DE3930530C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lecküberwachungseinrichtung für Rohrleitungen zum Transport flüssiger oder gasförmiger Medien mit wärmeisolierender Ummantelung.

Solche Rohrleitungen dienen dem Transport von flüssigen oder gasförmigen Medien mit einer Temperatur, die von der Umgebungstemperatur abweichen kann. Um einen Wärmeverlust des transportierten Mediums oder eine Wärmezufuhr aus der Umgebung der Rohrleitung in das transportierte Medium zu vermeiden, sind Rohrleitungen mit der wärmeisolierenden Ummantelung versehen. Des weiteren hat diese Ummantelung der Rohrleitung den Zweck, die Rohrleitung vor aus der Umgebung der Rohrleitung eindringende Medien, insbesondere vor eindringendes Wasser zu schützen.

Bei solchen Rohrleitungen gilt es, Fehler an der Rohrleitung selbst oder an deren Ummantelung festzustellen. Deshalb sollte eine Überwachungseinrichtung möglichst allen folgenden Anforderungen genügen:

• a) Überwachung auf einen Isolierungsdefekt der Transportleitung;
• b) Überwachung auf einen Isolierungsdefekt der Ummantelung der Transportleitung gegenüber des sie umgebenden Erdreichs;
• c) Bestimmung des Maßes der aufgeführten Isolierungsdefekte;
• d) Überwachung auf Funktionsfähigkeit der Überwachungsleitungen;
• e) Unterscheidung zwischen den möglichen Isolierungsdefekten;
• f) Ortung der Isolierungsdefekte;
• g) Meldung und Registrierung von Isolierungsfehlern;
• h) Einleitung von Schutzvorkehrungen zur Schadensbegrenzung.

Eine Lecküberwachungseinnrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 32 32 211 bekannt. die bekannte Einrichtung dient zur Überwachung von Rohrleitungen, insbesondere Fernheizleitungen, die neben der Rohrleitung aus mindestens einer die Rohrleitung umgebenden Ummantelung bestehen. Zur Überwachung der Feuchtigkeitsaufnahme des Zwischenraumes zwischen Rohrleitung und Ummantelung ist bei dem bekannten Gegenstand ein Überwachungsleiter vorgesehen, welcher feuchtigkeisempfindliche Sensoren enthält. Zur Messung des sich aufgrund des Feuchtigkeitseinflusses ändernden Isolationswiderstandes der Überwachungsleitung ist darüber hinaus ein Meßgerät erforderlich, um den Eingangswiderstand, d. h. den Isolationswiderstand zwischen Überwachungsleiter und einem Bezugspotential, zu messen. Allerdings ist die bekannte Lecküberwachungseinrichtung bei der Überwachung von sehr langen Rohrleitungen weniger gut geeignet, da bei ihr dem Meßergebnis nicht entnommen werden kann, an welcher Stelle au der Rohrleitungslänge das Feuchtigkeitsleck lokalisiert ist.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lecküberwachungseinrichtung für Rohrleitungen zum Transport flüssiger oder gasförmiger Medien der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß insbesondere für die Anwendung bei sehr langen Rohrleitungen die Fehlerquelle mit hinreichender Genauigkeit lokalisierbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lecküberwachungseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist die Rohrleitung in mehrere Abschnitte unterteilt, die entweder einzeln durchgemessen werden können oder serienweise verschaltet überprüfbar sind. Durch die von außen zugänglichen Meßpunkte kann die mit der Fehlersuche beauftragte Person entscheiden, ob sie zur Messung einzelner Rohrleitungsabschnitte die Überwachungsleiter so verschaltet, daß mit der Meßeinrichtung nur der Eingangswiderstand des vorder Schnittstelle liegenden Rohrleitungsstückes gemessen wird oder ob sie durch Verbindung der entsprechenden Überwachungsleiter mit denen des nachfolgenden Rohrleitungsabschnittes auch diesen mit in die Messung einbezieht. Durch diese Kombinationsmöglichkeiten kann bei der Fehlersuche nach Leckagen systematisch vorgegangen werden.

Eine besondere Ausführung der Erfindung sieht vor, daß einer der Überwachungsleiter mit der Rohrleitung leitend verbunden und an den Schnittstellen jeweils auf Erdpotential gelegt ist. Bei dieser sogenannten Isolationsüberwachung wird der komplexe Eingangswiderstand vom Eingang der Rohrleitung her gemessen, wobei hierfür als ein Meßanschlußpunkt das Rohr und als zweiter Anschlußpunkt eine der beiden außerhalb der Rohrleitung verlaufenden Überwachungsleitungen. Die Messung des komplexen Eingangswiderstandes erfolgt dabei mittels bekannter Techniken, beispielsweise mittels des Impuls-Echo-Verfahrens. Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Lecküberwachungseinrichtung zusätzlich zu dem mit der Rohrleitung verbundenen Überwachungsleiter zwei separate außerhalb der Rohrleitung geführte Überwachungsleiter vorgesehen sind, die ausgangsseitig des Überwachungsnetzwerkes am Rohrleitungsende kurzgeschlossen sind, kann durch Messungen des ohmschen Widerstandes der so ausgebildeten Schleife festgestellt werden, ob eine Unterbrechung oder ein Kurzschluß dieser Leitungen an einer nicht gewünschten Stelle vorliegt.

Beiden Arten der Messung ist die erfindungsgemäße Möglichkeit zu eigen, die von der Messung erfaßte Länge der Rohrleitung durch die Beschaltung von an den Schnittstellen der einzelnen Rohrleitungsabschnitte ausgebildeten Meßpunkten vorzuwählen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung finden beide beschriebenen Arten der Messung alternierend hintereinander statt, wobei der vorgesehene Umschalter jeweils festlegt, welche Meßeinrichtung aktiv ist.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lecküberwachungseinrichtung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Die folgenden Figuren zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine erste Rohrleitung mit Überwachungsleitern und einer ersten Überwachungseinrichtung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer ersten Überwachungseinrichtung;

Fig. 3 eine zweite Rohrleitung mit Überwachungsleitern und einer zweiten Überwachungseinrichtung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer zweiten Überwachungseinrichtung;

Fig. 5 einen Rohrleitungsabschnitt im Bereich einer Rohrverbindungsstelle;

Fig. 6 einen Rohrleitungsabschnitt im Bereich einer Verbindungsstelle eines Kunststoffmantels der Rohrleitung;

Fig. 7 einen Rohrleitungsabschnitt im Bereich einer weiteren Rohrverbindungsstelle der Rohrleitung;

Fig. 8 einen Rohrleitungsabschnitt im Bereich einer Verbindungsstelle eines Kunststoffmantels und einer Rohrleitung;

Fig. 9 ein Überwachungssignal, dessen Summe der positiven Spannungszeitflächen deckungsgleich ist mit der Summe der negativen Spannungszeitflächen, zur Messung des komplexen elektrischen Widerstands zwischen zwei Überwachungsleitern:

• a) ohne Fremdspannung;
• b) mit Fremdspannung U_F, z. B. hervorgerufen durch ein galvanisches Element zwischen den Überwachungsleitern.

Die Fig. 1 und 3 zeigen eine Lecküberwachungseinrichtung für Rohrleitungen 5 zum Transport von flüssigen oder gasförmigen Medien. Die Transportleitung 5 weist entlang der Längsrichtung in ihrer Isolierungsummantelung 7 Überwachungsleiter 2, 3, 4, 5 auf. Diese stehen mit einer Überwachungseinrichtung 1, 1′ in Verbindung, die auf eine Leiterunterbrechung und/oder einen Leiterkurzschluß der Überwachungsleiter 2, 3 und/oder eine Änderung der Leiterumgebung der Überwachungsleiter 2, 3, 4, 5, 6 anspricht.

Die elektrisch leitende Rohrleitung 5 bildet einen Überwachungsleiter 5, dessen Länge durch Isoliermuffen 15 begrenzt ist. Die Überwachungsleiter 2, 3, 4, 5, 6, sind zu Meßstellen 8, 9, 10 geführt und dort lösbar zu einem Überwachungsnetzwerk verschaltet. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, liegt zwischen den insbesondere in unterschiedlichem radialen Abstand zur Rohrleitung 5 angeordneten Überwachungsleitern 2, 3, 4, 5, 6 Material 13, 14 der Ummantelung.

Der Unterschied zwischen Fig. 1 und Fig. 3 liegt darin, daß in Fig. 3 ein in das Erdreich eingebrachter Überwachungsleiter 6 mit der Überwachungseinrichtung 1′ in Verbindung steht und daß die Abschlußbrücke 27 der Überwachungsleiter 2, 3 durch ein Element 27′ mit spannungsabhängigem elektrischen Widerstand ersetzt ist. Das Element 27′ ist durch zwei Zenerdioden realisiert.

Die Überwachungseinrichtung 1′ weist eine Meßeinrichtung 18′ zur Messung des komplexen elektrischen Widerstandes mit drei Meßeingängen 24′, 25′, 26′ auf. Diese mißt den komplexen elektrischen Widerstand zwischen zwei inneren Überwachungsleitern 2, 3 und zusätzlich den komplexen elektrischen Widerstand zwischen dem ins Erdreich eingebrachten Überwachungsleiter 6 und dem inneren Überwachungsleiter 2. Demgegenüber besitzt die Netzüberwachungseinrichtung 1 eine Meßeinrichtung 18 zur Messung des komplexen elektrischen Widerstandes mit zwei Meßeingängen 25′, 26′, die den komplexen elektrischen Widerstand zwischen zwei inneren Überwachungsleitern 3, 4 mißt.

Die Fig. 2 und 4 zeigen die Blockschaltbilder der Netzüberwachungseinrichtung 1 und der Netzüberwachungseinrichtung 1′. Nicht dargestellt ist, daß die Komponenten 16, 16′, 17, 17′, 18, 18′, 19, 19′, 20, 20′, 21, 21′, 22, 22′, 23, 23′ mit einer Spannungsversorgung zu ihrem Betrieb verbunden sind. Die Überwachungseinrichtung 1, 1′ wird durch die Bedienungseinheit 21, 21′ in Betrieb gesetzt. Ist die Fernleitung 7′ intakt, so geschieht folgendes:
Die Umschalteinheit 16, 16′ verbindet periodisch das Netzwerk mit der Schleifenüberwachung 17, 17′ und nachfolgend mit der Isolationsüberwachung 18, 18′ und umgekehrt. Die Schleifenüberwachung 17, 17′ und die Isolationsüberwachung 18, 18′ meldet an die Anzeigeeinheit 22, 22′, daß kein Leck vorhanden ist. Der Meßausgang der Isolierungsüberwachung 18, 18′ ist auf einen Meßschreiber 19, 19′ geführt.

Tritt eine Leiterunterbrechung und/oder ein Leiterkurzschluß ein, so ergibt sich folgender Reaktionsablauf:
Infolge einer Leiterunterbrechung und/oder eines Leiterkurzschlusses der Überwachungsleiter 2 und/oder 3 ändert sich der elektrische Strom in den vorgenannten Überwachungsleitern. Auf diese Stromänderung spricht die Schleifenüberwachung 17, 17′ an und meldet sie an die Anzeigeeinheit 22, 22′, sowie an den Fehlerspeicher 20, 20′. Der Fehlerspeicher 20, 20′ setzt die Umschalteinheit 16, 16′ außer Betrieb, so daß die Überwachungsleiter 2, 3 weiterhin an der Schleifenüberwachung 17, 17′ verbleiben. Erst nach einer, an dem Fehlerspeicher 20, 20′ einstellbaren Zeitspanne leitet der Fehlerspeicher 20, 20′ die Fehlermeldung an die Anzeigeeinheit 22, 22′, sowie die Fehlermeldeeinheit 23, 23′ weiter.

Die Fehlermeldeeinheit 23, 23′ gibt ein Warnsignal ab und setzt die Rohrleitung 5 außer Betrieb.

Im Falle einer Änderung des komplexen elektrischen Widerstandes zwischen Überwachungsleitern ergibt sich innerhalb der Überwachungseinrichtung 1, 1′ folgende Reaktion:
Bei einer Änderung des komplexen elektrischen Widerstandes zwischen den Überwachungsleitern 2 und 3 spricht bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 die Isolationsüberwachung 18 an. Bei einer Überwachungsanordnung gemäß Fig. 3 spricht die Isolationsüberwachung 18′ auf eine Änderung des komplexen elektrischen Widerstandes zwischen den Überwachungsleitern 5 und 3 sowie bei einer Änderung des komplexen elektrischen Widerstandes zwischen den Überwachungsleitern 2 und 6 an. Die Änderung bzw. die Änderungen des komplexen elektrischen Widerstandes werden an den Meßschreiber 19, 19′, die Anzeigeeinheit 22, 22′, sowie den Fehlerspeicher 20, 20′ weitergeleitet. Diese setzt die Umschalteinheit 16, 16′ außer Betrieb, so daß die Überwachungsleiter in elektrischem Kontakt mit der Isolationsüberwachung 18, 18′ verbleiben. Nach einer am Fehlerspeicher 20, 20′ einstellbaren Zeitdauer wird die Fehlermeldung bzw. die Fehlermeldungen an die Anzeigeeinheit 22, 22′, sowie die Fehlermeldeeinrichtung 23, 23′ weitergeleitet. Die Fehlermeldeeinheit 23, 23′ spricht an und setzt die Rohrleitung 5 außer Betrieb. Durch die Bedienungseinheit 21, 21′ ist jederzeit eine Umschaltung von automatischer auf manuelle Überwachung sowie Fehlerquittierung möglich. Hierdurch kann eine manuell angesteuerte Überwachung auf Leiterunterbrechung und/oder Leiterkurzschluß durch die Schleifenüberwachung 17, 17′ sowie Überwachung auf Änderung des komplexen elektrischen Widerstands durch die Isolationsüberwachung 18, 18′ erfolgen. Des weiteren kann die Rohrleitung 5 durch eine Fehlerquittierung an der Bedienungseinheit 21, 21′, in Betrieb genommen bzw. in Betrieb gehalten werden.

Der Rohrleitungsabschnitt B der Fig. 1 weist zwischen der Rohrleitung 5 und der Kunststoffummantelung 7 eine Schaumstoffummantelung 13 auf und stellt die Standardummantelung einer wärmeisolierten Rohrleitung dar. Diese Ummantelung hat den Nachteil, daß ein nach einer Beschädigung eindringendes Medium eine lange Zeit benötigt, bis es in den Bereich der Überwachungsleiter gelangt und zu einer Änderung des überwachten komplexen Widerstands kommt. Während dieses langen Zeitraums erfüllt die wärmeisolierende Ummantelung ihre Funktion nicht, ohne daß dies durch die Überwachungseinrichtung gemessen wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist der Bereich zwischen der Kunststoffummantelung 7 und der besonders leckgefährdeten Rohrleitungsverbindungsstelle 11 in der Fig. 5 durch ein saugfähiges Material 14 vollständig gefüllt. Im Gegensatz zur Ausgestaltung des Rohrleitungsabschnittes A der Fig. 1 gelangt ein von außen eintretendes Medium fast unmittelbar, z. B. nach Überwinden des Kunststoffmantels 7, in den Bereich der Überwachungsleiter, so daß die Zeitdauer bis zur Messung der Änderung des komplexen Widerstands ggü. der Ausgestaltung des Fernleitungsabschnittes B der Fig. 1 verkürzt ist und die Überwachungseinrichtung 1 früher ein Leck mißt.

Die Fig. 6 weist wegen der vorgenannten Gründe die gleiche Gestaltung der Isolierungsummantelung wie die der Fig. 5, jedoch an der besonders leckgefährdeten Verbindungsstelle 17 des Kunststoffmantels 7 auf.

Zwischen den Überwachungsleitern 2 und 3 ist im Rohrleitungsabschnitt gemäß Fig. 7 eine hochohmige, wärmeisolierende Schaumstoffschicht 13, z. B. Polyurethan, in der Nähe einer Verbindungsstelle der Rohrleitungen 11 und der Isolierungsummantelung 7 angeordnet. Diese Anordnung ist dann zweckmäßig, wenn festgestellt werden soll, ob ein Leck der Kunststoffhülle 7 und/oder der Rohrleitung 5 vorliegt. Durch ein Leck an der Kunststoffhülle 7 gelangt ein äußeres Medium an das saugfähige Material 14, das es schnell an den Überwachungsleiter 2 gelangen läßt und rasch zur Änderung des komplexen elektrischen Widerstands zwischen dem außerhalb des Kunststoffmantels befindlichen Überwachungsleiter 6, der mit der elektrisch leitenden Rohrleitung 5 verbunden ist, und dem Überwachungsleiter 2 führt. Zwischen die Überwachungsleiter 3 und 5 gelangt das genannte Medium nicht, weil es durch die hochohmige, feuchtigkeitsundurchlässige Schicht 13 nicht hindurchtreten kann und so erfolgt hier keine Änderung des komplexen Widerstands.

Ein Vergleich der komplexen Widerstände zwischen den Überwachungsleitern 6 und 2 sowie 3 und 5 ermöglicht somit festzustellen, ob ein äußeres oder inneres Leck vorliegt.

Die Gestaltung des Rohrleitungsabschnittes der Fig. 8 weicht lediglich insofern von dem der Fig. 7 ab, als beim Rohrleitungsabschnitt der Fig. 8 eine Verbindung des Kunststoffmantels 12 nicht irgendwo entlang der Rohrleitung vorgesehen ist, sondern in etwa gleicher Höhe mit der Rohrleitungsverbindungsstelle 11. Diese Anordnung weist neben der Möglichkeit der zuverlässigen Unterscheidung zwischen einem inneren und einem äußeren Leck, wie bei der Anordnung gemäß Fig. 8, den Vorteil auf, daß beide Verbindungsstellen 11, 12, an denen Lecks besonders häufig auftreten, durch die an Meßstellen 8, 9, 10 geführten Überwachungsleiter 2, 3, 4 sofort auffindbar sind. Hierdurch kann auch ohne Fehlerortung entlang der Rohrleitung, für die eine zusätzliche Einrichtung nötig ist, nach Überprüfung der Abschnitte auf Änderung des komplexen Widerstands und Überprüfung der Überwachungsleiter auf Durchgang, die gefährdete Stelle der Rohrleitung visuell untersucht werden.

Fig. 9a zeigt ein Überwachungssignal zur Messung des komplexen elektrischen Widerstandes zwischen zwei Überwachungsleitern mit einer positiven und zwei negativen Spannungszeitflächen, wobei die positive Spannungszeitfläche die gleiche Fläche aufweist, wie die beiden negativen Spannungszeitflächen dies zusammen tun. Das Überwachungssignal b der Fig. 9 ist gegenüber dem Überwachungssignal a um die Spannung U_F eines galvanischen Elementes verschoben.

Die Differenz zwischen der positiven Spannungszeitfläche und der Summe der negativen Spannungszeitflächen bleibt auch durch den Einfluß der Fremdspannung U_F ggü. dem unbeeinflußten Überwachungssignal a im zeitlichen Mittel konstant und wird als eine Meßgröße des komplexen Widerstands zwischen den Überwachungsleitern 2, 3, 4, 5, 6 verwandt, ohne daß ein etwaig vorhandenes Fremdfeld das Meßergebnis verfälscht.

Die eingesetzten Überwachungssignale zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß

• - sie keine kathodischen Abtragungen an den mit ihnen beaufschlagten Leitungen bewirken, da der arthmetische Mittelwert ihres elektrischen Stromes Null ist;
• - sie normalerweise so gewählt sind, daß sie eine Spannung von 42 V nicht überschreiten, um einen ausreichenden Personenschutz zu gewährleisten;
• - ihre Energie in der Regel zur Zündung kritischer Medien, z. B. durch einen Abreißfunken, nicht ausreicht;
• - ihre einfache Struktur sowohl eine einfache manuelle Auswertung als auch eine rechnergestützte Auswertung der mit ihrer Hilfe erhaltenen Meßergebnisse zuverlässig erlaubt.

Ferner lassen sich die in der elektrischen Leitungsmeßtechnik bewährten Meß- und Prüfkomponenten, die z. B. nach dem Impuls-Echo-Verfahren arbeiten, an der erfindungsgemäßen Lecküberwachungseinrichtung einsetzen.

Claims (4)

1. Lecküberwachungseinrichtung für Rohrleitungen (5) zum Transport flüssiger oder gasförmiger Medien mit einer die Rohrleitung (5) umgebenden Ummantelung (7, 13, 14), mit mindestens einem im wesentlichen längs zur Rohrleitung (5) im Zwischenraum zwischen Rohrleitung (5) und Ummantelung (7, 13, 14) verlaufenden Überwachungsleiter (2, 3, 4) und mit einer am Rohrleitungsanfang anschaltbaren Meßeinrichtung (1) für den Eingangswiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus mehreren Überwachungsleitern (2, 3, 4) gebildetes Überwachungsnetzwerk in zwei oder mehrere Längsabschnitte (A, B, C, D) unterteilbar ist, wobei an der Schnittstelle zweier Längsabschnitte (A, B, C, D) die jeweiligen das Überwachungsnetzwerk bildenden Überwachungsleiter (2, 3, 4) unter Bildung von von außen beschaltbaren Meßpunkten aus der Ummantelung (7, 13, 14) herausgeführt sind.

2. Lecküberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Überwachungsleiter (4) mit der Rohrleitung (5) leitend verbunden und an den Schnittstellen jeweils auf Erdpotential (6) gelegt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem mit der Rohrleitung (5) verbundenen Überwachungsleiter zwei separate außerhalb der Rohrleitung (5) geführte Überwachungsleiter (2, 3) vorgesehen sind, die ausgangsseitig des Überwachungsnetzwerkes am Rohrleitungsende kurzgeschlossen sind.

4. Lecküberwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Rohrleitungsanfang ein steuerbarer Umschalter (16′, 16) vorgesehen ist derart, daß das Überwachungsnetzwerk (2, 3, 4) in einem ersten Zustand des Umschalters (16, 16′) mit einer der beiden außerhalb der Rohrleitung (5) verlaufenden Überwachungsleiter (2, 3) und mit dem mit der Rohrleitung (5) verbundenen Überwachungsleiter (4) an eine erste Meßeinrichtung für den komplexen Eingangswiderstand und im zweiten Zustand des Umschalters mit den beiden außerhalb der Rohrleitung (5) verlaufenden Überwachungsleitern (2, 3) an eine zweite Meßeinrichtung für die Schleifenüberwachung angeschlossen ist.