DE1922986B2 - Verfahren zur Lecküberwachung von Flüssigkeitsleitungen - Google Patents

Verfahren zur Lecküberwachung von Flüssigkeitsleitungen

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DE1922986B2 DE1922986A DE1922986A DE1922986B2 DE 1922986 B2 DE1922986 B2 DE 1922986B2 DE 1922986 A DE1922986 A DE 1922986A DE 1922986 A DE1922986 A DE 1922986A DE 1922986 B2 DE1922986 B2 DE 1922986B2
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Description

Für jeden Zähler gut
wobei F = Durchfluß in wfl/h ist
Zum Zeitpunkt T1 wird eine Menge
ermittelt; zum Zeitpunkt T2 eine Menge
12 2
QzT3 = J Fdt + j Fdt= f F dt usw.
O 1 ο
Wird die Mengenermittlung am Anfang und Ende der Leitung mittels Zähler durchgeführt, ergibt sich
ck
— QzATx = / FE d t - J FA
d t.
Ist ein Leck nicht vorhanden, muß diese Gleichung theoretisch Null ergeben. Von Null abweichende Werte sind durch unterschiedliche Genauigkeit der Meßgeräte oder durch ein Leck bedingt.
Bild 15 zeigt somit das Aufsummieren
JFE-dt-fFAdt.
0 0
Würde dieses Ergebnis differenziert werden, also
dt
ergibt sich FE — FA.
35
40
Der Mengenvergleich kann somit dur.:h einen Vergleich der durchflußproportionalen Meßwerte am Anfang (FA) und am Ende (FB) ersetzt werden. Die Meßwerte sind dann zwar zu jeder Zeit verfügbar. Es besteht jedoch der erhebliche Nachteil, daß die Fehler der Einzelmessungen in die Summen- oder Differenzbildung eingehen und einen scheinbaren Leckfluß anzeigen. Die Festeinstellung eines Grenzwertes zur Alarmgabe ist nicht möglich, da dieser Punkt schon bei Meßwertverfälschuogen infolge veränderter Temperatur, Dichte und Viskosität erreicht werden kann. Der durchflußproportionale Meßwertvergleich ist daher für die praktische Anwendung nicht geeignet.
Wegen dieser Nachteile ist dieser Vorschlag der Differenzierung von Zählerwerten bisher in der Technik nicht ausgesprochen worden und hat somit das Verfahren der Erfindung nicht nahegelegt.
Es wurde nun ein Verfahren zur Lecküberwachung von Flüssigkeitsleitungen, bei dem zur Gewinnung eines Steuerimpulses für eine Signalgabe und/oder für eine Abschaltung des Flüssigkeitstransportes am Anfang und am Ende der zu überwachenden Leitungsstrecke die Durchflußmessungen vorgenommen werden und die Meßwerte mittels eines Summiergerätes subtrahiert werden, gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß für die schnelle Ermittlung auch kleiner Leckagen der von dem Summiergerät (4) gelieferte Wert durch ein nachgeschaltetes Differenziergerät (5) kontinuierlich nach der Zeit differenziert und dieser Differentialquoüent bei Überschreiten eines durch die zeitlichen Schwankungen der Duchflußmessung festgelegten, vorgegebenen Grenzwertes als Steuerimpuls verwendet wird.
Ferner wurde gefunden, daß an Stelle von Durchflußmessungen mit dem Durchfluß in eindeutiger Beziehung stehende Meßwerte dem Summiergerät (4) zugeführt werden.
Weiter wurde gefunden, daß die dem Summiergerät (4) zugeführten Meßwerte in diesem addiert oder subtrahiert werden.
Am Ausgang des Differenziergerätes (3) kann ein Anzeige- und/oder Schreibgerät (9) angeschlossen werden.
Die Durchflußmeßstelisn können in Abständen von mehreren Kilometern, wie 1 bis 100 km, oder in Abständen von Metern, wie 10 bis 1000 m, angeordnet werden.
Die Meßwerte der Durchflußmessung können kontinuierlich oder in Zeitabständen von etwa 1 bis 60 see ermittelt werden, wobei eine Druckentnahme vor und nach einer Verengung innerhalb der Rohrleitung einen gemessenen Differenzdruck ergibt, der sich abhängig vom Durchfluß ändert
Das Verfahren der Erfindung bietet durch Verwendung von Durchflußmeßstellen und durch Bildung der Differenz dieser Meßstellen den Vorteil eines schnellen Leckerkennens. Dabei können die Gesamtmeßunsicherheiten x„n der Einzelmessungen sehr groß sein und auch zeitlichen Änderungen unterworfen sein, wenn die kontinuierliche Änderung von z. B. xm auf 2 · re„ länger dauert als 10 see. Das Verfahren der Erfindung verwendet zu seiner Lösung automatisches, kontinuierliches Differenzieren nach der Zeit der vorher gebildeten Summe entsprechend den Differentialquotienten
. FA-FE
dt
Auftretende Fehler oder Meßwerte, verursacht durch allmähliches Wandern (Trift) der tatsächlichen Meßergebnisse mit von Null abweichenden Anfangswerten verursachen Differentialquotienten
. FA-FE
dt
mit geringen Werten. Leckagen, die in Rohrleitungen plötzlich auftreten und der hierbei sofort einsetzende, nicht meßbare Leckfluß F1 ergeben dagegen einen großen Wert für
FA - (FE + FL) dt
Ein vorher gewählter Grenzwert wird dabei überschritten und ein optisches und/oder akustisches Alarmzeichen wird ausgelöst. Die Festlegung des Grenzwertes muß einerseits so knapp gewählt werden, daß auch ausreichend kleine Leckmengen erkannt werden. Andererseits muß er deutlich über der Streuung des Wertes
5 6
FA — FE auslösende Relais bleibt über elektrische Selbst-
(Jj haltung so lange angezogen, bis seine Rückstellung
durch das Bedienungspersonal erfolgt.
liegen. Es kann eine automatische Stillsetzung des Das Verfahren der Erfindung ist für Flüssigkeiten Produkttransportes eingeleitet werden. 5 wie Kohlenwasserstoffe, insbesondere Rohöl, Heizöl, Das Verfahren der Erfindung wird beispielsweise Kraftstoffe oder chemische Stoffe, insbesondere wie folgt beschrieben und in der Figur dargestellt. wasserfreie oder wasserhaltige Säuren oder Laugen, Durch eine Rohrleitung (1) mit 400 mm Durchmes- wie Ammoniak und* für Flüssigkeiten mit unterser wird Rohöl über eine Entfernung von z. B. 50 km schiedlichen chemischen Eigenschaften, die gleichtransportiert. Es fließen durch diese Leitung xo zeitig hintereinander durch die zu überwachende Lei-700 mVh. Am Anfang der Rohrleitung nach der tung gepumpt werden, geeignet.
Druckerhöhungspumpe (7), die über eine Vordruck- Die Arbeitsweise nach dem Stand der Technik gepumpe Rohöl aus einem Lagertank zugeführt be- stattet nicht das schnelle Erkennen einer Leckage kommt, ist eine Meßblende (2) in dem Leitungs- beim Transport von Flüssigkeiten in Rohrleitungen, strang vor der Molchschleuse eingefügt. Am Ende 15 Es muß damit erst ein längerer Zeitraum von Minuder Rohrleitung, vor dem Auffangbehälter (10), ist ten abgewartet werden, wobei im allgemeinen noch eine zweite Meßblende (3) eingebaut, die ebenfalls ein Handeingriff erforderlich wird. Dieser Zeitden Durchfluß mißt. Die Meßblenden sind so aus- abschnitt ist aber maßgebend für die nach dem Ungelegt, daß sie bei 100 °/o Durchfluß von 700ms/h, dichtwerden ausfließende Flüssigkeitsmenge, die zur einen als Wirkdruck bezeichneten Differenzdruck ao Abwendung der weitreichenden Folgen einer Leckage von 2500 mmWS ergeben, der durch einen elektri- zu minimieren sind.
sehen Meßumformer (11) radiziert und in einen ein- Das Verfahren der Erfindung gestattet dagegen geprägten Strom von 0 bis 20 mA umgewandelt wird. ein wesentlich schnelleres Erkennen der Leckage. Da Die elektrischen Meßwerte werden einem Mischteii Leckagen im allgemeinen plötzlich auftreten, setzt (4) zugeführt, wo durch eine Brückenschaltung eine as auch der Leckstrom spontan ein. Bei Flüssigkeiten Subtraktion des Wertes FE von FA (F A — FE) vor- pflanzt sich infolge der Inkompressibilität die mogenommen wird. Das Ergebnis ist bei dichter Rohr- mentane Durchflußänderung als Impuls schnell zu leitung ein mit 0 mA wenig abweichender Meßwert. der anderen, entfernt liegenden Meßstelle fort.
Ein entlang der Rohrleitung auftretendes Leck ver- Erst mit dem Verfahren der Erfindung ist es mögursacht ein um den nicht meßbaren Leckfluß FL ver- 3° lieh, praktisch ohne Zeitverzug, also innerhalb von minderten Durchfluß am Ende FE von z. B. 550 ms/h, 0,5 bis 3 see ein eindeutiges Alarmzeichen zu erzeudem ein eingeprägter Strom von 15,7 mA entspricht. gen, das zur automatischen Stillsetzung der Förde-Die Subtraktion durch das Mischteil (4) ergibt einen rung von Flüssigkeiten in Rohrleitungen führt. Lang-Wert FL = FA — FE — 2OmA — 15,7 mA = 4,3 mA. sam verlaufende MeßwertveiTälschungen bleiben je-Dieser Strom wird dem Differenzierglied (5) zu- 35 doch unberücksichtigt
gefiUirt. Wenn man von Korrosionsschäden absieht, Das schnelle Erkennen einer Leckage nach dem können Leckagen nur nach Rohrrissen oder -brüchen Verfahren der Erfindung ist auch dann möglich, auftreten. Diesen spontan auftretenden Schäden fol- wenn am Anfang oder Ende der Rohrleitung mehgen sofort einsetzende Leckflüsse F1, die innerhalb rere Eingabe- oder Verbraucherstellen gleichzeitig weniger Sekunden ihren vollen Wert erreichen. Die 40 vorhanden sind. Diese Möglichkeit ist mit den beSteilheit dieses Anstiegs liegt bei 1 bis 2 mA je Se- kannten Vorrichtungen nach dem Stand der Technik künde. Diese zeitliche Veränderung wird vom Diffe- nicht vorhanden. Durch das Verfahren der Erfindung renzierglied kontinuierlich umgeformt in einen Strom wird auch erst eine Erweiterung der Anwendung für von 10 bis 2OmA, der nach Einstellen eines kon- große Rohrleitungen möglich,
stanten Flusses FL wieder auf 0 mA zurückgeht. Der 45 Das Verfahren der Erfindung bietet gegenüber Schreiber (9) macht diesen Vorgang sichtbar, eine der Arbeitsweise nach dem Stand der Technik den Kontrolle der Leckauswirkung und damit eine Be- weiteren Vorteil, daß dieses unabhängig von Rohrurteilung von Größe und Form des Lecks wird mög- länge, Rohrdurchmesser und -innendruck ist. Es lieh. Die durch das Differenzierglied (5) erzeugte gehen Änderungen der Produkttemperatur und Stromspitze wird einem Vergleicher (6) zugeführt, 5° Dichte nicht in die schnelle Leckerkemnmg ein.
der diesen Wert mit einem vorgegebenen Grenzwert Für das Verfahren der Erfindung and einfache vergleicht und z. B. bei Überschreiten von 5 mA ein Meßgeräte ausreichend, deren Meßunsicherheiten eingebautes Relais zum Anzug bringt, dessen Kon- über den üblichen Anforderungen liegen dürfen. Austakte schließen. Daran angeschlossene Signalleuch- zuschließen sind gerätebedingte Rurzzeitabweichunten blinken, die Alarmhupe ertönt. Ein weiterer Kon- 55 gen, ζ. B. Fehlersprünge innerhalb kleiner 10 sec, die takt dieses Grenzwertrelais öffnet den Steuerstrom- erfahrungsgemäß nur den Ausfall einer Meßstreck« kreis des elektrischen Antriebes der Druckerhöhungs- einleiten. Der mit anfachen Mitteln realisierbar« pumpe (7), die dann stehenbleibt Ferner wird ein Aufbau der »Leckerkennungsanlage« nach dem Ver Kontakt dazu benutzt, um die elektrische Fernbetati- fahren der Erfindung erfordert einen geringeren In gung zum Schießen sämtlicher Schieber (8) entlang 60 vestierungsaufwand als die Verfahren nach den der Rohrleitung einzuschalten. Das die Abschaltung Stand der Technik.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

der Druck beim Aufreißen der Rohrleitung ändert, Patentansprüche: da beim Ausströmen das Gas langsam entspannt wird. Der Druck baut sich viel langsamer ab als bei
1. Verfahren zur Lecküberwachung von Fliis- inkompressiblen Flüssigkeiten. Bei Flüssigkeiten wirkt sigkeitsleitungen, bei dem zur Gewinnung eines 5 sich der Meßeffekt gemäß dem Verfahren der Erfin-Steuerimpulses für eine Signalgabe und/oder für dung rasch aus, so daß ein schnelles Erkennen der eine Abschaltung des Flüssigkeitstransportes am Leckage beim Transport von Flüssigkeiten in Rohr-Anfang und am Ende der zu überwachenden Lei- leitungen möglich ist. Die Aufgabenstellung ist bei tungsstrecke die Durchflußmessungen vorgenom- dem Verfahren dieser Patentschrift eine andere, weil men werden und die Meßwerte mittels eines i° sich diese auf nicht äquivalente Stoffe einer anderen Summiergerätes subtrahiert werden, dadurch Phase bezieht und kein »schnelles« Erkennen der gekennzeichnet, daß für die schnelle Er- Leckage möglich ist Auch der Lösungsweg für dieses mittlung auch kleiner Leckagen der von dem Verfahren ist ein anderer. Es findet eine Subtraktion Summiergerät (4) gelieferte Wert durch ein nach- von integralen Meßwerten statt.
geschaltetes Differenziergerät (5) kontinuierlich 15 Dagegen arbeitet das Verfahren der Erfindung mit nach der Zeit differenziert und dieser Differential- einem Differenziergerät, welches kontinuierlich einen quotient bei Überschreiten eines durch die zeit- Differentialquotienten ermittelt, der beim Vergleich Mchen Schwankungen der Durchflußmessung fest- mit dem vorgegebenen Grenzwert nach dessen Übergelegten vorgegebenen Grenzwertes als Steuer- schreiten ein Alarmzeichen in 0,5 bis 3 sek auslöst impuls verwendet wird. ao Die Ermittlung der »zeitlichen Änderung des
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Druckverlaufs« ist abhängig von der Rohrreibung, kennzeichnet, daß an Stelle von Durchfluß- von der Viskosität und Temperatur, wodurch untermessungen mit dem Durchfluß in eindeutiger Be- schiedliche Drücke auftreten. Diese Nachteile beziehung stehende Meßwerte dem Summiergerät stehen für das Verfahren der Erfindung bei Flüssig-(4) zugeführt werden. 25 keiten nicht. Dieses Verfahren mißt als zeitliche An-
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, derung »Λ f« und nicht wie das Verfahren der Erfindadurch gekennzeichnet, daß die dem Summier- dung »<5r«. Das Verfahren dieser Patentschrift vergerät (4) zugeführten Meßwerte in diesem addiert wendet die Drücke sekundär als indirektes Maß für werden. die Durchflüsse und stellt eine Entwicklung für
30 »Gase« dar, welches das Verfahren der Erfindung nicht berührt
Dagegen verwendet das Verfahren der Erfindung
primär die Durchflüsse als Eingabe in das Differenziergerät. Es kann nach dem Verfahren der Erfin-
Bekannt ist die Überwachung von Rohrleitungen 35 dung aber auch ein mit dem Durchfluß in eindeutiger beim Transport von Flüssigkeiten durch Messung der Beziehung stehender Meßwert verwendet werden, wie eingegebenen Mengen (QA) und der am Ende an- z.B. »Geschwindigkeit« (m/sek) oder »Menge/Zeitkommenden Mengen (QE) und durch Vergleich einheit« (ratyt).
dieser Meßergebnisse (Siemens-Zeitschrift Bd. 39, Die deutsche Patentschrift 746 671 betrifft ein Ver-
1965, S. 1060 bis 1063, Öl-Zeitschrift 1965, S. 2 40 fahren, das zum Erkennen von Leckagen in Flüssig-
bis 6). Die Mengenmessungen sind über die Zeit oder keitsrohrle;rungen dient Dieses Verfahren arbeitet in
über die Zahl der Meßkammerentleerungen integrierte der Weise, daß mittels Zähler die je Zeiteinheit
{Durchflußmessungen (ms/h). Es sind erfahrungs- durchgeflossene Menge ermittelt wird. Die Zähler-
igemäß Integrationsperioden von Minuten erforder- werte werden mechanisch subtrahiert, und es wird
Sich, um die Absolutfehler der Zähler klein zu 45 nach Erreichen eines Grenzwertes ein Unterbre-
halten. Ein Zähler wird angezeigt wenn die Differenz chungsmechanismus ausgelöst. Dieses Verfahren hat
QA — QE von Null abweicht, wobei die Meßtole- den Nachteil, daß erst nach einer längeren Zeit ein
ranzen der Einzelzähler zu berücksichtigen sind. Der Leck erkennbar wird.
Der Nachteil dieser Leckerkennungsmethode liegt im Die USA.-Patentschrift 3 416 560 betrifft eine
langen Zeitraum, z. B. von 30 bis 60 min., der zur 50 Vorrichtung zum Erkennen eines Lecks in einer
eindeutigen Aussage vom tatsächlichen Beginn der Flüssigkeitsleitung. Diese Vorrichtung subtrahiert
Leckage bis zum sicheren meßtechnischen Erfassen zwei Drücke entlang der Rohrleitung. Bei Abwei-
benötigt wird. Nachteilig sind ferner die hohen chung des Ergebnisses vom konstanten Wert wird
Investitionskosten für diese meßtechnischen Einrich- mechanisch ein Schalter betätigt, der den Betrieb der
hingen, besonders für Rohrleitungen großer Durch- 55 Leitung stillegt
tnesser und hoher Drücke. Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, daß diese nur Die nicht vorveröffentlichte Patentschrift DT PS bei konstantem Durchfluß anwendbar ist und somit 1 920 398 betrifft ein Verfahren zum Feststellen von für die Praxis keine Bedeutung hat. Außerdem wer-Lecks in einer von einem Gas durchströmten Rohr- den auch andere Druckstörungen mit erfaßt, so daß leitung, bei dem die an mindestens zwei Meßstellen 60 dadurch häufig Betriebsunterbrechungen entstehen,
ermittelten Meßwerte verglichen werden. Dieses Ver- Aus »Energie und Technik«, Dezember 1966, fahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche S. 466 und 467, ist bekannt, daß durch Vergleich Änderung des Druckverlaufs in der Leitung ermittelt der durchgesetzten Medien am Anfang und Ende werden soll, und daß eine Störungsmeldung abge- der Rohrleitung das Erkennen eines Produktvergebein wird, wenn im Falle eines Druckabfalls in 65 lustes entlang des dazwischenliegenden Leitungs-Strömungsrichtung der Druckabfall um mehr als Stückes möglich ist. Die beschriebenen Zähler ermiteinen vorgegebenen Betrag in der Zeiteinheit zu- teln mit fortschreitender Zeit sich erhöhende Absolutnimmt. Bei Gasen ist nicht bekannt, wie schnell sich mengen.
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