DE102013002386B4 - Method for testing an underground pipeline using ultrasound - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Prüfen einer erdverlegten Rohrleitung mittels Ultraschall, wobei die Rohrleitung zum Transport von Gas, insbesondere von Erdgas unter erhöhtem Druck dient, wobei ein Inspektionsgerät mit einem Ultraschallsensor durch die Rohrleitung bewegt wird, wobei sich zwischen dem Inspektionsgerät und der Innenwand der Rohrleitung ein Kopplungsfluid befindet und wobei das Kopplungsfluid mit dem Inspektionsgerät durch die Rohrleitung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsfluid ein dilatantes Fluid ist und dass mittels des Kopplungsfluids die Geschwindigkeit des Inspektionsgeräts regulierbar ist, so dass die Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes während der Prüfung der Rohrleitung einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.Method for testing an underground pipeline by means of ultrasound, the pipeline being used to transport gas, in particular natural gas, under increased pressure, an inspection device with an ultrasonic sensor being moved through the pipeline, a coupling fluid being located between the inspection device and the inner wall of the pipeline and wherein the coupling fluid with the inspection device is moved through the pipeline, characterized in that the coupling fluid is a dilatant fluid and that the speed of the inspection device can be regulated by means of the coupling fluid, so that the speed of the inspection device does not have a predetermined value during the inspection of the pipeline exceeds.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer erdverlegten Rohrleitung mittels Ultraschall, wobei die Rohrleitung zum Transport von Gas, insbesondere Erdgas, unter erhöhtem Druck dient, wobei ein Inspektionsgerät mit einem Ultraschallsensor durch die Rohrleitung bewegt wird, wobei sich zwischen dem Inspektionsgerät und der Innenwand der Rohrleitung ein Kopplungsfluid befindet und wobei das Kopplungsfluid mit dem Inspektionsgerät durch die Rohrleitung bewegt wird.The invention relates to a method for testing a buried pipeline by means of ultrasound, the pipeline serving to transport gas, in particular natural gas, under increased pressure, an inspection device with an ultrasonic sensor being moved through the pipeline, with the inspection device and the inner wall moving between the Pipeline is a coupling fluid and wherein the coupling fluid is moved with the inspection device through the pipeline.
Aus der
Die
Aus der
Erdverlegte Rohrleitungen zum Transport von Gas, insbesondere Erdgas unter hohem Druck, bestehen in der Regel aus Stahl. In einem Fernleitungsnetz bzw. Pipelinenetz für Erdgas steht das Gas unter einem Druck von ca. 60 bar. Zur Detektion von Materialverlust und Rissen in der Rohrwand kommen in erdverlegten Rohrleitungen, insbesondere in Erdgaspipelines, intelligente Inspektionsgeräte (Inspektionsmolche) auf Basis von bildgebenden Ultraschallverfahren zum Einsatz. Dabei muss zwischen den Sensoren des Inspektionsgerätes und der Rohrwand ein Kopplungsfluid vorhanden sein, das zumindest näherungsweise eine ähnliche akustische Impedanz wie der Stahl besitzt.Underground pipelines for the transport of gas, particularly natural gas under high pressure, are usually made of steel. In a pipeline network or pipeline network for natural gas, the gas is under a pressure of approx. 60 bar. To detect material loss and cracks in the pipe wall, intelligent inspection devices (inspection pigs) based on ultrasonic imaging are used in underground pipelines, especially in natural gas pipelines. A coupling fluid must be present between the sensors of the inspection device and the pipe wall, which has at least approximately an acoustic impedance similar to that of steel.
Ein gasgefüllter Spalt zwischen Sensor und Rohrinnenwand hätte zur Folge, dass das Ultraschall-Signal an der Rohrwand weitgehend reflektiert und nicht in das Wandmaterial zur Prüfung eingekoppelt würde. Das Inspektionsgerät muss sich daher während der Inspektion in einem Kopplungsfluid fortbewegen. Aus der Praxis ist die Verwendung von Wasser, Glykol oder einer ähnlichen Flüssigkeit als Kopplungsfluid bekannt. Um die Fortbewegung in einer ansonsten mit Luft oder Gas gefüllten Rohrleitung zu realisieren, wird der erforderliche Flüssigkeitskörper oder „Batch“ zwischen Trennmolchen eingeschlossen. Der Batch kann sich über mehrere hundert Meter entlang der Rohrachse erstrecken und wird über die vom Gas aufprägte Druckdifferenz angetrieben. Das Inspektionsgerät bzw der Molch liegt ungefähr in der Mitte des Batches und bewegt sich zusammen mit diesem fort. Abhängig vom Höhenprofil der zu inspizierenden Leitung können die Molche und Batches bei dieser Fahrweise streckenweise sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen, was die Qualität der Messdaten und damit die gesamte Prüfung beeinträchtigt.A gas-filled gap between the sensor and the inner wall of the pipe would mean that the ultrasonic signal would largely be reflected on the pipe wall and would not be coupled into the wall material for testing. The inspection device must therefore move in a coupling fluid during the inspection. The use of water, glycol or a similar liquid as a coupling fluid is known from practice. In order to move in a pipe that is otherwise filled with air or gas, the required body of liquid or "batch" is enclosed between pigs. The batch can extend over several hundred meters along the pipe axis and is driven by the pressure difference imposed by the gas. The inspection device or pig lies roughly in the middle of the batch and moves with it. Depending on the height profile of the pipeline to be inspected, the pigs and batches can reach very high speeds in some areas with this mode of operation, which affects the quality of the measurement data and thus the entire test.
In bergigem Gelände können Batches begrenzter Länge aus Wasser oder Glykol für die Ultraschallmolchung meist nicht eingesetzt werden, da es lokal zu Batchgeschwindigkeiten kommen kann, die den zulässigen Wert, der durch die Eigenschaften des Messverfahrens gegeben ist, um den Faktor 10 oder mehr überschreiten. Um hier Inspektionen durchführen zu können, werden heute Pipelineabschnitte im Verlauf der Prüfung komplett mit dem Kopplungsfluid - in der Regel Wasser - gefüllt. Diese Vorgehensweise erfordert einen enormen logistischen Aufwand und führt zu sehr hohen Prüfkosten, speziell bei großen Rohrleitungsquerschnitten.In mountainous terrain, batches of limited length made of water or glycol can usually not be used for ultrasonic pigging, as batch speeds can occur locally that exceed the permissible value given by the properties of the measurement method by a factor of 10 or more. In order to be able to carry out inspections here, pipeline sections are now completely filled with the coupling fluid - usually water - in the course of the inspection. This procedure requires an enormous logistical effort and leads to very high testing costs, especially with large pipe cross-sections.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.The object of the invention is accordingly to improve a method of the type mentioned at the beginning in such a way that the disadvantages of the prior art are avoided.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsfluid ein dilatantes Fluid ist und dass mittels des Kopplungsfluids die Geschwindigkeit des Inspektionsgeräts regulierbar ist, so dass die Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes während der Prüfung der Rohrleitung einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.The invention is characterized in that the coupling fluid is a dilatant fluid and that the speed of the inspection device can be regulated by means of the coupling fluid, so that the speed of the inspection device does not exceed a predetermined value during the inspection of the pipeline.
Mit anderen Worten wird die Aufgabe durch Verwendung eines dilatanten Fluids als Kopplungsfluid bei einem Verfahren zum Prüfen einer Rohrleitung mittels Ultraschall gelöst, wobei sich ein Inspektionsgerät mit einem Ultraschallsensor durch die Rohrleitung bewegt und wobei sich zwischen dem Inspektionsgerät und der Innenwand der Rohrleitung ein Kopplungsfluid befindet.In other words, the object is achieved by using a dilatant fluid as the coupling fluid in a method for testing a pipeline by means of ultrasound, an inspection device with an ultrasonic sensor moving through the pipeline and a coupling fluid being located between the inspection device and the inner wall of the pipeline.
Das Kopplungsfluids hat neben der Funktion, zu gewährleisten, dass das Ultraschall-signal des Inspektionsgerätes in die Rohrwand eingekoppelt wird, erfindungsgemäß die zusätzliche Funktion zu regeln, dass die Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Der vorgegebene Wert ist in der Regel die Maximalgeschwindigkeit, bis zu der Ultraschallmessungen ohne Beeinträchtigungen möglich sind.The coupling fluid has the function of ensuring that the ultrasonic signal from the inspection device enters the pipe wall is coupled, according to the invention to regulate the additional function that the speed of the inspection device does not exceed a predetermined value. The specified value is usually the maximum speed up to which ultrasonic measurements are possible without impairment.
Die Geschwindigkeit des Inspektionsgeräts wird reguliert, so dass unabhängig vom Streckenverlauf und Höhenprofil der erdverlegten Rohrleitung eine Prüfung der Rohrleitung mittels Ultraschall möglich ist.The speed of the inspection device is regulated so that the pipeline can be checked using ultrasound regardless of the route and height profile of the underground pipeline.
Das starre Inspektionsgerät bzw. der Inspektionsmolch befindet sich innerhalb der Rohrleitung. Die Kraftübertragung zwischen den beiden Körpern findet nicht nur über das Kopplungsfluid, sondern auch durch direkten Kontakt statt. Das vom Kopplungsfluid eingenommene Volumen bewegt sich bei der Molchung relativ zu der Rohrleitung. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Eigenschaft des Kopplungsfluids genutzt werden kann, um die Maximalgeschwindigkeit des Inspektionsgerätes bzw. des Batches zu begrenzen, indem die Reibkräfte der Erdbeschleunigung entgegenwirken.The rigid inspection device or inspection pig is located inside the pipeline. The power transmission between the two bodies takes place not only via the coupling fluid, but also through direct contact. The volume occupied by the coupling fluid moves relative to the pipeline during pigging. The invention is based on the knowledge that the property of the coupling fluid can be used to limit the maximum speed of the inspection device or the batch, in that the frictional forces counteract the acceleration due to gravity.
Der Einsatz eines dilatanten Kopplungsfluids lässt durch die damit verbundene zunehmende Bremswirkung bei ansteigender Batchgeschwindigkeit eine Prüfung mit vergleichsweise kurzen Batches zu, was zu einer erheblichen Kostensenkung führt.The use of a dilatant coupling fluid allows testing with comparatively short batches due to the associated increasing braking effect with increasing batch speed, which leads to a considerable reduction in costs.
Neben den Drücken des Gases vor und hinter dem Batch und der Schwerkraft nehmen Reibkräfte Einfluss auf die Beschleunigung, der der Batch ausgesetzt ist. Die Kräfte aus der Gleitreibung zwischen dem Inspektionsgerät und der Rohrwand können als unabhängig von der Batchgeschwindigkeit angesehen werden. Die Reibkräfte zwischen Kopplungsfluid und Rohrwand steigen dagegen mit zunehmender Geschwindigkeit, so dass bei der Beschleunigung des Batches, die durch eine aufgeprägte Druckdifferenz oder die Schwerkraft hervorgerufen wird, eine negative Rückkopplung durch Reibungseffekte existiert und sich ein quasistationärer Zustand einstellen kann, der durch eine endliche Molchgeschwindigkeit gekennzeichnet ist.In addition to the pressures of the gas in front of and behind the batch and the force of gravity, frictional forces influence the acceleration to which the batch is exposed. The forces from the sliding friction between the inspection device and the pipe wall can be viewed as independent of the batch speed. The frictional forces between the coupling fluid and the pipe wall, on the other hand, increase with increasing speed, so that when the batch is accelerated, which is caused by an imposed pressure difference or gravity, there is a negative feedback due to friction effects and a quasi-steady state can arise, which is caused by a finite pig speed is marked.
Die Reibkraft zwischen dem Kopplungsfluid und Rohrwand wird durch Schubspannungen hervorgerufen. Erfindungsgemäß wird als Kopplungsfluid ein dilatantes Fluid mit einer Schubspannung τ eingesetzt, wobei die Schubspannung τ (in Pa) mittels der folgenden Formel (1)
Der Exponent n ist dimensionslos. Die Einheit der Ostwald-Konstante ist von dem numerischen Wert von n abhängig.The exponent n is dimensionless. The unit of Ostwald's constant depends on the numerical value of n.
Die mechanischen Eigenschaften des ditatanten Fluids können gezielt quantitativ gewählt werden, um zu gewährleisten, dass die Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes während der Inspektion einen gegebenen Wert nicht überschreitet.The mechanical properties of the ditative fluid can be selected quantitatively in a targeted manner in order to ensure that the speed of the inspection device does not exceed a given value during the inspection.
Für jeden Differenzdruck zwischen dem Anfang bzw. der Front des Batches und dessen Ende und jedes Leitungsgefälle gibt es eine Schubspannung, die zu einem Kräftegleichgewicht und damit einer stabilen Batchgeschwindigkeit führt. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kopplungsfluiden wie Wasser oder Glykol ist n=1. Durch Einsatz eines dilatanten Kopplungsfluids mit einem erfindungsgemäß höheren Exponenten n können dieselben Schubspannungen bereits bei geringeren Geschwindigkeitsgradienten du/dr und damit geringeren Geschwindigkeiten u erreicht werden. Die Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes wird so geregelt, so dass die Maximalgeschwindigkeit des Inspektionsgerätes, bis zu der Ultraschallmessungen möglich sind, nicht überschritten wird.For each differential pressure between the beginning or the front of the batch and its end and each line gradient, there is a shear stress that leads to an equilibrium of forces and thus a stable batch speed. In the coupling fluids known from the prior art, such as water or glycol, n = 1. By using a dilatant coupling fluid with a higher exponent n according to the invention, the same shear stresses can be achieved even with lower speed gradients du / dr and thus lower speeds u. The speed of the inspection device is regulated so that the maximum speed of the inspection device, up to which ultrasonic measurements are possible, is not exceeded.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, je nach Anwendungsfall ein geeignetes dilatantes Fluid zu wählen.The invention offers the possibility of choosing a suitable dilatant fluid depending on the application.
Vorzugsweise beträgt der Exponent n mindestens 1,2 vorzugsweise mindestens 1,6. Ferner ist der Exponent n vorzugsweise kleiner als 5,0, vorzugsweise kleiner als 3,0.The exponent n is preferably at least 1.2, preferably at least 1.6. Furthermore, the exponent n is preferably less than 5.0, preferably less than 3.0.
Da das Kopplungsfluid an der Rohrwand immer haftet und dort damit die sogenannte Haftbedingung u = 0 gilt, steigen mit erhöhtem Fluidstrom der Geschwindigkeitsgradient du/dr an der Wand und damit sowohl die Wandschubspannung τ als auch die Reibkraft.Since the coupling fluid always adheres to the pipe wall and the so-called adhesion condition u = 0 applies there, the velocity gradient du / dr on the wall increases with increased fluid flow and thus both the wall shear stress τ and the frictional force.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kopplungsfluid zwischen mindestens einem ersten Trennmolch und mindestens einem zweiten Trennmolch eingeschlossen, wobei sich der erste Trennmolch stromauf und der zweite Trennmolch stromab des Inspektionsgerätes befindet.In an advantageous embodiment of the invention, the coupling fluid is enclosed between at least one first separating pig and at least one second separating pig, the first separating pig being upstream and the second separating pig being located downstream of the inspection device.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is explained below using an exemplary embodiment.
Die Zeichnung zeigt in
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1 schematisch ein Diagramm, in der die Schubspannung τ (in Pa) eines dilatanten Fluides und eines Newton-Fluides in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (in m/s) eines Inspektionsgerätes bzw. eines Batches dargestellt wird.
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1 schematically a diagram in which the shear stress τ (in Pa) of a dilatant fluid and a Newton fluid as a function of the speed (in m / s) of an inspection device or a batch is shown.
Das Inspektionsgerät wird in die zu prüfende Rohrleitung eingebracht. Die Prüfung kann während des nomalen Transportbetriebs der Rohrleitung erfolgen. Alternativ kann die Rohrleitung mit Luft oder einen anderen Gas gefüllt werden. Das Inspektionsgerät bewegt sich infolge einer Druckdifferenz durch die Rohrleitung. Zwischen dem Inspektionsgerät und der Innenwand der Rohrleitung befindet sich ein Kopplungsfluid. Das Kopplungsfluid ist zwischen mindestens einem ersten Trennmolch und mindestens einem zweiten Trennmolch eingeschlossen, wobei sich der erste Trennmolch stromauf und der zweite Trennmolch stromab des Inspektionsgerätes befindet. Als Kopplungsfluid wird ein dilatantes Fluid eingesetzt, wobei die Schubspannung τ mittels der Formel (1) berechnet wird. Der Exponent n beträgt mindestens 1,2 vorzugsweise mindestens 1,6. Ferner ist der Exponent n kleiner als 5,0, vorzugsweise kleiner als 3,0.The inspection device is inserted into the pipeline to be tested. The test can be carried out during normal transport operation of the pipeline. Alternatively, the pipeline can be filled with air or another gas. The inspection device moves through the pipeline as a result of a pressure difference. A coupling fluid is located between the inspection device and the inner wall of the pipeline. The coupling fluid is enclosed between at least one first separating pig and at least one second separating pig, the first separating pig being located upstream and the second separating pig being located downstream of the inspection device. A dilatant fluid is used as the coupling fluid, the shear stress τ being calculated using formula (1). The exponent n is at least 1.2, preferably at least 1.6. Furthermore, the exponent n is less than 5.0, preferably less than 3.0.
In dem in
Beispielsweise wurden bei Verwendung von Wasser als Kopplungsfluid Maximalgeschwindigkeiten des Inspektionsgerätes von 20 bis 30 m/s gemessen. Die Maximalgeschwindigkeit kann abhängig von dem als Kopplungsfluid eingesetzten dilatanten Fluids beispielsweise auf 5 m/s bis 1 m/s reduziert werden.For example, when using water as the coupling fluid, maximum speeds of the inspection device of 20 to 30 m / s were measured. The maximum speed can be reduced to, for example, 5 m / s to 1 m / s, depending on the dilatant fluid used as the coupling fluid.
Die gesamte Molchzeit kann unter bestimmten Bedingungen trotz gerinerer Spitzengeschwindigkeit sogar sinken, da weniger Druck hinter dem Batch aufgebaut werden muss, um eine vorgegebene Geschwindigkeit zu erreichen. Während letzteres zu geringeren Antriebskosten führt, gestattet die automatische Reduktion der Spitzengeschwindigkeit in vielen Fällen eine erheblich einfachere Prozessführung.The total pigging time can even decrease under certain conditions despite the lower top speed, as less pressure has to be built up behind the batch in order to achieve a specified speed. While the latter leads to lower drive costs, the automatic reduction of the top speed allows a considerably simpler process control in many cases.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: HARLACHER, MECHTHILD, DIPL.-ING., DE |
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| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final |