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WO1996026425A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontrolle und überwachung des zustandes von rohren, behältern, pipelines oder dergleichen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur kontrolle und überwachung des zustandes von rohren, behältern, pipelines oder dergleichen Download PDF

Info

Publication number
WO1996026425A1
WO1996026425A1 PCT/EP1996/000758 EP9600758W WO9626425A1 WO 1996026425 A1 WO1996026425 A1 WO 1996026425A1 EP 9600758 W EP9600758 W EP 9600758W WO 9626425 A1 WO9626425 A1 WO 9626425A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature
pipelines
sensor cable
containers
sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP1996/000758
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Grosswig
Katrin KÜHN
Eckart Hurtig
Original Assignee
Geso, Gesellschaft Für Sensorik, Geotechnischen Umweltschutz Und Mathematische Modellierung Mbh, Jena
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19509129A external-priority patent/DE19509129C2/de
Application filed by Geso, Gesellschaft Für Sensorik, Geotechnischen Umweltschutz Und Mathematische Modellierung Mbh, Jena filed Critical Geso, Gesellschaft Für Sensorik, Geotechnischen Umweltschutz Und Mathematische Modellierung Mbh, Jena
Priority to AU48801/96A priority Critical patent/AU4880196A/en
Publication of WO1996026425A1 publication Critical patent/WO1996026425A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/002—Investigating fluid-tightness of structures by using thermal means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/042—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid
    • G01M3/045—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid with electrical detection means
    • G01M3/047—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid with electrical detection means with photo-electrical detection means, e.g. using optical fibres

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for checking and monitoring the condition of pipes, containers, pipelines, or the like, which carry liquid or gaseous media with a media temperature which is different in relation to the immediate environment or in which the media is leaking due to evaporation - or expansion cold there is a local temperature fluctuation.
  • Such monitoring also e.g. for steel jacket pipe lines, are known to be carried out by vacuum monitoring systems.
  • a defined vacuum is applied to the space between the two floors or the inner tube and the steel jacket, it being possible to determine whether the vacuum changes due to a leak by means of a corresponding pressure monitoring device.
  • a separate vacuum monitoring system is required for each tank or predetermined steel jacket pipe sections, which increases the costs of such systems.
  • it cannot be determined whether a determined pressure loss is due to leaks in system flange connections, leaks in the outer floor or steel jacket or leaks in the intermediate floor or inner tube. If in doubt, the entire tank or a pipeline system must be emptied with corresponding effort in order to check where the cause of the leak found is. Such a leak detection is therefore extremely time consuming.
  • an outer bottom e.g. B. a double-walled tank bottom
  • a monitoring room which receives a sensor cable which is able to determine incoming liquids by locally changing the dielectric constant of the sensor cable.
  • the sensor cable is subjected to high-frequency energy according to the pulse-echo method, the reflected measurement data being compared with a previously recorded, stored normal image by means of a downstream evaluation device.
  • the dielectric-sensitive sensor cable used in the above solution is expensive and the hardware required for the evaluation is complex, and problems continue to occur if longer lengths or sections are to be monitored using the method described.
  • the known measuring device feeds in a laser pulse at at least one end of an optical waveguide and is used to examine the radiation backscattered by the optical waveguide.
  • the temperature and the location along the optical waveguide can be evaluated spectrally and as a function of time. Accordingly, the length coordinates of the optical waveguide can be assigned to corresponding temperature values.
  • the measuring method shown in German utility model G 93 18 404 uses the evaluation of the backscattered Raman scattered light from an optical waveguide for temperature measurement.
  • This temperature measurement is based on the known DTS measuring method (Distributed Optical Fiber Temperature-Sensing), in which the light from a laser is coupled into an optical waveguide. When the laser light propagates within the optical waveguide, the molecules of the latter are scattered, the intensity of the backscattered light falling to a predetermined extent depending on the propagation time.
  • the Intensity of the backscattered light the path traveled by the light can be determined.
  • the monitoring of the temperature development in landfills is to be investigated by arranging an optical waveguide as a flat structure, expediently in the form of a grid.
  • the geothermal gradient and the geothermal diffusivity in the area of the sealing base layer are to be determined by the temperature values obtained or a temperature monitoring.
  • Such a temperature monitoring which takes place in parallel below the base seal, should make it possible to detect irregularities or damage to the landfill dismantling, in order then to initiate measures which prevent the groundwater from being impaired.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for checking and monitoring the condition of pipes, containers, pipelines or the like, with the aid of which information about faults can be obtained at an early stage, so that emergency shutdowns are avoided in order to avoid environmental damage or energy losses carried out and remedial or reconstruction measures can be initiated.
  • the method and the associated device are said to be particularly suitable for monitoring extensive pipe and pipeline systems.
  • the basic idea of the invention is to start from a liquid or gaseous medium in the room to be monitored with a different media temperature in relation to the immediate environment or in the case of a local temperature change due to evaporative cooling when a liquid medium emerges or through Expansion cold of a gas relaxing at the leak at the leak
  • Ambient temperature distribution at least over sections along and / or circumferentially and / or in the floor area close to the pipes, containers, pipelines or the like, but outside of the media space enclosed by them.
  • the temperature distribution inside the media room can be monitored.
  • a leak is then concluded according to the invention, and the location, the direction of propagation and the amount of leakage from the temperature distribution at the respective anomaly point or the temporal change in the temperature distribution at the anomaly point mentioned or the changing location of the anomaly certainly.
  • a further basic idea of the invention is to determine the ambient temperature distribution by means of an elongated distributed temperature sensor for distributed temperature measurement, a fiber-optic sensor cable exposed to laser light being used in a particularly advantageous manner.
  • thermocouples a large number of individual sensors, which correspond in their effect to that of an elongated sensor, e.g. B. appropriately connected Pt-100 thermocouples can be used.
  • This embodiment is particularly advantageously applicable if, according to the invention, the temperature distribution in an intermediate floor, e.g. B. is monitored in a flat-bottom tank. In this case, it can be determined whether the outer floor is defective and the anomaly is due to the ingress of moisture or water from the outside, or whether the intermediate floor itself has a leak through which the medium in the container penetrates into the intermediate floor space.
  • an intermediate floor e.g. B.
  • the method can also be used for heat capacities of large tank systems if a medium in a container does not flow and remains in the container or tank for a long time.
  • the method according to the invention can also be used, for example, to monitor collecting channels, which are used to receive postal and telecommunication cables or other electrical lines, in which case an undesired penetration of foreign media into the respective collecting channel is monitored.
  • the aforementioned elongated temperature sensor or the fiber-optic sensor cable can be used directly during construction, ie. H. the installation of a new pipe trench or a pipe bridge.
  • existing systems can be retrofitted with the device according to the invention without great effort.
  • the elongated temperature sensor or the sensor cable is arranged below the pipes.
  • a plurality of essentially parallel temperature sensors or sensor cables can expediently be arranged parallel to the longitudinal axis of the pipes and spaced below them, so that the direction and quantity of a leakage-related media outlet can be determined.
  • Another basic concept on the device side of the invention is that the temperature sensor or the fiber optic
  • Pipes, pipelines or the like surrounds circumferentially, in particular to leakages in vertical sections and / or
  • thermosensors or sensor cables at particularly vulnerable points, namely the weld seams, screw connections, curvatures or the like mentioned per surface section of the container or pipe to be monitored, so that even the smallest leakages can be identified with high spatial resolution.
  • the knowledge is exploited that an emerging medium with a higher or lower temperature, based on the ambient temperature, leads to a local temperature change, which also includes the immediate surroundings of the pipe or container jacket in this temperature change. This ensures that leaks are also recognized which lead to the escape of a gaseous medium at a location relatively far away from the sensor cable.
  • additional temperature sensors or, alternatively, known level sensors can be arranged in or on the side wall of the trench in question, a trough or the housing, in order to fill the latter with the degree of filling caused by a leak to investigate.
  • the method according to the invention therefore uses the knowledge that if there is a temperature difference between the medium in a container, tube or the like and the environment, the escape of the medium also leads to a local change in temperature at the exit point. This arises when the temperature distribution is detected, for. B. along a pipeline, which otherwise takes a changing value in a certain range, as a local temperature peak.
  • pipe sections with a length of 5 to 20 km can be monitored with a temperature resolution down to 0.1 ° K.
  • the spatial resolution is in the range from 0.5 to 2 m, and higher accuracy can be achieved by the above-mentioned continuous and loop-like laying of the fiber-optic sensor cable.
  • the fiber optic sensor cable can be used in the production of jacketed e.g. Steel pipes in the casing or coating, e.g. a thermo-elastic mass can be introduced.
  • Pipelines are subsequently cast or sheathed with a thermoelastic mass, for example based on bitumen.
  • the fiber-optic sensor cable is expediently laid loosely before the thermoelastic mass is introduced.
  • the final fixing of the cable is then carried out by the thermoelastic mass itself.
  • pipes covered with the thermoelastic mass can also be subsequently monitored using the principle according to the invention described.
  • a further embodiment of the invention is directed to monitoring and leak detection, which starts from sewers, sewers or the like, which are located below the water table.
  • the sensor cables are either laid in a star shape, avoiding branching of the sensor cable, or the measuring cable is laid in a loop in such a way that, starting from a laser signal coupling point, it is laid along the individual branch in the form of a loop to the end of the branch, and then when is necessarily returned and positioned in a next loop at the next branching section etc., the loop being laid out in such a way that the laser signal coupling and decoupling is possible at the same location.
  • a constant current control and monitoring of the condition of pipes, containers, pipelines or the like, in particular a large length expansion can be carried out in a cost-effective manner, the measured values obtained also being carried out Telemetric data transmission can be evaluated at a central point, so that the overall operational reliability of, for example, natural gas or oil pipelines increases.
  • the distributed temperature door measurement z. B. by means of fiber-optic sensor cables, one or more leak points are identified and localized with respect to their respective length or space coordinates. Accordingly, sections with z. B. recognize advanced corrosion and long-term monitoring can be used to view the temporal development of such leaks.
  • Fig. La The top view of a pipeline section in a trench with existing leakage
  • FIG. 1b shows a cross-sectional illustration of the arrangement of a pipeline located in a trench shown in FIG. 1a;
  • FIG. 2 shows the arrangement of the distributed temperature sensor or sensor cable in an expansion compensation area of a longer pipeline which has a flange or a weld seam;
  • 3a shows a flat-bottom tank to be monitored in a sectional view, temperature sensors distributed in the raised floor being arranged;
  • FIG. 3b shows the top view of the lower floor of the double-floor container according to FIG. 3a with a meandering distributed temperature sensor or sensor cable;
  • FIG. 4 shows an example of the detected temperature over a section of a pipeline with a fiber-optic sensor cable arranged below the pipeline.
  • a pipeline or a pipeline 1 in a pipe trench 2 there is a pipeline or a pipeline 1 in a pipe trench 2.
  • This pipe trench 2 can be created by excavating soil 3 or by a separate, trough-shaped body, eg B. from concrete (not shown), which in turn can be in the ground 3, are formed.
  • At least one elongated temperature sensor for example a temperature sensor, is located along the direction of expansion of the pipeline 1.
  • B. a fiber optic sensor cable 5 is arranged.
  • the sensor cable 5 is expediently located almost in the middle below the pipeline 1.
  • Pipeline 1 and the trench floor 2.1 or the soil 3 may be arranged.
  • further sensor cables 5.1 can be arranged laterally below the pipeline 1.
  • distributed temperature sensors 5.2 can be arranged at a predetermined height starting from the trench floor 2.1 on the side wall 2.2 of the trench 2.
  • the medium 4 escapes and usually flows along the pipe or the pipeline 1 to the trench floor 2.1.
  • the medium 4 which has a different temperature in relation to the ambient temperature, leads to a local temperature peak which section of sensor cable 5 to 5.2 coming into contact with medium 4 can be determined.
  • a laser light source sends light pulses into this sensor cable, namely an optical waveguide.
  • the light backscattered in the optical waveguide is coupled out at a predetermined point and guided to a detector via appropriate filters.
  • a first optical filter lets light of the Stokes line Is pass, while a second optical filter lets light of the Anti-Stokes line pass.
  • the detector mentioned then generates signals from the intensities Is and la of the Stokes line and the Anti-Stokes line which are applied to a divider.
  • a ratio formation of the voltage signals Us and Ua obtained from the lines Is and la interferences which are due to an inhomogeneity of the light source used or other external influences on the optical waveguide are eliminated with the exception of the temperature.
  • the divider On the output side, the divider is connected to a computer which determines temperature values as a function of the propagation time of the incident light and thus in relation to the length coordinate of the optical waveguide.
  • Temperature values can thus be assigned to specific points or locations of the optical waveguide by means of the computer.
  • the ratio of the intensity of the Stokes line Is and the anti-Stokes line la determines the respective temperature value, while the length coordinates of the optical waveguide are determined from the transit time of the backscattered light pulse.
  • the respective temperature measuring range depends on the sensor cable used and, in the exemplary embodiment shown, lies in the range between 100 and 750 ° K.
  • a spatial resolution in the range of one meter is achieved with a length of the optical waveguide of approximately 8 km.
  • the local resolution currently achieved is 2 meters.
  • the local resolution capability achieved can be adjusted by controlling the pulse duration.
  • the temperature resolution achieved is in the range of 0.1 ° K.
  • the fiber optic sensor cables used by detecting changing mean values over the course of the day or depending on the ambient temperature of the pipe, the pipeline or the container. It is essential that local temperature differences that can be attributed to the influence of leakages can be recognized. For this purpose, not only the ambient temperature but also the actual media temperature can expediently be recorded as reference temperatures. B. in containers with non-flowing media over the course of the day and taking into account the heat capacity of the medium, monitoring is carried out at certain times with sufficient temperature difference.
  • the temperature curve determined in degrees Cel ⁇ iu ⁇ along a section of a pipeline is shown by way of example with FIG. 4, a fiber-optic sensor cable being used in an arrangement according to FIGS. 1a and 1b.
  • a locally increasing temperature profile can be seen, this peak being due to a leak.
  • the heating path 10 accordingly has horizontal sections 10.1 and vertical sections 10.2. In the area between two vertical sections 10.2 there is a further horizontal section 10.1, which has a flange 11 or a weld seam having.
  • the sensor cable 5 is with the exception of the horizontal
  • Section in the region of the flange 11 on all other horizontal sections 10.1 is substantially along and below the Schutra ⁇ e 10.
  • the sensor cable 5 is formed in a helical or loop-like manner, circumferentially surrounding the heating line 10.
  • the number of loops or turns is increased in the flange area, so that reliable detection of even the smallest leaks, especially at the location of the flange 11 or at a weld, is ensured.
  • sensor cables 5 encompassing the heating tract 10 in a helical or loop shape can also be arranged.
  • 3a shows another exemplary embodiment of the method, in particular for monitoring a tank or flat-bottom container 20.
  • the tank or flat bottom container 20 is filled with a medium 40 and has a double bottom 50, consisting of an inner bottom 51 and an outer bottom 52.
  • a continuous or meandering sensor cable 60 is expediently arranged on the inside of the outer floor 52.
  • the outer bottom 52 can expediently have a slight slope G, the rate of propagation of the medium penetrating through a leak 70 and thus the amount being determined from the known distance of the sensor cables 60 and the slope G.
  • 3b shows, in principle, the arrangement of a sensor cable 60 designed as a meandering loop, which is arranged, for example, by means of clips (not shown) on the outer bottom 52 and towards the inside of the intermediate bottom of a tank 20. Since it can be assumed that the environment of the tank 20 has a different temperature than the medium 40 located in the tank 20, it can not only be recognized whether there is a leak 70 in the inner bottom 51, but also signs of corrosion and leaks in the inside Outer floor 52 with the consequence of the penetration of z. B. groundwater or rainwater can also be detected.
  • a monitoring room is thus formed which receives the sensor cable 60 in order to determine local temperature anomalies in the monitoring room, so that conclusions can be drawn about penetrating media. Due to the selected method, several leaks can be recognized at different locations at the same time.
  • the elongated temperature sensor or the sensor cable is inserted into the interior by means of a pipe pig, for example a sewage pipe pulled and laid.
  • a pipe pig for example a sewage pipe pulled and laid.
  • it can be determined whether groundwater penetrates from the outside through cracks and other leaks in the sewer, so that targeted remediation can be carried out.
  • the preceding exemplary embodiments show that the method according to the invention and the associated device can be used to monitor whether a liquid or gaseous medium, which is located in a media space, leaks as a result of leakage or whether a foreign medium in the from a container or pipeline or such enclosed media space occurs in an undesirable manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle und Überwachung des Zustandes von Rohren, Behältern, Pipelines oder dergleichen, wobei diese flüssige oder gasförmige Medien mit einer bezogen auf die unmittelbare Umgebung unterschiedlichen Medientemperatur führen. Erfindungsgemäß wird die Umgebungstemperaturverteilung mindestens über Abschnitte längs und/oder umfangsmäßig und/oder im Bodenbereich nahe bei den Rohren, Behältern, Pipelines oder dergleichen, jedoch außerhalb des von diesen umschlossenen Medienraumes bestimmt. Diese Bestimmung erfolgt mit einem langgestreckten verteilten Temperatursensor, insbesondere einem faseroptischen Sensorkabel zur verteilten Temperaturmessung, wobei bei festgestellter örtlicher Anomalie in der Temperaturverteilung auf eine Leckage geschlossen und der Ort, die Ausbreitungsrichtung sowie die Leckagemenge aus der Temperaturverteilung am jeweiligen Anomaliepunkt oder sich verändernden Ort der Anomalie bestimmbar ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle und Überwachung des Zustandes von Rohren, Behältern, Pipelines oder dergleichen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle und Überwachung des Zustandes von Rohren, Behältern, Pipelines, oder dergleichen, welche flüssige oder gasförmige Medien mit einer, bezogen auf die unmittelbare Umgebung unter- εchiedlichen Medientemperatur führen oder bei welchen aufgrund einer Leckage durch Verdunstungs- oder Expansionskälte eine lo¬ kale Temperaturschwankung vorliegt.
Die Überwachung von Rohrleitungen, Heizungstrassen, Pipelines oder dergleichen wird bisher durch Kontrollgänge durchgeführt, wobei derartige Kontrollgänge der visuellen Erkennung möglicher Leckagen dienen.
Des weiteren ist es bekannt, an ausgewählten Meßstellen den im Rohrleitungsεystem vorhandenen Druck zu bestimmen, um bei plötzlich auftretendem Druckabfall weitere Maßnahmen zur Unter¬ suchung eines möglichen Schadens einzuleiten. Es ist jedoch of¬ fensichtlich, daß derartige Überwachungsmethoden zum einen sehr aufwendig zum anderen nur unzureichend genau den Ort bzw. die Lage einer Leckage erkennen lassen.
Aus Gründen des Umweltschutzes werden Flachbodentanks, be¬ stimmte Rohrleitungen oder andere gefährliche medienführende Behältnisse mit Doppelböden bzw. einer Doppelwandung versehen, wodurch bei Korrosionserscheinungen bzw. dem Auftreten eines
Lecks im Zwischenboden der äußere, zweite Boden oder die äußere Wandung Sicherheit gegen das Austreten von im Inneren befind¬ lichen umweltgefährdenden Medien gewährleistet. Konstruk¬ tionsbedingt muß der Raum zwischen den beiden Böden oder Wan- d ngen, z. B. dem Zwischenboden und dem äußeren Boden eines Flachbodentanks ständig überwacht werden, um feststellen zu können, ob der Zwischenboden ein Leck aufweist, um dann nach dem Feststellen einer derartigen Leckage z. B. den Tank oder das Rohrleitungssystem zu entleeren und um eine Reparatur vor- nehmen zu können.
Derartige Überwachungen, auch z.B. für Stahlmantelrohrtrassen, werden bekannterweise durch Vakuumüberwachungsanlagen durchge¬ führt. Hierfür wird der Raum zwischen den beiden Böden oder Innenrohr und Stahlmantel mit einem definierten Vakuum beauf¬ schlagt, wobei durch eine entsprechende Drucküberwachungsein¬ richtung feststellbar ist, ob sich das Vakuum aufgrund eines Lecks verändert. Für jeden Tank oder vorgegebene Stahlmantel- rohrabεchnitte ist jedoch eine separate Vakuumüberwachungs- anläge erforderlich, wodurch die Kosten derartiger Systeme erhöht werden. Darüber hinaus kann nicht festgestellt werden, ob ein ermittelter Druckverlust auf Undichtheiten in System¬ flanschverbindungen, Undichtheiten des äußeren Bodens bzw. Stahlmantels oder Undichtheiten des Zwischenbodens bzw. Innen- rohres zurückzuführen ist. Im Zweifelsfalle muß mit entspre¬ chendem Aufwand der gesamte Tank oder ein Rohrleitungssystem geleert werden, um zu überprüfen, wo die Ursache für die fest¬ gestellte Undichtheit liegt. Eine derartige Lecksuche ist daher außerordentlich zeitaufwendig.
Darüber hinaus ist es bekannt an der Innenseite eines äußeren Bodens, z. B. eines doppelwandigen Tankbodens, einen Überwa¬ chungsraum auszubilden, welcher ein Sensorkabel aufnimmt, das in der Lage ist, eintretende Flüssigkeiten durch lokale Verän- derung der Dielektrizitätskonstante des Sensorkabels zu be¬ stimmen. Zur Feststellung des jeweiligen eingedrungenen Stoffes sowie des Ortes wird das Sensorkabel mit Hochfreguenzenergie nach dem Impuls-Echo-Verfahren beaufschlagt, wobei mittels ei¬ ner nachgeschalteten Auswerteeinrichtung die reflektierten Meß- daten mit einem vorab aufgenommenen, gespeicherten Normalbild verglichen werden.
Mittels eines ständigen Vergleiches der aktuellen, reflektier¬ ten Meßdaten mit dem gespeicherten Normalbild, kann eine Lecka- geentwicklung bzw. -ausbreitung beobachtet werden. Darüber hin¬ aus können mehrere Leckagen an unterschiedlichen Orten bestimmt werden.
Das bei der vorstehenden Lösung verwendete dielektrisch-sensi¬ tive Sensorkabel ist teuer und die zur Auswertung erforderliche Hardware aufwendig, wobei weiterhin Probleme dann auftreten, wenn größere Längen bzw. Abschnitte mittels des beschriebenen Verfahrens überwacht werden sollen.
Aus dem auf die Anmelderin zurückgehenden Deutschen Gebrauchs¬ muster G 93 18 404 ist eine Einrichtung zum Bestimmen von Tem¬ peraturen an oder in ausgedehnten Meßobjekten bekannt, wobei die dort gezeigte Einrichtung eine optisch-elektronische Meß- Vorrichtung verwendet.
Die bekannte Meßvorrichtung speist an mindestens einem Ende ei¬ nes Lichtwellenleiters einen Laserimpuls ein und dient der Un¬ tersuchung der vom Lichtwellenleiter rückgestreuten Strahlung.
Aufgrund der gegebenen Wechselwirkungen läßt sich die Tempera¬ tur und der Ort längs des Lichtwellenleiters spektral und lauf¬ zeitabhängig auswerten. Demnach können die Längenkoordinaten des Lichtwellenleiters entsprechenden Temperaturwerten zugeord- net werden.
Das im Deutschen Gebrauchsmuster G 93 18 404 gezeigte Meßver¬ fahren greift auf die Auswertung des rückgestreuten Raman- Streulichtes eines Lichtwellenleiters zur Temperaturmessung zurück. Diese Temperaturmessung beruht dabei auf dem bekannten DTS-Meßverfahren (Distributed Optical Fibre Temperature- Sensing) , bei dem das Licht eines Lasers in einen Lichtwel¬ lenleiter eingekoppelt wird. Bei der Ausbreitung des Laser¬ lichtes innerhalb des Lichtwellenleiters erfolgt eine Streuung an den Molekülen desselben, wobei die Intensität des rückgestreuten Lichtes in Abhängigkeit von der Laufzeit in vorgegebenem Maße abfällt. Aufgrund der bekannten Ausbrei¬ tungsgeschwindigkeit des emitierten Lichtes im Licht¬ wellenleiter kann aus dem ermittelten zeitlichen Verlauf der Intensität des Rückstreulichtes der vom Licht jeweils zurück¬ gelegte Weg bestimmt werden.
Bedingt durch die Wechselwirkungen des Laserlichtes mit opti- sehen Phononen, d. h. Schwingungsquanten einer elastischen De¬ formationswelle in einem Festkörper, entsteht die Raman-Rück- streuung. Die Intensität des Raman-Rückstreulichtes ist direkt von der Temperatur am jeweiligen Ort der Entstehung des Streu¬ lichtes abhängig. In dem Falle, wenn Laserlicht in den Licht- Wellenleiter eingekoppelt und die Intensität des Raman-Streu- lichtes laufzeitabhängig ausgewertet wird, kann die ortsabhän¬ gige Temperaturverteilung ermittelt werden.
Mit der in dem Deutschen Gebrauchsmuster G 93 18 404 gezeigten Einrichtung soll durch die Anordnung eines Lichtwellenleiters als flächigem Gebilde, zweckmäßigerweise in Form eines Gitter¬ netzes, die Überwachung der Temperaturentwicklung in Deponien untersucht werden. Durch die erhaltenen Temperaturwerte bzw. ein Temperaturmonitoring soll der geothermische Gradient und die geothermische Diffusivität im Bereich der abdichtenden Ba¬ sistonschicht bestimmt werden. Durch eine derartige Temperatur¬ überwachung, die parallel unterhalb der Basisabdichtung er¬ folgt, sollen Unregelmäßigkeiten oder Schäden des Deponieabbaus erkennbar sein, um dann Maßnahmen einzuleiten, mit denen eine Beeinträchtigung des Grundwassers verhindert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle und Überwachung des Zustandes von Rohren, Behältern, Pipelines oder dergleichen anzugeben, mit dessen Hilfe frühzeitig Informationen über Störungen erhal¬ ten werden können, so daß zur Vermeidung von Umweltschäden oder Energieverlusten Notabschaltungen vorgenommen und Sanierungs¬ oder Rekonstruktionsmaßnahmen eingeleitet werden können. Das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung sollen insbesondere für die Überwachung von ausgedehnten Rohr- und Pipelinesystemen geeignet sein.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Ge¬ genstand gemäß dem Patentanspruch 1, wobei insbesondere vor- teilhafte Verfahrens- und vorrichtungsseitige Ausbildungen und
Weiterentwicklungen in den Unteransprüchen gezeigt sind.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, ausgehend von ei- nem im zu überwachenden Raum befindlichen flüssigen oder gasförmigen Medium mit einer bezogen auf die unmittelbare Umge¬ bung unterschiedlichen Medientemperatur oder im Falle einer lo¬ kalen Temperaturänderung durch Verdunstungskälte beim Austreten eines flüssigen Mediums bzw. durch Expansionskälte eines sich beim Austritt an einem Leck entspannenden Gases die
Umgebungstemperaturverteilung mindestens über Abschnitte längs und/oder umfangmäßig und/oder im Bodenbereich nahe bei den Roh¬ ren, Behältern, Pipelines oder dergleichen, jedoch außerhalb des von diesen umschlossenen Medienraumes festzustellen.
Alternativ kann eine Überwachung der Temperaturverteilung im Inneren des Medienraumes erfolgen.
Bei ermittelter örtlicher Anomalie in der Temperaturverteilung wird dann erfindungsgemäß auf eine Leckage geschlossen und der Ort, die Ausbreitungsrichtung sowie die Leckagemenge aus der Temperaturverteilung am jeweiligen Anomaliepunkt bzw. der zeit¬ lichen Veränderung der Temperaturverteilung am erwähnten Anoma¬ liepunkt oder dem sich verändernden Ort der Anomalie bestimmt.
Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Um¬ gebungstemperaturverteilung mittels eines langgestreckten ver¬ teilten Temperatursensors zur verteilten Temperaturmessung zu bestimmen, wobei in besonders vorteilhafter Weise ein faserop- tisches, mit Laserlicht beaufschlagtes Sensorkabel verwendet wird.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß auch eine Vielzahl von Einzelsensoren, die in ihrer Wirkung der eines langgestreckten Sensors entsprechen, z. B. entsprechend verschaltete Pt-100 Thermoelemente, einsetzbar sind.
Durch die Bestimmung von örtlichen Anomalien in der Temperatur¬ verteilung lassen sich frühzeitig vorhandene Leckagen, z. B. bedingt durch Korrosionserscheinungen oder Undichtheiten an Schweißnähten oder dergleichen, erkennen, so daß rechtzeitig Reparatur- oder andere Sicherungsmaßnahmen ergriffen werden können.
Dadurch, daß die Medientemperatur, die Temperaturverteilung längs des zu überwachenden Rohres oder der zu überwachenden Pipeline sowie die, bezogen auf das Überwachungsobjekt, ent¬ ferntere Temperatur erfaßt wird, läßt sich feststellen, ob bei- spielsweise eine Temperaturanomalie durch eine Leckage im me¬ dienführenden Rohr selbst bedingt ist oder ob bei einem dicht ausgeführten Rohrgraben Lecks im Graben mit der Folge vorhanden sind, daß z. B. Grund- oder Sickerwasser von außen eindringt.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere auch dann vorteilhaft an¬ wendbar, wenn erfindungsgemäß die Temperaturverteilung in einem Zwischenboden, z. B. bei einem Flachbodentank, überwacht wird. In diesem Falle läßt sich ermitteln, ob der äußere Boden defekt ist und die Anomalie auf Eindringen von Feuchtigkeit oder Was- ser von außen zurückzuführen ist, oder ob der Zwischenboden selbst eine Leckage aufweist, durch welches das im Behältnis befindliche Medium in den Zwischenbodenraum eindringt.
Durch erfindungsgemäße Ausnutzung von Tag/Nacht-Temperatur- Schwankungen der Umgebungstemperatur und aufgrund vorhandener
Wärmekapazitäten großer Tankanlagen kann das Verfahren auch dann genutzt werden, wenn ein in einem Behälter befindliches Medium nicht strömt und längere Zeit im Behälter bzw. Tank ver¬ bleibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise auch zur Überwachung von Sammelkanälen, die der Aufnahme von Post- und Fernmeldekabeln oder sonstigen elektrischen Leitungen dienen, angewendet werden, wobei in diesem Falle ein unerwünschtes Eindringen von Fremdmedien in den jeweiligen Sammelkanal überwacht wird.
Vorrichtungsseitig wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den langgestreckten Temperatursensor bzw. das faseroptische Sensor- kabel innerhalb eines Rohrgrabens oder einer Rohrbrücke längs des Rohres umfangsseitig, an der Außenoberfläche des Rohres un¬ mittelbar oder über einen vorgegebenen Abstand anliegend an¬ zuordnen.
Der erwähnte langgestreckte Temperatursensor bzw. das faserop¬ tische Sensorkabel kann unmittelbar beim Errichten, d. h. dem Neubau eines Rohrgrabens oder einer Rohrbrücke installiert wer¬ den. Da es jedoch aus Umweltschutzaspekten zunehmend erforder- lieh wird, bereits vorhandene Rohrgräben oder ähnliches zu überwachen, kann ohne großen Aufwand das Nachrüsten vorhandener Anlagen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen.
Es liegt im Sinne der Erfindung, daß diese nicht nur zur Über- wachung von Rohren und Behältern, Tanks, Pipelines oder der¬ gleichen eingesetzt wird, die flüssige oder gasförmige Medien mit einer, bezogen auf die umittelbare Umgebung, unterschied¬ liche Medientemperatur führen, sondern daß eine Anwendung auch dann gegeben ist, wenn flüssige Medien geführt oder umschlossen werden, die beim Austreten an einem Leck durch auftretende Ver¬ dunstungskälte zu einer lokalen Temperaturanomalie bzw. Tempe¬ raturschwankung führen. Ebenso kann ein Rohr oder ein Rohr¬ system überwacht werden, welches zum Transport gasförmiger, unter Druck stehender Medien dient, wenn beim Austreten des unter Druck befindlichen Gases aufgrund der plötzlichen Expan¬ sion in der Nähe des Gasaustrittes eine lokale Temperaturände¬ rung eintritt.
Bei im wesentlichen horizontal verlaufenden Rohren, Pipelines oder dergleichen wird der langgestreckte Temperatursensor bzw. das Sensorkabel unterhalb der Rohre angeordnet.
Im letzteren Falle können zweckmäßigerweise mehrere im wesent¬ lichen parallel verlaufende Temperatursensoren bzw. Sensorkabel jeweils parallel zur Längsachse der Rohre und unterhalb dieser beabstandet angeordnet werden, so daß die Ausbreitungsrichtung und Ausbreitungsmenge eines leckagebedingten Medienaustrittes bestimmbar ist. Ein weiterer vorrichtungsseitiger Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß der Temperatursensor bzw. das faseroptische
Sensorkabel abschnittsweise fortlaufend und schleifenförmig die
Rohre, Pipelines oder dergleichen umfangsmäßig umgibt, um ins- besondere Leckagen in senkrechten Abschnitten und/oder an
Schweißnähten oder Verschraubungen zu überwachen.
Es liegt im Sinne der Erfindung, an besonders gefährdeten Stel¬ len, nämlich den erwähnten Schweißnähten, Verschraubungen, Krümmungen oder dergleichen pro Oberflächenabschnitt des zu überwachenden Behältnisses bzw. Rohres, mehrere bzw. dichter angeordnete Temperatursensoren bzw. Sensorkabel vorzusehen, so daß auch kleinste Leckagen mit hoher Ortsauflösung identifi¬ zierbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß ein austre¬ tendes Medium mit höherer oder niedrigerer Temperatur, bezogen auf die Umgebungstemperatur, zu einer lokalen Temperaturver¬ änderung führt, welche auch die unmittelbare Umgebung des Rohr- oder Behältermantels in diese Temperaturveränderung mit einbe¬ zieht. Hierdurch ist sichergestellt, daß auch Lecks erkannt werden, die zum Austritt eines gasförmigen Mediums an einer Stelle relativ weit entfernt vom Sensorkabel führen.
Durch die Anordnung des Sensorkabels im wesentlichen unterhalb einer Rohrleitung, welche im wesentlichen horizontal verläuft und die ein flüssiges Medium führt, ist sichergestellt, daß in Verbindung mit dem durch Schwerkraft bedingten Entlangkriechen oder Entlanglaufen des Mediums eine schnelle und exakte Leckageermittlung erreicht werden kann.
In dem Falle, wo Rohrgräben oder Umhausungen zur Aufnahme von Tanks flüssigkeitsdicht ausgeführt sind, können zusätzliche Temperatursensoren oder alternativ bekannte Füllstandssensoren in oder an der Seitenwand des betreffenden Grabens, einer Wanne oder der Umhausung angeordnet sein, um dem durch ein Leck ver¬ ursachten Füllungsgrad letzterer zu ermitteln. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt also die Kenntnis, daß bei vorhandenem Temperaturunterschied zwischen dem in einem Behält¬ nis, Rohr oder dergleichen befindlichen Medium und der Umgebung das Austreten des Mediums auch zu einer örtlichen Tempera¬ turveränderung an der Austrittsstelle führt. Dies stellt sich bei einer Erfassung der Temperaturverteilung z. B. längs einer Pipeline, die ansonsten einen in einem bestimmten Bereich sich verändernden Mittelwert einnimmt, als örtlicher Temperaturpeak dar.
Mit Hilfe des besonders vorteilhaft verwendbaren faseroptischen Sensorkabels und der Auswertung von Laufzeit und Intensität des rückgestreuten Lichtes, können Rohrleitungsabschnitte mit einer Länge von 5 bis 20 km bei einer Temperaturauflösung bis hin zu 0,1°K überwacht werden. Die Ortsauflösung liegt je nach Länge des Sensorkabels im Bereich von 0,5 bis 2 m, wobei höhere Ge¬ nauigkeiten durch das erwähnte abschnittsweise fortlaufende und schleifenför ige Verlegen des faseroptischen Sensorkabels er¬ reicht werden können.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das fa¬ seroptische Sensorkabel bei der Herstellung von ummantelten z.B. Stahlrohren in die Umhüllung oder Um antelung, die z.B. eine thermoelastische Masse sein kann, eingebracht werden.
Wird ein derartiges Rohr oder Rohrsystem erdverlegt, dann kann mittels der faseroptischen Sensorkabel von außen eindringende Feuchtigkeit einerseits und andererseits das Austreten von im Rohr geführten Medien, z.B. Heißwasser, lokalisiert werden. Alternativ kann bei bereits im z.B. Leitungsgraben verlegten
Rohrleitungen ein nachträgliches Vergießen oder Umhüllen dieser mit einer thermoelastischen Masse, z.B. auf Bitumenbasis, erfolgen. Zweckmäßigerweise wird vor dem Einbringen der thermoelastischen Masse das faseroptische Sensorkabel lose verlegt. Das endgültige Fixieren des Kabels erfolgt dann durch die thermoelastische Masse selbst. Im letzteren Fall können auch nachträglich mit der thermoelastischen Masse umhüllte Rohrleitungen mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Prinzip überwacht werden. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist auf eine Über¬ wachung und Leckageortung gerichtet, die von Abwasserkanälen, Abwasserleitungen oder ähnlichen, die sich unter dem Grund- Wasserspiegel befinden, ausgeht. Im vorbeschriebenen Fall dringt bei einer Leckage kühleres Grundwasser in den Abwas¬ serkanal oder die Abwasserleitung ein, dieses zum Kanalinneren eine unterschiedliche Temperatur aufweisende eindringende Grundwasser läßt sich dann durch ein im Kanal verlegtes fa- seroptisches Sensorkabel detektieren und lokalisieren. Mittels der Erfindung können also Überwachungsaufgaben an lang¬ gestreckten Rohrleitungssystemen, z.B. Pipelines auch großer Länge, gelöst werden. Selbstverständlich ist es erfindungsgemäß möglich, auch z.B. die bei der Fernwärmeverteilung vorhandenen verzweigten Leitungsnetze zu überwachen. In diesem Falle werden die Sensorkabel entweder sternförmig unter Vermeidung von Verzweigungen des Sensorkabels verlegt oder es erfolgt eine schleifenförmige Verlegung des Meßkabels dergestalt, daß dieses ausgehend von einer Lasersignaleinkopplungsstelle jeweils entlang der einzelnen Verzweigung in Form einer Schleife quasi bis zum Verzweigungsende verlegt, und dann, wenn notwendig zurückgeführt und in einer nächsten Schleife am nächsten Verzweigungsabschnitt usw. positioniert wird, wobei die Schleifenverlegung dergestalt erfolgt, daß die Lasersignalein- und -auskopplung an ein- und demselben Ort möglich ist.
Alles in allem kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der dazugehörigen Vorrichtung in kostengünstiger Weise eine stän¬ dige aktuelle Kontrolle und Überwachung des Zustandes von Roh- ren, Behältern, Pipelines oder dergleichen, insbesondere großer Längenausdehnung vorgenommen werden, wobei weiterhin die erhal¬ tenen Meßwerte durch telemetrische Datenübertragung an einer Zentralstelle auswertbar sind, so daß sich insgesamt die Be¬ triebssicherheit von beispielsweise Erdgas- oder Erdölpipelines erhöht.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und aufgrund der Tatsache, daß im Leckagefall sich Temperaturdifferenzen zwischen den be¬ trachteten Räumen ergeben, können durch die verteilte Tempera- turmessung z. B. mittels faseroptischer Sensorkabel eine oder mehrere Leckagestellen erkannt und hinsichtlich ihrer jeweili¬ gen Längen- oder Raumkoordinaten lokalisiert werden. Demnach lassen sich Abschnitte mit z. B. fortgeschrittener Korrosion erkennen und es läßt sich durch Langzeitmonitoring die zeitli¬ che Entwicklung derartiger Leckagen betrachten.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs¬ beispieles und unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. la Die Draufsicht eines Pipeline-Abschnitts in ei- nem Graben mit vorhandener Leckage;
Fig. lb eine Querschnittsdarstellung der in Fig. la ge¬ zeigten Anordnung einer in einem Graben be¬ findlichen Pipeline;
Fig. 2 die Anordnung des verteilten Temperatursensors bzw. Sensorkabels in einem Ausdehnungs-Aus- gleichsbereich einer längeren Rohrleitung, die einen Flansch oder eine Schweißnaht aufweist;
Fig. 3a ein zu überwachender Flachbodentank in Schnitt¬ darstellung, wobei im Doppelboden verteilte Tem¬ peratursensoren angeordnet sind;
Fig. 3b die Draufsicht auf den unteren Boden des Doppel¬ boden-Behälters gemäß Fig. 3a mit mäanderförmig verlegtem verteiltem Temperatursensor bzw. Sen¬ sorkabel; und
Fig. 4 eine beispielhafte Darstellung der erfaßten Tem¬ peratur über einen Abschnitt einer Pipeline mit einem unterhalb der Pipeline angeordneten faser¬ optischen Sensorkabel. Bei dem in den Fig. la und lb gezeigten Ausführungsbeispiel be¬ findet sich eine Pipeline bzw. eine Rohrleitung 1 in einem Rohrgraben 2. Dieser Rohrgraben 2 kann durch Aushub von Erd¬ reich 3 entstehen oder durch einen separaten, wannenförmigen Körper, z. B. aus Beton (nicht gezeigt), der sich wiederum im Erdreich 3 befinden kann, gebildet werden.
Im Inneren der Pipeline 1 befindet sich ein strömendes Medium 4 z. B. Erdöl, wobei sich die Medientemperatur von der Umgebungs- temperatur im Graben oder des umgebenden Erdreiches 3 unter¬ scheidet.
Wie in den Fig. la und lb ersichtlich, ist längs der Ausdeh¬ nungsrichtung der Pipeline 1 mindestens ein langgestreckter Temperatursensor, z. B. ein faseroptisches Sensorkabel 5 ange¬ ordnet. Zweckmäßigerweise befindet sich das Sensorkabel 5 na¬ hezu in der Mitte unterhalb der Pipeline 1.
Zur Vermeidung von Zerstörungen des Sensorkabels 5 kann dieses seitlich des Ortes der maximalen Flächenpressung zwischen der
Pipeline 1 und dem Grabenboden 2.1 bzw. dem Erdreich 3 angeord¬ net sein.
Um die Ausbreitungsrichtung und Größe des Lecks erfassen zu können, sind seitlich unterhalb der Pipeline 1 weitere Sensorkabel 5.1 anordenbar.
In dem Falle, wo der Rohrgraben 2 oder eine nicht gezeigte Wanne zur Aufnahme der Pipeline 1 dicht ausgeführt sind, können in vorgegebener Höhe ausgehend vom Grabenboden 2.1 an der Sei¬ tenwandung 2.2 des Grabens 2 weitere langgestreckte, verteilte Temperatursensoren 5.2 angeordnet werden.
Im Falle eines z. B. korrosionsbedingten Lecks 6 tritt das Me- dium 4 aus und fließt in der Regel längs des Rohres bzw. der Pipeline 1 hin zum Grabenboden 2.1.
Das bezogen auf die Umgebungstemperatur eine andere Temperatur aufweisende Medium 4 führt zu einem lokalen Temperaturpeak, der mit dem Medium 4 in Kontakt kommenden Abschnitt des Sensor¬ kabels 5 bis 5.2 bestimmt werden kann.
In dem Falle, wo beim geschilderten Auεführungsbeispiel als verteilter Temperatursenεor ein faseroptiεcheε Sensorkabel ver¬ wendet wird, sendet eine Laserlichtquelle Lichtimpulse in die¬ ses Sensorkabel, nämlich einen Lichtwellenleiter. Das im Licht¬ wellenleiter rückgestreute Licht wird an einer vorgegebenen Stelle ausgekoppelt und über entsprechende Filter auf einen De- tektor geführt. Hierbei läßt ein erstes optischeε Filter Licht der Stokes-Linie Is durch, während ein zweites optisches Filter Licht der Anti-Stokes-Linie la paεεieren läßt.
Der erwähnte Detektor erzeugt dann aus den ihm zugeführten Intensitäten Is und la der Stokes-Linie und der Anti-Stokes-Li¬ nie Signale, welche an einem Dividierer angelegt werden. Mit¬ tels einer Verhältnisbildung der aus den Linien Is und la er¬ haltenen Spannungsignale Us und Ua werden Störeinflüεse, die auf eine Inhomogenität der verwendeten Lichtquelle oder anderer äußerer Einflüsεe auf den Lichtwellenleiter zurückzuführen sind, mit Ausnahme der Temperatur eleminiert.
Ausgangεεeitig iεt der Dividierer mit einem Rechner in ver¬ bunden, welcher in Abhängigkeit von der Laufzeit deε einge- strahlten Lichtes und damit in Relation zur Längenkoordinate des Lichtwellenleiters Temperaturwerte beεtimmt.
Mittelε des Rechners können alεo konkreten Punkten bzw. Orten deε Lichtwellenleiterε Temperaturwerte zugeordnet werden. Das Verhältnis der Intensität der Stokes-Linie Is und der Anti-Sto¬ kes-Linie la beεtimmt dabei den jeweiligen Temperaturwert, wäh¬ rend die Längenkoordinaten des Lichtwellenleiters aus der Lauf¬ zeit deε rückgeεtreuten Lichtimpulses ermittelt werden.
Der jeweilige Temperaturmeßbereich hängt dabei vom verwendeten Sensorkabel ab und liegt beim gezeigten Ausführungsbeiεpiel im Bereich zwichen 100 und 750°K. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei einer Länge des Lichtwellenleiters von ca. 8km eine Ortsauflösung im Bereich von einem Meter erreicht. Bei einer Länge deε Lichtwellenleiterε von bis zu 20km beträgt die der¬ zeit erreichte Ortεauflöεung 2 Meter. Daε erzielte örtliche Auflösungεvermögen kann durch eine Steuerung der Impulsdauer eingestellt werden. Die erreichte Temperaturauflöεung liegt im Bereich von 0,1°K.
Gemäß einem weiteren Auεführungεbeispiel besteht die Möglich¬ keit der Selbstkalibrierung der verwendeten faseroptiεchen Sen¬ sorkabel durch Erfassung sich ändernder Mittelwerte über den Tagesverlauf bzw. in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur deε Rohreε, der Pipeline oder deε Behälterε. Weεentlich iεt, daß auftretende örtliche Temperaturunterschiede, die auf den Einfluß von Leckagen zurückzuführen sind, erkannt werden kön¬ nen. Zweckmäßigerweise können hierfür als Referrenztemperaturen nicht nur die Umgebungεtemperatur εondern auch die eigentliche Medientemperatur erfaßt werden, εo daß z. B. bei Behältern mit nicht-fließenden Medien über den Tageεgang und unter Berückεichtigung der Wärmekapazität deε Mediumε zu beεtimmten Zeitpunkten mit auεreichender Temperaturdifferenz ein Monito- ring durchgeführt wird.
Der ermittelte Temperaturverlauf in Grad Celεiuε entlang eines Abschnittes einer Pipeline ist beispielhaft mit der Fig. 4 dar¬ gestellt, wobei ein faseroptiεcheε Senεorkabel in einer Anord- nung gemäß Fig. la bzw. lb verwendet wurde. So ist ausgehend vom Koordinatenurεprung im Abεtand von 250 Metern ein örtlich anεteigender Temperaturverlauf erkennbar, wobei dieεer Peak auf eine Leckage zurückzuführen ist.
Mit Hilfe der Fig. 2 soll die Anordnung des verteilten Tempera- tursenεors bzw. des im Ausführungsbeiεpiel verwendeten faεerop- tiεchen Senεorkabels in einem U-förmigen Abschnitt zum Tempera- turauεgleich einer längeren Rohrleitung, wie beiεpielεweiεe in Heiztrassen verwendet, erläutert werden.
Die Heiztrasεe 10 weiεt demnach waagerechte Abεchnitte 10.1 und senkrechte Abschnitte 10.2 auf. Im Bereich zwischen zwei senk¬ rechten Abschnitten 10.2 befindet sich ein weiterer waagerech¬ ter Abschnitt 10.1, der einen Flanεch 11 oder eine Schweißnaht aufweist. Das Sensorkabel 5 ist mit Ausnahme des waagerechten
Abschnittes im Bereich des Flansches 11 an allen anderen waage¬ rechten Abschnitten 10.1 im wesentlichen längs und unterhalb der Heiztraεεe 10 befindlich.
Im Bereich der senkrechten Abschnitte 10.2 sowie im waagerech¬ ten Flanschabschnittεbereich iεt daε Senεorkabel 5 schrauben- linienförmig oder schleifenförmig, umfangεmäßig die Heiztrasse 10 umschlingend ausgebildet. Die Schlingen- oder Windungεzahl ist im Flanschbereich erhöht, so daß eine sichere Erkennung auch kleinster Leckagen besonderε am Ort deε Flanεcheε 11 bzw. an einer Schweißnaht gewährleiεtet iεt.
Selbεtverständlich können auch in den übrigen Abschnitten 10.l schraubenlinienförmig bzw. εchleifenförmig die Heiztraεεe 10 umfangmäßig umgreifende Sensorkabel 5 angeordnet εein.
Die Fig. 3a zeigt ein andereε Ausführungsbeispiel des Verfah¬ rens insbesondere zur Überwachung eines Tankε bzw. Flachboden- behälters 20.
Der Tank bzw. Flachbodenbehälter 20 iεt mit einem Medium 40 ge¬ füllt und weist einen Doppelboden 50, bestehend auε innerem Bo¬ den 51 und äußerem Boden 52, auf. Im Doppelbodenzwiεchenraum 50 ist zweckmäßigerweise auf der Innenseite deε Außenbodens 52 ein durchgehendes oder mäanderförmiges Senεorkabel 60 angeordent.
Zweckmäßigerweise kann der Außenboden 52 ein leichtes Gefälle G aufweisen, wobei die Ausbreitungsgeεchwindigkeit deε durch ein Leck 70 eindringenden Mediumε und damit die Menge auε dem be¬ kannten Abεtand der Senεorkabel 60 und dem Gefälle G ermittel¬ bar iεt.
Die Fig. 3b zeigt in prinzipieller Darεtellung die Anordnung eineε als Schleife mäanderförmig ausgebildeten Sensorkabelε 60, welcheε beiεpielεweiεe mittels Klammern (nicht gezeigt) auf dem Außenboden 52 und zur Innenseite des Zwischenbodens eines Tanks 20 hin gerichtet angeordnet ist. Da davon auεzugehen iεt, daß die Umgebung deε Tankε 20 eine an¬ dere Temperatur alε daε im Tank 20 befindliche Medium 40 auf- weiεt, kann nicht nur erkannt werden, ob ein Leck 70 im inneren Boden 51 vorhanden iεt, sondern Korrosionεerεcheinungen und Leckε im Außenboden 52 mit der Folge des Eindringens von z. B. Grund- oder Regenwaεεer können ebenfallε feεtgestellt werden.
Bei diesem Auεführungεbeiεpiel wird also ein Überwachungεraum gebildet, der das Senεorkabel 60 aufnimmt, um örtliche Tempera- turanomalien im Überwachungεraum festzustellen, so daß Rück- schlüεεe auf eindringende Medien gezogen werden können. Auf¬ grund des gewählten Verfahrens können gleichzeitig mehrere Leckagen an unterschiedlichen Orten erkannt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungεbeispiel wird der langge¬ streckte Te peratursenεor bzw. daε Senεorkabel mittels eines Rohrmolchs in das Innere z.B. einer Abwasεerleitung eingezogen und verlegt. Bei dieεem Auεführungεbeiεpiel kann feεtgestellt werden, ob durch Risεe und sonεtige Undichtigkeiten im Abwaε- εerkanal Grundwasser von außen eindringt, so daß gezielt Sanie¬ rungen vorgenommen werden können.
Die vorangegangenen Ausführungsbeispiele zeigen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der dazugehörigen Vorrichtung zum einen überwacht werden kann, ob ein flüεεiges oder gas¬ förmiges Medium, welches in einem Medienraum befindlich ist, leckagebedingt austritt oder ob ein Fremdmedium in dem von einem Behälter oder Rohrleitung oder dergleichen umschloεsenen Medienraum in unerwünschter Weise eintritt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kontrolle und Überwachung deε Zuεtandes von Rohren, Behältern, Pipelines oder dergleichen, welche flüssige oder gasförmige Medien mit einer bezogen auf die unmittelbare Umgebung unterschiedlichen Medientemperatur führen oder bei welchen aufgrund einer Leckage durch Verdunstungs- oder Expansionskälte eine lokale Temperaturschwankung vorliegt mit den Schritten,
Feststellen der Umgebungstemperaturverteilung mindeεtenε über Abεchnitte längs und/oder umfangsmäßig und/oder im Bodenbereich nahe bei den Rohren, Behältern, Pipelineε oder dergleichen, jedoch außerhalb des von diesen um- εchlossenen Medienraumes mittels eines langgestreckten verteilten Temperaturεensors zur verteilten Temperatur¬ mesεung, wobei bei feεtgeεtellter örtlicher Anomalie in der Tem- peraturverteilung auf eine Leckage geεchloεεen und der
Ort, die Auεbreitungεrichtung εowie die Leckagemenge auε der Temperaturverteilung am jeweiligen Anomaliepunkt oder sich verändernden Ort der Anomalie bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anεpruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Feεtstellen der Umgebungεtemperaturverteilung ein faεeroptiεches mit Laεerlicht beaufεchlagteε Senεorkabel verwendet wird und in an εich bekannter Weise eine Lauf- zeit- und Intensitätεauεwertung deε rückgeεtreuten La¬ serlichtes erfolgt, wobei bei festgestellter örtlicher Anomalie in der Temperaturverteilung auf eine Leckage geschloεsen und der Ort, die Auεbreitungεrichtung εowie die Leckagemenge auε der Laufzeit- und der Intenεitätiε- auswertung am jeweiligen Punkt oder sich verändernden Ort der Anomalie beεtimmt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung deε Verfahrenε nach Anεpruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der langgestreckte Temperatursensor bzw. das faseroptische
Sensorkabel innerhalb eines Rohrgrabens oder einer
Rohrbrücke längs des Rohres, außenumfangsseitig angeordnet ist und an der Außenoberfläche des Rohres unmittelbar oder über einen vorgegebenen Abεtand anliegt.
4. Vorrichtung nach Anεpruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der langgeεtreckte Temperatursensor bzw. das faseroptische Sensorkabel bei im wesentlichen horizontal verlaufenden Rohren, Pipelines oder dergleichen unterhalb der Rohre angeordnet iεt.
5. Vorrichtung nach Anεpruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere im wesentlichen parallel verlaufende Temperatur- εensoren bzw. Senεorkabel jeweilε parallel zur Längsaus¬ dehnung der Rohre oder dergleichen und unterhalb dieser beabεtandet derart angeordnet sind, daß die Aus- breitungεrichtung und -menge einer Leckage bestimmbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die parallel verlaufenden Senεorkabel einεeitig εchlei- fenförmig verbunden εind, εo daß die Laεerεignalein- und -auεkopplung an einem einzigen Ort erfolgen kann.
7. Vorrichtung zur Durchführung deε Verfahrenε nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der langgeεtreckte Temperaturεenεor bzw. daε faseroptische Sensorkabel abschnittsweise fortlaufend und schrauben- bzw. schleifenförmig die Rohre, Pipelineε oder dergleichen umfangεmäßig umgibt, um insbesondere Leckagen in senkrechen Abschnitten und/oder Schweißnähten oder Verschraubungen zu überwachen.
8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Temperaturεensor bzw. daε Senεorkabel unmittelbar beim
Errichten eines Rohrgrabens in den Grabenboden eingebracht oder eingelegt iεt oder εpäter nachgerüεtet wird.
9. Vorrichtung nach Anεpruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zuεätzliche Temperaturεensoren oder faεeroptiεche Sen¬ sorkabel in oder an der Seitenwandund des Grabenε oder einer Wanne angeordnet sind, und bei dicht ausgeführten Gräben oder Wannen den durch ein Leck verursachten Fül¬ lungsgrad zu bestimmen.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei doppelwandigen Behältern, Rohren, Pipelines oder dergleichen der langgestreckte Temperatursenεor bzw. daε faseroptisches Sensorkabel im Zwischenboden bzw. Zwi- schenraum angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Temperatursensor bzw. das Sensorkabel zusätzlich mindestens Abschnitte des Außenumfanges oder Außenbodenε der Behälter, Rohre, Pipelineε oder dergleichen umgibt.
12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h nachträgliches Anordnen des langgestreckten Temperatur- senεorε bzw. des faseroptischen Sensorkabels entlang, an oder in vorhandenen Altanlagen.
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