DE69300419T2

DE69300419T2 - Vorrichtung zur leckdetektion in rohren.

Info

Publication number: DE69300419T2
Application number: DE69300419T
Authority: DE
Inventors: Mark Spencer
Original assignee: WL Gore and Associates Inc
Current assignee: WL Gore and Associates Inc
Priority date: 1992-02-25
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2013-02-20
Also published as: US5203202A; AU3726293A; JPH07504037A; EP0628161A1; WO1993017316A1; DE69300419D1; EP0628161B1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf die Ortung von Lecks von der Innenseite von unter Druck stehenden Leitungen aus, wie Rohren oder Schläuchen. Insbesondere nutzt die Erfindung eine Änderung in der Impedanz zwischen Leitern, um Lecks zu detektieren.

Hintergrund der Erfindung

Fluidlecks, wie etwa Gaslecks, von Leitungen, d.h. Rohren oder Schläuchen, welche unter hohem Druck stehende Fluide führen, können für die Umwelt Unsicherheiten und Gefahren ergeben und sie können Kosten verursachen. Es besteht daher eine Notwendigkeit für die Ortung von Lecks in derartigen Leitungen über ihre gesamte Länge.
Eine übliche Methode zum Orten von Lecks in unter Druck stehenden Leitungen beruht auf Spitzensonden, die eine kontinuierliche Fluidüberwachung durchführen oder die Schwingungsänderungen in der Leitung aufzeichnen. Zum Orten von Lecks entlang einer großen Länge eines Rohres oder eines Schlauches macht die große Anzahl der erforderlichen Spitzensonden diese Methoden unpraktisch.

Zusammenfassung der Erfindung

Bei dieser Erfindung wird von einer Schicht aus einem biegsamen leitfähigen Material zwischen einer Leitung und signalführenden Elementen Gebrauch gemacht, die entlang der Länge der Leitung angeordnet sind. Die signalführenden Elemente weisen eine Reihe von mindestens zwei isolierten, parallelen elektrischen Leitern auf, die in Längsrichtung entlang der Leitung angeordnet sind, in welcher benachbarte Bereiche der Leiter entlang der Seite freigelegt sind, die dem biegsamen leitfähigen Material am nächsten ist. Vorzugsweise sind die parallelen Leiter in einem bandförmigen Streifen eingebettet.
Das biegsame leitfähige Material besteht aus einer Schicht aus einem leitfähigen Streifen, der um die Leitung herumgewickelt ist. Das biegsame Material kann ein Streifen aus kohlenstoffgefülltem Polymer, wie kohlenstoffgefülltes Polyester, Silikon oder Tetrafluorethylen sein. Nach einer Leckage von Gas aus der unter Druck stehenden Gasleitung wird es eine momentane Ballonbildung der leitfähigen biegsamen Schicht geben, welche nach Berührung mit dem freigelegten Bereich der signalführenden Elemente den Widerstand zwischen den genannten Leitern ändert, welche die signalführenden Elemente bilden. Diese Änderung wird unmittelbar durch Impedanzänderungen gemessen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht und eine Endansicht einer Leitung.
Fig. 2 zeigt die geschnittene Leitung und eine Endansicht mit einer Isolationsschicht um die Leitung herum.
Fig. 3 zeigt die geschnittene Leitung gemäß Fig. 2 mit einem biegsamen leitfähigen Material um die Leitung herum.
Fig. 4 zeigt ein Bandkabel zum Wickeln um die Konstruktion gemäß Fig. 3 herum.
Fig. 4a ist eine Seitenansicht des Bandkabels und
Fig. 4b ist eine Draufsicht von oben auf das Bandkabel.
Fig. 5 zeigt das Bandkabel, das um die Konstruktion gemäß Fig. 3 herumgewickelt ist.

Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nunmehr in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei ferner auf Gas als das Fluid Bezug genommen wird.
Gemäß Fig. 1 führt das Rohr oder die Leitung 10, die aus Metall, wie Stahl, oder aus Kunststoff hergestellt sein kann, das Gas, das irgendein durch eine Gasleitung transportierbares Gas sein kann, beispielsweise kann es sich um Kohlenwasserstoffgase, Wasserstoff oder wasserstoffgasdurchlässige Sulfidgase handeln. Eine gasdurchlässige Isolation 11 kann die Leitung 10 (Fig. 2) umgeben, ist jedoch nicht notwendig. Ein biegsames leitfähiges Material 12, wie eine Folie aus einem kohlenstoffgefüllten, expandierten, porösen PTFE, ist um die isolierte Leitung herum angeordnet (Fig. 3).
Um das biegsame leitfähige Material herum befinden sich langgestreckte Signalführungselemente 14, wie Kupferdraht. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird erläutert, daß die parallelen Leiterelemente oder Drähte 14 am zweckmäßigsten um die Leitung herum dadurch aufgebracht werden, daß sie zuerst in eine Kunststoffisolation 15 eingebettet werden, um ein Band aus einem Kunststoffstreifen 13 zu bilden, der im Inneren die leitenden Drähte aufweist. Entlang des Streifens 13 und in Intervallen mft gegenseitigem Abstand weist die Isolation Abschnitte 16 auf, die quer zur Breite des Streifens gesehen herausgeschnitten sind, um Spalten mit freigelegtem, blankem, leitenden Draht zu bilden. Dieser Streifen wird sodann um die Leitung mit dem biegsamen leitfähigen Material auf ihr herumgewickelt, wie in Fig. 5 gezeigt, wobei die herausgeschnittenen Abschnitte 16 dem biegsamen Material 12 benachbart sind.
Bei Betrieb verursacht ein Bruch oder ein Lech in dem Rohr oder der Leitung 10, daß sich Druck unter dem biegsamen leitfähigen Material 12 aufbaut, der es dazu drähgt, sich auszudehnen, was umgekehrt das biegsame leitfähige Material 12 dazu veranlaßt, die blanken Leiterelemente 14 an den herausgeschnittenen Spalten 16 zu berühren. Die resultierende Änderung im Widerstand zeigt sich in einer Impedanz, die aufgezeichnet wird und anzeigt, daß Gas aus dem Rohr oder dem Schlauch an dieser Stelle entweicht. Das biegsame leitfähige Material 12 sollte leicht gasdurchlässig sein, um es somit dem Gas zu erlauben, zu entweichen, wobei das biegsame leitfähige Material 12 jedoch den Effekt der Ballonbildung beibehält. Diese Gasdurchlässigkeit hindert den "Ballon" daran, unmittelbar zu bersten.
Die gesamte Anordnung wird sodann in üblicher Weise durch einen (nicht gezeigten) Schutzmantel abgedeckt, der eine Polyester-, Polyimid-, Polyurethan-Schutzhülle oder eine beliebige Art von fester Schutzhülle sein kann.
Während die Erfindung im Hinblick auf die Verwendung eines Bandkabels 13 beschrieben worden ist, so versteht es sich, daß benachbarte, blanke, leitende Drähte um die Leitungskonstruktion gemäß Fig. 3 herumgewickelt werden können. Die Verwendung eines Bandkabels dient für die Bequemlichkeit der Anordnung und für die Bequemlichkeit bei dem Schützen der Drähte gegenüber Verschiebung, wenn die Kabelanordnung zur Inbetriebnahme plaziert wird.
Die gasdurchlässige Isolation 11 kann eine beliebige Isolation sein. Solch eine geeignete Isolation ist eine Schicht oder ein Band aus expandiertem, porösen Polytetrafluorethylen (PTFE), das eine niedrige Dielektrizitätskonstante und offene Mikroporen aufweist, welche den Durchgang von Gas erlauben. Eine leitfähige Form (z.B. kohlenstoffgefüllte) der selben Art des expandierten porösen PTFE wird in geeigneter Weise für das biegsame leitfähige Material 12 verwendet. Das Bandkabel weist vorzugsweise Kupferdraht auf, der in einen Polyesterstreifen eingebettet ist.
Sowohl die Isolation 11 als auch das biegsame Material 12 werden in geeigneter Weise durch Bandumwicklung um die Leitung herum aufgebracht, oder dadurch, daß beide dem Kunststoffstreifen 14 in Aufeinanderfolge hinzugefügt werden und anschließend dieser Streifen um die Leitung herumgewickelt wird.
Wie oben erläutert, wird ein Leck in der Leitung geortet, wenn das biegsame leitfähige Material sich ballonartig aufbläht und die freigelegten, blanken, leitenden Elemente bei 16 kontaktiert. Dieser Kontakt ändert den Widerstand zwischen den leitenden Elementen 14 und dieser ist unmittelbar oder durch Messung von Impedanz- oder Kapazitätsänderungen meßbar. Es werden elektrische Impulse die Leiter 14 und das Kabel hinunter geschickt, die auf Reflexionen überwacht werden (d.h. von den einfallenden Impulsen reflektierte Energie.) Eine Impulsreflexionsmessung (TDR) wird im allgemeinen angewendet, um sowohl das Auftreten als auch den Ort eines Lecks zu bestimmen.

Beispiel

Es wurde ein Kupferrohr mit einem Durchmesser von einem halben Inch (13 mm) und mit einem Lech mit einem Durchmesser von 0,030 Inch (0,8 mm) verwendet, das durch eine Wand bei etwa 2 ft. (60 cm) von dem Ende aus gebohrt wurde. Es wurde ein leitfähiges, kohlenstoffgefülltes (25 Gew.-%), expandiertes, poröses PTFE, das von W. L. Gore & Assoc. Inc. erhalten wurde, um das Rohr in der Weise herumgewickelt, daß jeder Wickel etwa 50 % des vorhergehenden Wickels überlappte. Diese herumgewickelte Schicht begann bei 1 ft. (30 cm) von dem Lufteinlaßende aus und war etwa 2 ft. lang. Über diese wurde eine Schicht aus einem Streifen in Form eines Flachleiterkäbels aus Polyester mit einer Breite von 1/2 Inch gewickelt. Vier elektrische Leiter mit einer Breite von etwa 0,080 Inch und mit einem gegenseitigen Abstand von 0,050 Inch zwischen den Leitern wurden in den Streifen eingebettet, der aus einer Polyesterisolation mit einer Starke von 0,005 Inch hergestellt wurde. Rechtwinklig zu der Längsachse des flachen Kabels wurden in 1/2 Inch-Intervallen die Leiter durch Wegschneiden des Polyesters freigelegt.
Das Flachleiterkabel wurde um das Rohr über der kohlenstoffgefüllten Folie herumgewickelt, wobei die freigelegten Leiterabschnitte zur Innenseite weisen und jeder Wickel den vorangehenden Wickel um etwa 0,050 Inch überlappte.
Die Messungen wurden mittels einer Impulsreflektionsmessung (TDR) durchgeführt.
Es wurde ein Luftdruck von 110 psi (8 bar) in das Rohr durch ein Anschlußstück an dem Einlaßende eingeleitet. Der TDR-Trace begann in dem Bereich des gebohrten Loches abzufallen. Werin Druck nachgelassen wurde, wurde der TDR-Trace wiederhergestellt. Der Druck wurde sodann durch einen Druckregler erneut eingeleitet. Der TDR-Trace begann in dem Bereich des gebohrten Loches bei etwa 30 psi abzufallen und fiel progressiv mit Zunahme des Druckes ab.

Claims

1. Eine fluidführende, für eine Leckortung ausgerüstete Leitung, welche eine Leitung (10), die um ihren Umfang herum mit einem biegsamen, fluiddurchlässigen, leitfähigen Material (12) umgeben ist, und welche eine Reihe von parallelen, isolierten, elektrischen Leitern (14) aufweist, die im allgemeinen in der Längsrichtung entlang der Leitung angeordnet und um die Außenseite des genannten biegsamen, leitfähigen Materials herum gewickelt sind, wobei die isolierten elektrischen Leiter blanke Leiterelemente (16) aufweisen, die in benachbarten Bereichen des isolierten Leitermaterials an der Seite des isolierten Leitermaterials freigelegt sind, welches dem biegsamen leitfähigen Material benachbart ist.

2. Die Leitung gemäß Anspruch 1, bei welcher das biegsame, gasdurchlässige, leitfähige Material ein leitfähiges polymeres Material ist.

3. Die Leitung gemäß Anspruch 1, bei welcher die Reihen von parallelen, isolierten, elektrischen Leitern in der Form eines Bandkabels konstruiert sind, das wenigstens zwei parallele Leiterelemente aufweist, die in das Kabel eingebettet sind.