DE3904577C2 - Fehlerortungsvorrichtung an ummantelten Rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fehlerortung an ummantelten Rohren, beispielsweise an wärmegedämmten Fernwärmerohren.

Fernwärmerohre sind erdverlegte Energietransportleitun­ gen, deren Trägermedium warmes Wasser oder Dampf ist. Diese Rohre sind je nach Technologie unterschiedlich konstruiert. Sie bestehen grundsätzlich aus einem Me­ diumrohr, das konzentrisch in einem Mantelrohr verläuft.

Zwischen dem energietransportierenden Mediumrohr und dem Mantelrohr befindet sich eine Wärmedämmschicht, die Energieverluste möglichst klein halten soll. Die Rohre werden vorfabriziert und in Längenabschnitten von 6 oder 12 m an der Baustelle verschweigt. Dabei sollen Außen- und Mediumrohr wasserdicht sein, damit die Dämmschicht nicht durch austretendes oder eindringendes Wasser zer­ stört wird.

Deshalb müssen die Schweißnähte der Rohre während des Betriebes ständig auf Dichtigkeit überwacht werden. Bei einem auftretenden Schaden soll dieser sofort erkannt und der Schadensort feststellbar sein. Hierzu werden Feuchteindikatoren oder Indikatordrähte in die Dämm­ schicht des Fernwärmerohres eingebaut.

Die Indikatoren bestehen aus zwei Metallplatten, die durch ein hygroskopisches Material voneinander isoliert sind. An jeder Schweißnaht ist ein solcher Indikator im Fernwärmerohr installiert. Diese Indikatoren sind pa­ rallel auf eine durchgehende Doppeldrahtleitung aufge­ schaltet, die ebenfalls in der Dämmschicht des Fernwär­ merohres verlegt ist.

Bei einer Undichtigkeit wird die Dämmschicht durchfeuch­ tet und das hygroskopische Isoliermaterial im Indikator wird niederohmig. Mit einem Isolationsmeßgerät kann der Fehler festgestellt werden. Mit einem speziellen Or­ tungsgerät kann nach der Reflexionslaufzeitmethode auch der Schadensort ermittelt werden.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß Probleme auftre­ ten können, wenn die Indikatoren mit einer Einbaufeuchte belastet sind. Dieses ist in der Praxis meist unver­ meidbar, da die Verlegung der Rohre im Freien durchge­ führt wird. Die Indikatoren ändern ihren Widerstand be­ reits in Abhängigkeit von der Luftfeuchte. Sind mehrere solcher vorbelasteter Indikatoren eingebaut, so kommt es zu Fehlalarmen und Falschortung.

Durch die EP 0 045 888 ist eine Einrichtung zur Fest­ stellung von Leckagen in Dampf enthaltenden Hohlkörpern, insbesondere Rohren, bekannt. Die Einrichtung wird zur Überwachung von Heißdampfleitungen eingesetzt. Der Hohlkörper ist von einer Wärmeisolierung umgeben, die einen Meßraum enthält. Im Meßraum befinden sich ein Temperaturfühler und mindestens ein Dampfdetektor. Ein Auswertegerät spricht an, wenn gleichzeitig die Anwe­ senheit von Dampf und ein Temperaturabfall festgestellt wird. Tritt Dampf, der sich in dem Hohlkörper oder Rohr unter Überdruck befindet, durch ein Leck aus, so ent­ spannt er sich, wodurch seine Temperatur abfällt. Durch die Messung der beiden Effekte, nämlich Temperaturabfall und Anwesenheit von Dampf werden Fehlmeldungen vermie­ den. Die Dampfdetektoren bestehen im wesentlichen aus zwei Elektroden und einem dazwischenliegenden Isolator. Aus den Rohren entwichener Dampf gelangt in den Meßkanal und in den Isolator des Dampfdetektors. Der in den Iso­ lator eingetretene Dampf stellt eine leitende - wenn auch nicht näher definierte - Verbindung zwischen den Elektroden her. Da der Widerstand zwischen den Elek­ troden bei Dampfeintritt nicht definiert ist, läßt sich bei Verwendung mehrerer Dampfdetektoren der Ort der Störung nur durch zusätzlichen Aufwand, hier durch die Verwendung von Thermofühlern, lokalisieren. Damit be­ schränkt sich jedoch die Einrichtung auf das Feststellen und Lokalisieren von Gasen oder von Flüssigkeiten, deren Temperatur von der Umgebungstemperatur abweicht. Des wei­ teren wirkt sich der hohe technische Aufwand der Ein­ richtung nachteilig aus. Bei einem Defekt eines Thermo­ fühlers läßt sich ein eventueller Schaden an der Rohr­ leitung weder sicher erfassen noch lokalisieren.

Aus der EP 0 009 651 ist ein Überwachungsgerät zum Aufspüren von aus Behältern oder Rohrleitungen entwei­ chenden Flüssigkeit bekannt. Ein durch eine Feder vor­ gespanntes Zugelement, welches über zwei Stege und eine Umlenkstelle geführt wird, verändert nach Kontakt mit einer festzustellenden Flüssigkeit seine Länge und löst damit mittelbar das Kurzschließen zweier elektrischer Lei­ tungen aus. Nachteilig wirkt sich bei dieser Anordnung aus, daß das Zugelement permanent unter Spannung steht. Dieser Zustand führt sowohl beim Zugband als auch bei der für die Spannung sorgenden Feder zu einer frühzeitigen Materialermü­ dung und einem Ausfall des Überwachungsgerätes. Ein weiterer Nachteil ist in der aufwendigen mechanischen Konstruktion der Anordnung zu sehen. Das Zugband wird über Stege und eine Umlenkstelle geführt, wobei die Reibung zwischen dem Zugband und den Führungspunkten zu einer Herabsetzung der Zuverläs­ sigkeit führt.

Aus der DE-AS 11 03 636 ist eine Sonde zur Anzeige von Un­ dichtigkeiten in Ölbehältern oder dergleichen bekannt. Die Sonde weist innerhalb eines Gehäuses angeordnete elektrische Leitungen auf, welche über einen Kurzschlußschalter verbun­ den werden können. Der Kurzschlußschalter besteht aus elek­ trischen Kontaktelementen, von denen eins auf einem Detekti­ onsmedium angeordnet ist, das, wenn es mit Öl in Kontakt kommt, eine Volumenänderung erfährt. Die Volumenänderung führt zu einer räumlichen Verschiebung des auf dem Detekti­ onsmedium angeordneten Kontaktes, wodurch der elektrische Kontakt und somit ein Detektionssignal erzeugt wird.

Bei derartigen Sonden besteht allerdings ein Nachteil dahin­ gehend, als daß sie nur einmal verwendet werden können: Hat sich das Detektionsmedium einmal infolge eines Kontaktes mit dem zu detektierenden Fremdstoff ausgedehnt und wurde der elektrische Kontakt einmal hergestellt, dann ist die Sonde gegen eine neue auszutauschen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung und Lokalisierung von Fremdstoffen innerhalb einer Rohrummantelung zu schaffen, die ein hohes Maß an Funktionszuverlässigkeit aufweist und deren Schalt­ vorgang reversibel ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspru­ ches 1. Defekte an ummantelten Rohren lassen sich op­ tisch nur selten feststellen, führen jedoch meist zum Verlust der Isolations- bzw. Schutzwirkung des Mantels. Die Erfindung stellt ein Erfassungs- und Lokalisierungs­ system von Fremdstoffen innerhalb der Ummantelung und damit von Rohrdefekten dar, deren besonderer Vorteil in einer Anordnung besteht, welche bedingt durch ihren Aufbau ein hohes Maß an Zuverlässigkeit in Verbindung mit einer hohen Lebensdauer bietet. Ein Detektionsmedium oder Sensor kommt nach Kontaktierung eines Fremdstoffes durch Veränderung seines Volumens mit einem Druckelement in Eingriff. Eine weitere Volumenänderung des Sensors bewirkt über die La­ geänderung des Druckelementes das Betätigen eines mit Leitungen elektrisch verbundenen Kurzschlußschalters. Der einfache mechanische Aufbau der Vorrichtung zur Be­ tätigung des Kurzschlußschalters bietet einen hohen Grad an funktionaler Zuverlässigkeit. Der Sensor befindet sich vor Kontaktierung des Fremdstoffes in einem entspannten Zu­ stand, was zur Maximierung der Lebensdauer des Sensors und damit zu einer weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung führt. Kommt der Sensor nach Behebung des Rohr- oder Ummantelungsdefektes nicht mehr mit dem Fremdstoff in Berührung, dann geht die Volumenänderung des Sensors voll­ ständig zurück und durch bereitgestellte Rückholvorrichtun­ gen wird der Kurzschluß der Leitungen aufgehoben. Die Erfas­ sungs- und Lokalisierungsvorrichtung ist auch nach der Behe­ bung des Defektes funktionstüchtig.

Vorteile und zweckmäßige Weiterbildungen der Aufgabenlösung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Vorteil ergibt sich daraus, daß der Sensor unterschiedlich auf verschiedene Stoffe anspricht. Der Sensor soll beispielsweise nur auf den aus dem Rohr aus­ tretenden Stoff ansprechen, nicht aber auf eine von außen in die Ummantelung eindringende oder eine sich schon in der Ummantelung befindende Feuchtigkeit.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die An­ sprechschwelle zur Betätigung des Kurzschlußschalters in Abhängigkeit der Konzentration des Fremdstoffes ein­ stellbar ist. Wird im Rohr Wasser oder Wasserdampf transportiert, so soll die Betätigung des Kurzschluß­ schalters nicht schon durch das Erfassen kleiner Mengen Wassers, entstanden beispielsweise durch in die Umman­ telung eingedrungene Luftfeuchtigkeit und/oder daran anschließende Kondenswasserbildung, in der Ummantelung erfolgen.

Ein weiterer Vorteil ist in der Form und der Lage des Druckelementes zu sehen. Durch seine spezielle Form und Lage ist er leicht mit dem Sensor in Eingriff und zur Betätigung des Kurzschlußschalters zu bringen.

Einen weiteren Vorteil stellt die Lagerung des Druck­ elementes dar. Das Druckelement wird reibungsarm geführt und kann nur eindimensionale Bewegungen ausführen. Da­ durch wird eine zuverlässige Betätigung des Kurzschluß­ schalters erreicht.

Das Federelement erweist sich als weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung. Es erleichtert den Eingriff des Sensors auf das Druckelement und das Öffnen des Kurzschlußschalters nach dem Nichtmehrvorhandensein des Fremdstoffes.

Das Vorhandensein von Eingangs- und Ausgangsanschlüssen an der Schalteinheit ermöglicht das Zusammenschalten vieler Schalteinheiten.

Die Auswertschaltung stellt eine vorteilhafte Weiter­ bildung der Erfindung dar. Durch einfache Messung des elektrischen Widerstandes der Leitungen ist das Erfas­ sen, das Lokalisieren und das anschließende Anzeigen des Fremdstoffes bzw. des Defektes an dem ummantelten Rohr möglich.

Verwendung findet die Erfindung bei der Erfassung und Lokalisierung von Feuchte in der Wärmedämmung von Fern­ wärmerohren oder bei der Erfassung und Lokalisierung von Chemikalien in der Ummantelung von Transportrohren. Ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeich­ nung, deren einzige Figur den Schnitt durch eine Schalt­ einheit zeigt, im folgenden erläutert.

Die Schalteinheit 11 enthält ein Druckelement 1, das von einer Feder 2 gegen einen Sensor 3 gedrückt wird. Der Sensor 3 dient in diesem Ausführungsbeispiel zur Erfas­ sung von Feuchte in wärmegedämmten Fernwärmerohren und besteht aus mehreren Schichten eines Indikatorpapieres. Der Sensor 3 liegt an der Innenseite des Gehäuses 7 an. Das Druckelement 1 wird von Stegen 4 geführt und ist mechanisch mit einem Kurzschlußschalter gekoppelt. Der Kurzschlußschalter ist elektrisch mit zwei durch das Gehäuse 7 durchgehenden Leiterschienen 8 verbunden. Die Enden der Leiterschienen 8 sind als Steckanschluß 9 ausgebildet, wodurch sich beliebig viele Schalteinheiten zu einer rohrbegleitenden Indikatorleitung zusammen­ schließen lassen.

Die Eigenschaft des Papieres ist derart, daß beim Ein­ treffen von Feuchtigkeit die Papierschichten 3 aufquel­ len. Das Druckelement 1 wird dadurch bewegt und schließt den Kurzschlußschalter 6. Dadurch wird die Indikator­ leitung an dieser Stelle geschlossen. Trocknet dagegen das Papier wieder aus, so verschwindet die Quellung des Papiers und der Kurzschluß durch den Kurzschlußschalter 6 wird aufgehoben.

Durch den permanenten Druck der Feder 2 ist der Sensor mit dem Druckelement 1 schon vor dem Kontakt mit der Feuchtigkeit im Eingriff. Es ist jedoch genauso möglich, den Sensor 3 erst nach dem Kontakt mit der Feuchtigkeit mit dem Druckelement 1 in Eingriff zu bringen. Durch diesen verzögerten Eingriff wird eine einstellbare Schaltschwelle geschaffen, die das Auslösen des Kurz­ schlußschalters in Abhängigkeit von der Konzentration der Feuchtigkeit- bzw. des zu erfassenden Fremdstoffes, ermöglicht. Darüber hinaus erhöht sich die Lebensdauer des Sensors 3.

Der Schalter ist in einem Gehäuse 7 eingebaut, das so­ weit dicht ist, daß der Dämmwerkstoff des Fernwärmeroh­ res nicht in die Schaltermechanik eindringen kann, Was­ ser jedoch den Papierstapel 3 durch die Bohrung 5 im Gehäuse erreicht.

Eine nicht dargestellte Auswerteschaltung stellt durch Widerstandsmessung der Indikatorleitung das Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuse 7 fest. Aufgrund der Kenntnis des Widerstandes pro Längeneinheit der Leitung ist die Lage der Fehlerstelle bestimmbar. Ein automa­ tisches Erfassen, Lokalisieren und Anzeigen der Feuch­ tigkeit, bzw. des Defektes am Leitungssystem wird durch die Auswerteschaltung ermöglicht.

Durch die Verwendung eines anderen Sensors 3 erhält man einen auf andere Substanzen empfindlichen Schalter. Gum­ mi hat beispielsweise die Eigenschaft, durch Einwirkung bestimmter Lösungsmittel aufzuquellen. Eine Schalt­ einheit 11 wäre unter Verwendung eines Sensors 3 aus Gummi imstande, entsprechende Lösungsmittel aufzuspü­ ren.

Die Erfindung findet neben dem allgemeinen Erfassen und Lokalisieren von Substanzen besonders Verwendung bei der Überwachung von Feuchte in der Wärmedämmung von Fern­ wärmerohren, wie auch bei der Überwachung von Chemi­ kalien in doppelwandigen Transportrohren.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Detektion von flüssigen oder gasförmi­ gen Fremdstoffen innerhalb einer Rohrummantelung ei­ nes Transportrohres, mit:
innerhalb eines Gehäuses (7) angeordneten elektrischen Leitungen (8);
einem Kurzschlußschalter (6), der derartig in dem Ge­ häuse (7) angeordnet ist, daß er einen Kurzschluß zwi­ schen den Leitungen (8) herstellen kann;
einem Detektionsmedium (3), das innerhalb des Gehäuses (7) derartig angeordnet ist, daß es mit dem zu detek­ tierenden Fremdstoff in Kontakt treten kann, und das bei Kontakt mit dem Fremdstoff eine Volumenänderung er­ fährt; dadurch gekennzeichnet, daß
das Detektionsmedium (3) eine reversible Volumenände­ rung durchführt und dabei ein Druckelement (1) räumlich verschiebt, oder mit ihm zunächst in Kontakt tritt und es dann räumlich verschiebt, wobei die Verschiebung des Druckelementes (1) zu der Herstellung des Kurzschlusses mittels des Kurzschlußschalters (6) führt; und daß
eine Rückholvorrichtung (2) vorgesehen ist, die das Druckelement (1) vom Kurzschlußschalter (6) löst wenn das Detektionsmedium (3) den Fremdstoff nicht mehr de­ tektiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionsmedium (3) in Abhängigkeit von ver­ schiedenen, zu detektierenden Fremdstoffen unterschied­ liche Volumenänderungen erfährt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholvorrichtung (2) eine Einstellvorrichtung aufweist, mittels der einstellbar ist, bei welcher Volumenänderung des Detektionsmediums (3) der Kurzschluß auftritt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckelement (1) eine langge­ streckte Form aufweist, wobei ein Ende des Druckelemen­ tes (1) mit dem Detektionsmedium (3) in Kontakt tritt und das andere Ende den Kurzschlußschalter (6) betä­ tigt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckelement (1) in Längsrich­ tung beweglich gelagert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholvorrichtung (2) aus ei­ nem Federelement (2) besteht, das das Druckelement (1) in Kontakt mit dem Detektionsmedium (3) hält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (2) eine das Druckelement (1) um­ schließende Feder ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) Anschlüsse (9) auf­ weist, die mit den kurzzuschließenden elektrischen Lei­ tungen (8) verbunden sind.

9. Indikatorleitung bestehend aus einer Vielzahl von hintereinander angeordneten Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Vorrichtungen derart elektrisch miteinander verbunden sind, daß mittels einer Auswerte­ schaltung der elektrische Widerstand der Leitungen (8, 10) meßbar ist, und somit die Vorrichtung bestimmbar ist, bei der die Fremdstoffe detektiert worden sind.

10. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Erfassung und Lokalisierung von Feuchte in der Wärmedämmung von Fernwärmerohren.

11. Verwendung einer Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, zur Erfassung und Lokalisierung von Chemikalien in der Ummantelung von Transportrohren.