Betriebsbedingungen der Pipeline in Folge von Druck-, Temperatur- und VIskosltätsänderungen keinen Einfluß auf das Meßsystem ausüben. Die auftretenden Veränderungen v/erden vielmehr gegeneinander aufgehoben, ln-dem diskrete Sätze von Meßablesungen einmal

ι . ■

unter einem hohen Druck in·der Pipeline und zum anderen unter

einem niedrigen Druck In der Pipeline miteinander verglichen worden. Durch diese relativ 'kurzfristig durchführbaren getrennten Messungen ergeben sieh somit zwei gegeneinander ab- \ wägbare Übersichten über das gesamte System, so daß langer anj dauernde dynamische Verschiebungen, beispielsweise durch thermische Ausdehnung^ keinen Einfluß ausüben". In anderen Worten wird nur die Uirkung des Druckes auf eine Undichtigkeltsshel.b ι festgestellt.

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BAD ORIGINAL

Durch (Ue vorliegende Erfindung läßb sieh ferner die Lokalisierung der UndichtLgkeifcnr.beHe längs der Pipeline ohne zeitraubende Untersuchungen durchführen. Dadurch werden die Stillstandszeiten der Pipeline; wesentlich verringert.

MLb der vorliegenden Erfindung läßb .sich ferner ein fehlerhaften; Arbeiten der» Systems in einfacher V/eine überprüfen. Wird in einem bestimmten Segment einer Pipeline eine Undichtigke ibss teile angezeigt, so darf diese Anzeige nur in diesem Segment erfolgen, während ein Fehler innerhalb des Meßsystems, beispielsweise im Anzeigegerät, zu einer Anzeige In allen Segmenten führt. Dies würde an allen Stellen einer Pipeline eine Undichtigke ibsstelle vortäuschen. Solern dies der Fall ist, kann man davon ausgehen, daß das Meßsystem fehlerhaft arbeitet.

Zur Feststellung von UndichtigkeItssbellen sind bereits Systeme bekannt, die eine Änderung des Druckes längs einer Pipeline messen. Diese Systeme cirbeiten nach dem Prinzip, daß eine durch eine UndichtigkeLbssbelle bedingte Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit einen Druckabfall verursacht. Dei der vorliegenden Erfindung wird jedoch zum Feststeilen einer Undichtigkeitssteiie die Differenz der Strömung gemessen, in-detii man den Druck innerhalb der Pipeline in vorgegebener Welse erhöht, b^iw. erniedrigt. Dies hat zur Folge, daß die durch die Undichtigkeifcsstelle ausströmenden Mengen ebenfalls erhöht bzw.vermindert werden. Durch die Meßeinrichtung werden diese Veränderungen festgestellt.

Des weiteren verwenden die bekannten Systeme Drucksensoren, die in gleichbleibenden Abständen längs der Pipeline angeordnet werden. Es sind Jedoch keine Mittel zum Messen der Strömung am Einlaß und Auslaß einer Pipeline vorgesehen, wie dies bei der Erfindung der Fall ist, bei der die Anbringung von Drucksenscren längs der Pipeline nicht erforderlich sind. Allerdings erfordert das erflndungsgemäße Verfahren

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;.-:jVJis-ΐ:νi ;iy\;-v,:v!fiO BAD ORIGINAL

eine Einrichtung zur Erhöhung' und Erniedrigung, des Druckes in der Pipeline in einer bestimmten Art und Weise.

Durch die Erfindung läßt sich nicht nur eine Undichtigkeitsstelle feststellen, sondern ferner das Segment einer Pipeline lokalisieren, in dem die Undichtigkeitsstelle vorliegt. Des weiteren kann durch die Erfindung' in einfacher Meise
überprüft werden, ob der Meßwert tatsächlich auf eine Undichtigkeitsstelle oder durch eine Fehlanzeige des.Systems bedingt ist.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Feststellung und Lokalisierung von Undichtigkeit ssteilen,

. la in Diagrammform die durch die Vorrichtung nach Fig. gemessene Druckverteilung längs einer Pipeline,

Fig. 2 schematisch eine Ansicht einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung zur Lokalisierung einer Undichtigkeitsstelle,

Fig. 2a - 2c -in Diagrammform die durch die Vorrichtung nach

Fig. 2 gemessene Druckverteilung in verschiedenen Segmenten der Pipeline ,

Fig. 5 und j5a zur Erläuterung der Vorgehensweise zum Feststellen einer Undichtigkeitsstelle eine Darstellung in Diagrammform der Strömungsmeßanzelge über der Zeit.

.Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Pipeline verschiedenen Drücken ausgesetzt. Liegt eine Un-. dichtigkeitssteile vor, so ist die aus der Pipeline ausströmende Medienmenge bei höheren Drücken größer als bei

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ORIGINAL INSPECTED ._ β -

niedrigen Drücken, was sich wiederum auf die Meßablesung entsprechend auswirkt. Um die Abgabe von Alarmsignalen bei kurzzeitigen Veränderungen der Betriebsbedingungen zu vermeiden, beispielsweise bei Übergang von einem Medium zum anderen, erfolgen jeweils mehrere Ablesungen bei jedem Druck, bevor ein Alarmsignal erfolgt. Sobald eine bestimmte Anzahl.von Ablesungen vorgenommen worden ist, wird das Alarmsignal entweder durch einen Rechner oder/ein" elektronisches Gerät, das zur Steuerung des Systems dient, ausgelöst. Bei Verwendung eines Rechners wird dieser dabei so programmiert, daß eine vorzci tige Alarmabgabe verhindert wird. Falls ein elektronisches Gerät verwendet wird, wird diese Funktion von logischen Kreisen übernommen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet dabei wie folgt. Sie basiert auf dein bereits erwähnten Prinzip, daß ein in der Wandung der Pipeline vorhandenes Loch bei höheren Drücken zu einer größeren Ausströmmenge führt als bei niedrigeren Drücken. Es werden somit Meßgeräte verwendet, die die einströmende und ausströmende Menge eines Mediums ermitteln, wobei man zuerst beim höheren und dann bei einem geringfügig niedrigeren Druck mißt. Die Differenz zwischen beiden Ablesungen ist ein Maß für die Zunahme der ausströmenden Flüssigkeitsmenge in Folge der Druckänderung. Mathematisch läßt sich dies wie folgt ausdrücken: ^!

(1)Δ Meßablesung _T,.^ Undichtigkeit + Meßfehler

Ui _Hi -

+ Volumensänderung + gegenseitige Versetzung

(2)Δ Meßablesung _T ^ Undichtigkeit + Meßfehler

+ Volumens- ^ljü

änderung + Versetzung

Durch Subtraktion der Gleichung (2) von (1) ergibt sich:

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■?.,,3

BAD ORIGINAL

(3) £& Meföablesung = ^ Undichtigkeit + ^Meßfehler + Λ Völumsnsänderungen +0

Da die bei hohen und niedrigen Drücken vorgenommenen Ablesungen in Eeitabständen von wenigen Minuten vorgenommen werdenj ist der Ausdruck &Volumensänderung weniger als 0,01 $ und kann daher vernachlässigt werden. Somit ergibt sich;

■ (4}i& Meßablesung= Uni ichtigkeit + Meßfehler

(5) = Undichtigkeit + G,04 % (typischer

Meßfehler)

Durch Mittelviertbildung von mehreren Einzelmessungen kann die Genauigkeit weiter verbessert werden;

Meßablesung = Undichtigkeit ± 0,01

Aus der Gleichung(6)folgt, daß die erfindmigsgemäße Vorrichtung.durch veränderte Betriebsbedingungen nicht beeinflusst wird, sondern die^\ Meßablesungeri alleine von vorhandenen Undichtigkeitsstellen abhängen. Demzufolge können auch keine Pehlinterpretationen von Meßergebnissen dergestalt aufti'eten, daß Undichtigkeitsstellen vorgetäuscht" werden.

Mit der Erfindung läßt sich ferner eine Lokalisierung derjenigen Abschnitte oder Segmente einer Pipeline vor nehmen, bei denen eine Undichtigkeitsstelle vorliegt. Die dazu verwendeten Geräte entsprechen denjenigen zur Feststellung der Undichtigkeitsstelle an sich. Zur Lokalisierung der Undichtigkeittsstelle wird der Druck längs der Pipelineabsclinitte verändert. Da auf diese Weise der fehlerhafte Abschnitt einer Pipeline sofort

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' ^: BAD ORKSlNAt

ermittelt werden kann, läßt sich insbesondere bei langen Pipelines eine schnelle Reperatur vornehmen, ohne dass aufwendige Boden- und Luftuntersuchungen hierzu erforderlich sind. Des weiteren wird die Wartung einer Pipeline hierdurch vereinfacht und was noch wichtiger ist, bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung einen besseren Schutz gegen Umweltverschmutzungen.

Durch die Erfindung wird ferner die Möglichkeit einer pasitiven überprüfung dahingehend geschaffen, ob eine Meßanzeige auf eine tatsächlich vorhandene Undichtigkeit; zurückzuführen ist oder nicht» Das für den Betrieb der Pipeline zuständige Bedienungspersonal wird hierdurch in die Lager versetzt, stets die richtigen Schritte vorzunehmen» Palis tatsächlich eine Undichtigkeit vorliegt, kanto die Pipeline daher stillgelegt und eine Untersuchung vorgenommen werden. Im Falle einer Fehlanzeige bedarf es hingegen nur einsr Fehlersuche in der Meßeinrichtung. Dieser Aspekt der Erfindung ergibt sich als Ncbenresultat bei der Lokalisierung einer Undiohtigkeibssteile. Falls nämlich eine solche im gesamten System von der Meßeinrichtung angezeigt wird, werden bei einzelnen Segmenten der Pipeline gesonderte Messungen vorgenommen. Sofern die verwendete Meßeinrichtung oder die elektronischen Geräte fehlerhaft arbeiten, wird bei jedem einzelnen Segment der Pipeline dann ebenfalls eine Undichtigkeitsstelle angezeigt; ein Umstand der äußerst unwahrscheinlich ist. Vielmehr läßt sich daraus schließen, daß die Meßapparatur nicht zufriedenstellend arbeitet, da bei einwand*- frelen Geräten eine Undichtigkeitsstelle nur in einem Segment tatsächlich an-zunehmen ist.

Die erfindunr;sgeinäße Vorrichtung unterscheidet sich gegenüber bekannten auch dadurch, daß eine Änderung der Betriebsbedingungen nämlich des Drucken in dor Pipeline vorgenommen und dessen Einfluß auf die Vorrichtung überprüft wird. Dies kann

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ebenfalls.in den verschiedenen Segmenten der Pipeline zur Lokalisierung einer Undichtlgkeitsstelle und zur Überprüfung der Meßeinrichtung auf ordnungsgemäßen Be-trieb erfolgen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch in sofern einzigartig, als bei ihr einzelne bzw. diskrete Meßablesungen und nicht veränderte Ein- und Ausströmmengen am Ende der Pipeline ermittelt werden. Dadurch können durch sich ändernde Betriebsbedingungen verursachte Einflüsse eliminiert v/erden. Durch diskrete Ablesung in relativ kurzen Zeitintervallen lassen sich die Einflüsse von kurzzeitigen Betriebsveränderungen der Pipeline sehr klein halten, und darüberhinaus durch Subtraktion derselben können diese Einflüsse vollkommen eliminiert werden. Bei. den bisher bekannten Systemen wurden die Ablesungen in bestimmten Zeitintervallen wiederholt, so daß Änderungen der Betriebsbedingungen und des Volumens der Pipeline,als Undichtigkeitsstellen leicht interpretiert werden .-könnten.

Die genannten Merkmale insbesondere die Ermittlung von diskreten Daten bei zwei verschiedenen Drücken ermöglicht die· .Verwendung von Statistischen Ausleseverfahren, wie beispielsweise Mittelswertbildung und Signifikantstests. Auf diese Weise kann der Standardfehler der Ablesungen herabgesetzt bzw. die Zuverlässigkeit in der Beurteilung erhöht v/erden, ob tatsächlich eine Undichtigkeitsstelle vorhanden ist, oder ob es sich eventuell nur· urn normale Schwankungen handelt. Letztlich führt die erfindungsgemäße Vorrichtung daher zur Feststellung selbst kleinster Undichtigkeitsstellen mit hohem Zuverlässigkeitsfaktor.

Bei· sehr langen Pipelines slid die mit der Erfindung verbundenen Vorteile noch signifikanter. Da in diesem Fall

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sehr hohe Pipelinevolumina vorhanden sind,können diese sich bei Ar dehnung oder Kontraktion stärker auf die Messungen auswirken. Durch die vorliegende Erfindung kann nämlich der Einfluß des von der Pipeline umschlossenen "Volumens auf die Meßablesungen eliminiert werden.

Ein weiterer Vorteil dererfindungsgernäßen Vorrichtung gegenüber bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß die strömungsmesser keine absolute Genauigkeit aufweisen müssen. Vielmehr ist die Reproduzierbarkeit der Ablesungen ungleich wichtiger, so daß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine teuren und zeitaufwendigen Eichungen der Strömungsmesser erforderlich sind. Des weiteren braucht die Meßablesung im Bezug auf das Volumen nicht auf 15°C korrigiert worden, da bei der vorliegenden Erfindung die Unterschiede zwischen den Ablesungen bei hohen und niedrigen Drücken mit-einander lediglich verglichen werden. Somit lassen sich die tatsächlichen Mcßablesungen unmittelbar verwenden^wodurch die Investitionsund V/artuxigskosten für Einrichtungen zur Temperatur- und Viskositätsmessung nicht anfallen. Ferner entstehen dadurch nicht die mit derartigen Meßeinrichtungen verbundenen v/eiteren Ungenauigkeiten, die sich wiederum auf die Meßgenauigkeit zur Feststellung von Undichtigkeitsstellen entsprechend auswirken. Einige dieser Einrichtungen erfordern ferner häufige VJartung, so daß durch Vermeidung derartiger Einrichtungen sich die Zuverlässigkeit des gesamten Meßsyotemes erhöht.

Anhand eines Rech-en-Beispiels kann geneigt v/erden, daß sieh mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtungen Undichtigkeiten der Größenordnung von 0,1 % ohne weiteres feststellen lassen:

Ausgangswerte: Strömungsmenge 2000 B/Std.

' Roproduzierbarkeit = O₄O-? Vol. % " Standardabwoichuriß £ = 0,007 Vol. %

= 0,1''i ΒΒΓ-S/Std.

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Wenn P₁ und P₂ Meßgeräte bezeichnen, welche entlang einer !Pipeline angeordnet sind, ergibt sich:

(1) Undichtigkeiten bei Druck Hi = L_m = Fl_Hi - P2 _χ

(2) Undichtigkeiten bei Druck Lo = L_Lö = F1_Lq -■ P2_Lq

L(Hi) ^= JMn(Hi²) + F2 (Hj²)

+ (Q, 1,4 0,2 BBLS/Std,

Standardabweichung der Undichtigkeiten bei niedrigem-Druck = 0,2 BBLS/Ötd.

(5) Unterschied zwischen den Undichtigkeiten = A L =

^JHi Τ,ο-

(6) Standardabweichung von Al> - (? Δ L - f _P o¹

L(Hi)- + L(Eo)

η η

wobei η ^ Anzahl von Meterablesungen; Falls η als 16 angenommen wird, ergibt sich:

(7) 6' ^L= \/ 0,2² + 0,2² ' = 0,0?" BBLS

1.6 16

Der in Gleichung (7) angegebene Wert ist die zu erwartende Standardabviolchung zwischen den Meßablesungen bei hohem und bei niedrigem Druck, Falls diese Differenz größer als drei

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Standardabweichungen bzw. größer als 0,21 BBLS ist, dann kann mit sehrhoher Sicherheit davon ausgegangen werden, daß in der Tat eine Undichtigkeitsstelle vorliegt. Unter der Annahmej dass der Pipelinedruck um etwa 20 % herabgesetzt wird, dann ergibt sich eine Variation der Undichtigkeit von ungefähr 10 %_t Dieswiederum entspricht einem Wert von 0,21 BBLS, so daß die Größe der Undichtigkeit auf etwa 2,1BBLS pro Stunde festgelegt werden kann.

Während bei dem erwähnten Beispiel Druckänderungen um 20 % vorausgesetzt worden sind, versteht es sich, daß die verwendeten Druckänderungen je nach gewünschtem Genauigkeitsinaß zur Feststellung einer Undichtigkeitsstelle beliebig variiert werden können. Kleinere Undichtigkeitsstellen lassen sich zweckmäßigerweise bei größeren Druckdifferenzen ermitteln. Da die Pumpgeschwindigkeit bei etwa 2000 B pro Stunde liegt, kann das System eine Undichtigkeit von ungefähr 0,1 Vol.-$ der Strömungsmenge feststellen.

Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich Undichtigkeitsstellen selbst während jener Zeitintervalle feststellen, während der sich aufgrund von Temperaturänderungen das Volumen des innerhalb der Pipeline befindlichen Materials verändert. Bei den bislang bekannten Systemen war eine Messung während dieser Zeitintervalle nicht möglich. Da jedoch bei der Erfindung eine vergleichende Messung vorgenommen wird, tritt dieses Problem nicht auf. Sich ändernde Temperaturen führen zu einer Drift der Meßablesungen am Einlaß und Auslaß, wobei jedoch diese Drift die Messungen sowohl bei hohem als auch bei niedrigem Druck in gleicher V/eise berührt. Sie eliminiert sich somit von selbst, so daß sie bei der Feststellung von Undichtigkeitsstellen teine Rolle spielt. Bei den bislang verwendeten Systemen können desweiteren£eitintervalle von mehreren Stunden auftreten, bei denen eine Messung auf Undichtigkeit nicht durchgeführt werden kann. Dies ist bei Einschalten der Pumpe oder bei Umschalten

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von einem Tank auf den anderen der Fall. Mit der Erfindung lassen sich jedoch auch während dieser Zeit ohne Unterbrechung Messungen durchführen. ■

Zur Lokalisierung der Undichtigkeitsstelle werden längs der Pipeline Ventile vorgesehen, mit deren Hilfe der Druck in aufeinanderfolgenden Abschnitten oder Segmenten der Pipeline sich erhöhen oder erniedrigen läßt.

Nach-dem das grundsätzliche Prinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, wird im folgenden auf die Zeichnung Bezug genommen, in der gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche oder ähnliche Teile in den verschiedenen Figuren beziehen. Nach Figur 1 ist eine Pipeline 10 vorgesehen, durch" die mittels einer Zentrifugalpumpe 12 eine Flüssigkeit oder ein Gas zu einem Tank lh gefördert wird. Im Bereich des Pumpenendes der Pipeline ist ein Ventil V₁ angeordnet, welches mit einem by-pass versehen ist. Arn anderen Ende der Pipeline im Bereich des Tankes 14 befindet sich ein ähnlich dem Ventil V₁ ausgebildetes zweites Ventil Vp. Der Druck innerhalb des Systems kann durch Öffnen und Schließen der Ventile V₁ und V₂ erhöht bzw. erniedrigt werden, wodurch sich ein Druckgefälle ergibt, wie dies schematisch in Figur la dargestellt ist. Das Öffnen und Schließen der Ventile V, und V^ erfolgt durch elektrische Signale, die von einer schematisch dargestellten Steuereinheit 16 abgegeben werden. Anstelle eines Ventils mit einem by~pass/ebenfalls ein Ventil mit einer veränderbaren Durehflußöffnung vorgesehen xverden. An den beiden Enden der Pipeline 10 sind Standardturboströmungsmesser M₁ und M₀vorgesehen, mit v/elchen die zugeführten und abgeführten Strömungsmengen ermittelt v/erden können. Die elektronische * Steuereinheit 16 weist Steuereinrichtungen zur Bestimmung des Druckes in der Pipeline und zur Ventileinstellung auf.

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Dabei werden zur Steuerung des Druckes in der Pipeline Signale ausgesandt. Ferner können automatisch alle notwendigen Schritte unternommen werden, sofern die Drucksteuerung nicht zufriedenstellend arbeitet. Ferner ist ein Signalkcmparator vorgesehen, der mit den Turboströmungsmessern M. und M₂ in Verbindung steht. Der Komparator überwacht die Strömungszufuhr und-abfuhr und legt die Zeitintervalle fest, zu welchen Meßablesungen vorgenommen werden sollen. Diese werden dann eingespeichert und überprüft. Fernerhin können in der Einheit 16 alle notwendigen Berechnungen zur Mittelwertbildung und zum Vergleich der Strömungsmengen durchgeführt werden. Verschje dene Konfigurationen und Arten von Ventilen und Strömungsmessern können verwendet werden, wobei die Wahl dieser Geräte zum Teil von der Art der verwendeten Pumpe und zum Teil davon abhängt, ob die Pipeline in einer oder in beiden Pichtungen zum Transport eines Mediums eingesetzt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Meßgeräte vorgesehen, durch die die Strömung in und aus der Pipeline bestimmt \ierden kcmn. Fernerhin sind Einrichtungen vorgesehen, um den Druck in der Pipeline zu erhöhen oder zu erniedrigen. Dabei kann es sich um Steuerventile bzw. Drosselstellen innerhalb der Pipeline oder um Steuereinrichtungen an den Pumpen oder Kompressoren für das durch di^ipeline zu transportierende Medium handeln. Ferner sind Ubertragungs- und Steuereinrichtungen vorgesehen, um die Strömungsmengen festzulegen und den Druck diesbezüglich zu verändern. Diese Einrichtungen bestehen aus elektronischen Standardübertragungselementen, sowie elektronischen Logik-Kreisen in einer Instrumentation. Vorzugsweise wird ein digitaler Kleinrechner in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet. Dies ist jedoch absolut nicht erforderlich. Des weiteren braucht die Gerätschaft nicht die Bereclmungen für den Vergleich der Meßable.<mngcn selbst vor zunehmen. Vielmehr kann dioßdurch Locik-Kvelse und geeignete Register oder durch einen digitalen Kleinrechner ebenfalls

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jVA-'.M'iÜ GA6 J.

erfolgen.

Figur la zeigt graphisch den Druckverlauf längs einer Pipeline. Dieser Druck läßt sich erhöhen oder erniedrigen/ indem am Einlaß oder Auslaß der Pipeline veränderliehe Drosselstellungen vorgesehen werden; Dies hangt da.von ata/ ob die Strömung nur in einer oder in beiden Richtungen erfolgt. Falls das dinlaßseitig vorgesehene Ventil V₁. offen und das auslaßseitig vorgesehene Ventil Vp geschlossen ist, liegt in der Pipeline ein hoher Druck vor, wobei die Druckmessung für den hohen Druck zwischen den Ventilen V₁ und V₀ erfolgt.

) Λ. (Z.

Falls das Ventil V, geschlossen und das Ventil V₂ geöffnet ist, stellt sich ein niedriger Druck in der Pipeline zwischen den Ventilen V-, und V₀ ein, so daß die entsprechende Druckmessung für den niedrigeren Druck vorgenommen werden kann. Die Druckdifferenz D resultiert aus den Verhältnissen bei Erhöhung und Erniedrigung des Druckes. Sie bewirkt,·-, daß eine vorhandene Undichtigkeit mehr oder weniger stark . zur zur wirkung kommt, so daß ein vorgesehener Strömungsmesser die Veränderungen erfassen und eine diesbezügliche Anzeige veranlassen.kann. ' ' . -

Figur 2 zeigt scheniatisch ein anderes Verfahren zur Lokalisierung von einer Undichtigkeitsstelle an einer-Pipeline.» An verschiedenen Stellen längs der Pipeline sind zu diesem Zweck Ventile und by.-Pässe vorgesehen; mit denen der Druck in bestimmten Abschnitten der Pipeline erhöht und erniedrigt werden kann» Dadurch läßt sich eine Undichtigkeit in einem bestimmten Abschnitt bestimmen. Die Figuren 2a , 2b und 2c zej gen graphisch die verschiedenen Schritte, die zur Lokalisierung einer Undichtigkeitsstolle vorgenommen werden. Sobald eine Undichtigkeitsstelle festgestellt worden ist, werden bestimmte Abschnitte der Pipeline einer Druckerhöhung bzw» Erniedrigung ausgesetzt, wodurch das undichte Segment bestimmt werden kann. Während des normalen Betriebes sind die Ventile V₂, \^r _v und Vj₊ geöffnet während die Endventile

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BAD ORIGINAL

Vj und V,- zyklisch geöffnet und geschlossenvjerden, um dadurch den Druck in der Pipeline zu erhöhen bzw« zu erniedrigen. Dieser Zyklus ist in Figur 2a dargestellt. ^: Sobald eine Undichtigkeit vorliegt, bleibt das Ventil V_r offen,während die Ventile V und V„ nunmehr zyklisch geöffnet bzw. geschlossen werden. Die diesbezügliche graphische Darstellung ist in Figur 2h gezeigt» Falls immer noch eine Undiehtigkeitsntello vorhanden ist, muß in gleicher Weise zwischen den Ventilen V, und Vp vorgegangen v/erden, und falls auch hier die betreffende Stelle nicht vorliegt, dann muß sie weiter stromabx^ärts des Ventils V₀ sein. Bei cer dargestellten Vorrichtung 1st in diesem Fall keine Undiohtigkeitsstello vorhanden, da diese zwischen den Ventilen V, und V₇. liegt und der Druck innerhalb dieses Abschnittes nicht verändert wird. Der nächste Schritt besteht darin, dr.f man das Ventil V- offenläßt während'die Ventile V₀ und V_v ^wie üblich geschlossen bzw. geöffnet werden, so daß der Druck innerhalb des Bereiches verändert v/erden kann.

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In dem beschrieb-enen Beispiel wurde dann eine Undichtigkeit "vorliegen, · ^fiie zwischen den Ventilen V₀ und V, liegt. Dies ist in Figur 2c graphisch wiedergegeben.

Figur 5 und 3a zeigen graphisch das Verfahren zur Peststellung einer Undichtigkeitsstelle. Figur JJ bezieht sich auf jenen Zustand, bei dern keine Undichtigkeit vorliegt, wobei angenommen wird, daß konstante Kinströn.bedingungen vorliegen. Dieser Zustand wird durch keinen signifikanten Unterschied zwischen den Meßablesungen bei hohem und bei tiefem Druck,(d.h. Λ Hi - Δ Lo ·--. 0)angezeigt. Die Meßablesung fällt Wje dargestellt mit dor Zeit ab, was durch ein Abkühlung der Pipeline bedingt ist. Dadurch wird das innerhalb der Pipeline transportierte Material in seinem Volumen geringer, so daß sich eine temporäre Reduzierung der Ausflußmenge ergibt. Konventionelle ßystoiao würdcni dies als Undichtigkeit deuten. Figur 3a zeigt den Zustand bei Vorhandensein einer Undichtlßkeitastelle. Eine solche v.ird dabei durch einen wesentlichen

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Unterschied zwischen den Meßablesungen bei hohem und niedrigen Druck (d.h. 4 Hi - Ά Lo ψ O ) bestimmt. _ '

Die erfindurgsgemäße Vorrichtung kann kleine Undichtigkeit»- stellen ,die häufig oder relativ selten auftreten, feststellen« Eine diesbezügliche Überprüfung der-Pipeline kann in Zeitintervallen von wenigen Minuten wiederholt werden, wobei die Zeitintervalle durch die Geschwindigkeit der VentIlbetät3gmg und die Länge der Pipeline bestimmt sind..- Im Rahmen der: vorliegenden Erfindung können ebenfalls sehr große Undichtigkeitsstellen beispielsweise durch einen Bruch der Pipeline .auf kontinuierliche V/eise- ermittelt werden. In diesem Fall werden die Meßables-ungen für die Einfluß- und Ausflußmenge kontinuierlich grob miteinander verglichen, so daß sich ein direkter Alarm ergibt, "falls die auftretenden Differenzen größer als ein bestimmter Prozentsatz sind.

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Claims

Patentansprüche

il"7\ Verfahren zur Feststellung und Lokalisierung einer Lyftdiohtigkeitsstelle an einer von einem Medium durchströmten Pipeline, gekennze lehnet, durch folgende Schritte:

(a) Herstellen eines ersten Druckes in der Pipeline,

(b) Bestimmen der Einfluß- und Ausflußmenge des durch die Pipeline strömenden Mediums unter Beibehaltung des ersten Druckes,

(c) Verringern des ersten Druckes auf einen niedrigeren

Druck,

(d) Bestimmen der Einfluß- und Ausflußmenge des durch die Pipeline strömenden Mediums unter Beibehaltung des zweiten Druckes, und

(e) Vergleich der Messungen bei swei verschiedenen Drücken, wobei die Differenz zwischen den Messungen bei dem ersten und dem zweiten Druck ein Maß für die Zunahme einer bestehenden Undichtigkeitsstelle darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ~ ζ ei c h η e t, daß bei den ersten und zweiten Drücken jeweils mehrere Messungen vorgenommen werden und daß ausgehend von diesen Messungen eine·Mittelwertbildung durchgeführt wird, so daß nur eine vorhandene Urxlichtigkej.tsstelle die Vergleichsmessung beeinflussen kann.

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Z>. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e η η ν, e i ο h η e t, daß die ersten und zweiten Drücke über die gesamte Lange der Pipeline aufgebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e~ kennzeichne t, daß die ersten und zweiten Drücke zur Lokalisierung einer Undichtigkeitsstelle nacheinander in verschiedenen vorgegebenen Abschnitten der 'Pipeline- aufgebracht werden.

5. Verfahren'nach Anspruch K, dadurch g e k e η η - ζ ei ο h η e t, daß die Zufluß- und Ausflußmengen bsi den ersten und zweiten Drücken in vorgegebenen Teilen der Pipeline b--stimmt werden,

6. Vorrichtung z,uv Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüclie 1 bis 5» fs ^f- kennzeichnet, durch folgende Elemente:

(a) im Bereich des Ein- und Auslasses der Pipeline vorgesehene Strömungsmesser (Hi·, M₀), zur !Bestimmung der Zufluß- und Ausflußmengen,

(b) im Bereich der Pipeline (10)'vorgesehene Ventile (V, bis Vp-), zur Änderung des Druckes der Pipeline,

(c) eine mit den Ventilen (V₁ bin V_r) zu deren Steuerung verbundene Steuereinrichtung (16) , wobei die Steuereinheit (16) mit den StromungsnieBsern (M₁," Mg) verbunden ist,.so daß die einströmenden und ausströmenden Plüssigkeitsmengen registrierbar- sind,

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η-·

ζ e 1 c h net, daß die Pipeline (10) in einzelne Abschnitte unterteilt ist, zwischen denen Ventile (V₁ bis Vp-) angeordnet
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ORtGlNAL INSPECTED

sind j und ünli die Steueroinr.i ohtunc (^:l6) mit den Ventilen (V, bis V_r) verbunden int, v,o daß dor Druck innerhalb der einzelnen Abschnitte der Pipeline (10) zyklisch veränderbar ist.

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