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Dokumentenidentifikation DE102005007988A1 24.08.2006
Titel Sammelleitung zur Leckageüberwachung und Leckageortung
Anmelder Framatome ANP GmbH, 91058 Erlangen, DE
Erfinder Issel, Wolfgang, Dr., 76185 Karlsruhe, DE
Vertreter Mörtel, A., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 90402 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 22.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005007988
Offenlegungstag 24.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse F17D 5/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F17D 5/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Sammelleitung zur Leckageüberwachung und Leckageortung an einer Anlage enthält ein mit Öffnungen (4) versehenes Trägerrohr (2), das an seiner Außenoberfläche von einer Schicht (8) überdeckt ist, die "wie in Anspruch 1" für einen zu überwachenden Stoff durchlässig ist, und das eine sich in seine Längsrichtung erstreckende elektrisch leitfähige Schicht (6) aufweist, in die der Stoff zumindest eindringen kann und deren ohmscher Widerstand von dem in sie eindringenden Stoff abhängt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Sammelleitung zur Leckageüberwachung und Leckageortung an einer Anlage. Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung und ein Verfahren zur Leckageüberwachung und Leckageortung an einer Anlage, bei der eine solche Sammelleitung zum Einsatz kommt.

Aus der EP 0 175 219 B1 ist eine Sammelleitung bekannt, die aus einem Trägerrohr besteht, das an seiner Außenoberfläche mit einer permeablen Schicht versehen ist, durch die ein aus einer Leckage in der Anlage, beispielsweise eine Pipeline, in die Umgebung der Sammelleitung austretender und zu detektierender Stoff diffundieren kann. Das Trägerrohr ist für diesen Stoff undurchlässig und ist mit Öffnungen versehen, so dass der Stoff in das Innere der Sammelleitung gelangen kann. Mit einem aus der DE 24 31 907 C3 bekannten Verfahren wird dann der Ort ermittelt, an dem der Stoff in die Sammelleitung eingedrungen ist. Dieser Ort entspricht der Stelle, an der der Stoff aus dem überwachten Anlagenteil ausgetreten ist. Hierzu wird mit einer an die Sammelleitung angeschlossenen Pumpe der in die Sammelleitung eingedrungene Stoff gemeinsam mit einem in der Sammelleitung befindlichen Trägergas einem ebenfalls an die Sammelleitung angeschlossenen Sensor zugeleitet. Bei bekannter Strömungsgeschwindigkeit kann aus der Zeitspanne zwischen dem Einschalten der Pumpe und dem Eintreffen des Stoffes am Sensor der Ort, an dem der Stoff in die Sammelleitung eindringt und damit der Leckageort am Anlagenteil ermittelt werden.

Um mit dieser bekannten Leckageüberwachungs- und Leckageortungseinrichtung auch kleine Leckagen erfassen zu können, sind relativ lange Sammelzeiten erforderlich, die bis zu 24h betragen können. Nur dann ist in die Sammelleitung genügend von dem nachzuweisenden Stoff eingedrungen, um ihn auch in Anbetracht der unvermeidbaren Längsdiffusion und innerhalb der Sammelleitung stattfindenden Absorption über eine längere Strecke in einer zum Nachweis erforderlichen Konzentration zum Sensor transportieren können. Insbesondere bei langen Sammelleitungen, wie sie entlang von Pipelines verlegt sind, wird das Trägergas deshalb nur in größeren Zeitabständen oder Abfrage-Intervallen, beispielsweise alle 6 bis 24 h, durch die Sammelleitung transportiert, so dass zwischen dem Auftreten einer Leckage und deren Entdeckung im ungünstigsten Fall eine Zeitspanne verstreichen kann, die sich aus dem Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen und der Zeit, die der eingedrungene Stoff vom Beginn des Pumpvorganges bis zum Eintreffen am Sensor benötigt, zusammensetzt. Eine Zeitspanne in der Größenordnung von vielen Stunden kann aber insbesondere bei größeren Leckagen mit erheblichen irreversiblen Schäden sowohl an der Anlage als auch für die Umwelt verbunden sein.

Um die Ansprechgeschwindigkeit zu erhöhen, d. h. die Zeitspanne (Ansprechzeit) zwischen dem Auftreten einer Leckage und deren Nachweis oder Ortung zu verkürzen, ist es grundsätzlich möglich, alternativ oder ergänzend zu der bekannten Sammelleitung eine Einrichtung zur Leckageüberwachung einzusetzen, die systembedingt eine permanente Überwachung mit dadurch deutlich verringerter Ansprechzeit ermöglicht, wie sie beispielsweise in der WO 02/082036 A1 vorgeschlagen ist. Dort wird neben der Sammelleitung eine Lichtleitfaser verlegt, deren Übertragungseigenschaften vom Stoff beeinflusst werden, und die an eine optische Sende- und Empfangseinrichtung zur Messung der Laufzeit zurückgestreuten Lichtes optisch gekoppelt ist. Mit einer solchen Einrichtung können zwar größere Leckagen frühzeitig detektiert werden, jedoch ist aber damit ein erhöhter apparativer Aufwand verbunden. Darüber hinaus können die bekannten schnell ansprechenden Einrichtungen zur Leckageüberwachung nur zum Erkennen größerer Leckagen eingesetzt werden, da die mit der bekannten Sammelleitung erreichten Nachweisempfindlichkeiten mit solchen Einrichtungen nicht erzielt werden können. Somit ist es notwendig, zwei komplette Systeme vor Ort zu installieren. Dies ist mit einem erheblichen Kostenaufwand verknüpft.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Sammelleitung zur Leckageüberwachung und Leckageortung anzugeben, mit der ohne zusätzliche Installationsaufwand die Zeitspanne zwischen Auftreten einer Leckage und deren Nachweis oder Ortung verringert werden kann. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung zur Leckageüberwachung und Leckageortung mit einer solchen Sammelleitung abzugeben. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Leckageüberwachung und Leckageortung anzugeben, mit dem unter Verwendung einer solchen Sammelleitung die Zeitspanne zwischen Leckageortung und Auftreten der Leckage verringert ist.

Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einer Sammelleitung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen enthält die Sammelleitung eine mit Öffnungen versehenes Trägerrohr, das an seiner Innen- oder Außenoberfläche von einer Schicht überdeckt ist, die zumindest auf einem sich in Längsrichtung des Trägerrohrs erstreckenden Teilbereich für einen zu überwachenden Stoff durchlässig ist, und das eine sich in seine Längsrichtung erstreckende elektrisch leitfähige Schicht aufweist, in die der Stoff zumindest eindringen kann und deren ohmscher Widerstand von dem in sie eindringenden Stoff abhängt. Mit einer solchen Sammelleitung kann das Auftreten eines bei einer Leckage austretenden Stoffes permanent durch eine Messung des Widerstandes der elektrisch leitfähigen, stoffsensitiven Schicht zwischen zwei räumlich weit voneinander entfernten Messstellen überwacht werden. Mit anderen Worten: Es kann eine permanente Leckageüberwachung erfolgen, die unabhängig von den Zeitpunkten ist, in denen eine an die Sammelleitung angeschlossene Pumpe eingeschaltet ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die elektrisch leitfähige Schicht aus einem mit Ruß gefüllten polymeren Werkstoff. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung der elektrisch leitfähigen stoffsensitiven Schicht, da ein polymerer Werkstoff einerseits problemlos auf das Trägerrohr in einem Extrusionsverfahren aufgebracht werden kann und durch die Auffüllung mit Ruß auf eine besonders einfache Weise dessen elektrische Leitfähigkeit herbeigeführt werden kann, und da andererseits die elektrische Leitfähigkeit eines mit Ruß gefüllten Kunststoffes empfindlich von einer beim Eindringen des Stoffes stattfindenden Quellung und damit einhergehenden Zerstörung der Rußbrücken abhängt.

Als polymerer Grundwerkstoff ist insbesondere Ethylenvinylacetat EVA geeignet, das sowohl für eine Vielzahl von Stoffen permeabel ist, als auch durch Beimengung von Ruß, vorzugsweise zwischen 20 und 25 Gew.%, eine ausreichend gute elektrische Leitfähigkeit (geringen spezifischen ohmschen Widerstand) aufweist. Dabei hat sich überraschenderweise ergeben, dass die Beimengung von Ruß die Permeabilität allenfalls in einem vertretbaren Ausmaß verringert.

Wenn die elektrisch leitfähige Schicht permeabel ist, kann diese die Innen- oder Außenoberfläche des Trägerrohres vollständig überdecken. In dieser Ausgestaltung kann die elektrisch leitfähige Schicht auch benutzt werden, um die Sammelleitung auf mechanische Zerstörung, beispielsweise auf Bruch zu überwachen.

Wenn die elektrisch leitfähige Schicht von einer elektrisch isolierenden permeablen Schicht, die für den Stoff durchlässig ist, umgeben ist, kann bei ausreichender Dichtigkeit der Sammelleitung eine durch die Rußbeimengung verursachte Verringerung der Permeationsgeschwindigkeit reduziert werden, da die elektrisch leitfähige permeable Schicht nur noch eine Dicke aufweisen muss, die auf das zur Überwachung des elektrischen Widerstandes bzw. der elektrischen Leitfähigkeit erforderliche Ausmaß begrenzt ist. Außerdem wird die elektrisch leitfähige permeable Schicht elektrisch von der Umgebung isoliert, so dass die Sammelleitung auch im Erdreich oder in Kontakt mit elektrisch leitfähigen Anlagenteilen verlegt werden kann.

Bezüglich der Einrichtung und des Verfahrens wird die Aufgabe gemäß der Erfindung jeweils gelöst mit einer Einrichtung bzw. einem Verfahren mit den Merkmalen der Unteransprüche 8 bzw. 9.

Durch eine Messung des elektrischen Widerstandes der elektrisch leitfähigen Schicht ist mit geringem apparativen und messtechnischen Aufwand eine permanente Leckageüberwachung möglich.

Bei dem Verfahren nach Patentanspruch 9 wird die Zeitspanne zwischen dem Auftreten einer Leckage und der Leckageortung dadurch verringert, dass eine Widerstandserhöhung als Auslöse- oder Triggersignal für die Durchführung einer Messung zur Leckageortung verwendet wird, bei der ein fluides Trägermedium durch die Sammelleitung gepumpt und mit einem Sensor für einen bei der Leckage austretenden Stoff analysiert wird. Eine Leckageortung erfolgt somit nicht mehr ausschließlich in fest vorgegebenen Zeitabständen sondern zusätzlich oder nur dann, wenn durch die Widerstandsmessung das Auftreten einer Leckage detektiert wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Erfindung verwiesen. Es zeigen:

14 jeweils eine Sammelleitung gemäß der Erfindung in einem schematischen Querschnitt,

5 eine Einrichtung gemäß der Erfindung ebenfalls in einer schematischen Prinzipdarstellung.

Gemäß 1 umfasst eine Sammelleitung 1 ein Trägerrohr 2, beispielsweise aus PVC, das mit einer Vielzahl von radialen Öffnungen 4 versehen ist, eine elektrisch leitfähige Schicht 6 angeordnet, die das Trägerrohr 2 vollständig überdeckt und für einen nachzuweisenden Stoff L permeabel ist. Die elektrisch leitfähige Schicht 6 ist stoffsensitiv, d.h. ihr (spezifischer) elektrischer Widerstand ist von der Anwesenheit des Stoffes L abhängig.

Die elektrisch leitfähige Schicht 6 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem mit elektrisch leitfähigen Partikeln gefüllten polymeren Werkstoff, bei dem es sich um einen elektrisch isolierenden polymeren Grundwerkstoff handelt, dem zum Herbeiführen einer elektrischen Leitfähigkeit leitfähige Partikel, im Beispiel Rußpartikel, beigemengt sind. Die elektrisch leitfähige Schicht 6 ist umgeben von einer elektrisch nicht leitfähigen, für den Stoff ebenfalls permeablen Schicht 8, die vorzugsweise aus demselben polymeren Grundwerkstoff besteht.

Die Auswahl eines geeigneten polymeren Grundwerkstoffes hängt von dem im Falle einer Leckage austretenden und nachzuweisenden Stoff L ab. Geeignet sind prinzipiell alle polymeren Grundwerkstoffe, durch die der nachzuweisende Stoff L einerseits hindurchtreten kann und die durch den in sie eintretenden Stoff eine Strukturänderung, beispielsweise eine Quellung, erfahren, um auf diese Weise Brücken zwischen den elektrisch leitfähigen Partikeln aufzubrechen und die auf diesen Brücken beruhende elektrische Leitfähigkeit des mit den leitfähigen Partikeln versetzten polymeren Werkstoffes zu verschlechtern.

Der in der Praxis erforderliche Rußanteil hängt einerseits ab vom polymeren Grundwerkstoff und andererseits ab von der Länge der Sammelleitung, um mit geringem messtechnischen Aufwand erfassbare elektrische Widerstandswerte beispielsweise im Bereich von einigen M&OHgr; zu erzielen.

Für den Nachweis von Kohlenwasserstoffverbindungen (insbesondere Öle, Benzin, Benzol) hat sich als polymerer Grundwerkstoff Ethylenvinylacetat EVA als besonders geeignet herausgestellt. Der Rußanteil in der elektrisch leitfähigen Schicht 6 beträgt im Ausführungsbeispiel zwischen 20 und 25 Gew.%.

Im Ausführungsbeispiel betragen die Schichtdicken der Schichten 6 bzw. 8 jeweils 0,5 mm.

Die äußere, elektrisch isolierende permeable Schicht 8 ist außerdem von einem in der Figur nicht dargestellten durchlässigen elastischen Schutzgeflecht umgeben, mit dem sie vor mechanischer Zerstörung geschützt ist.

Das Trägerrohr 2 kann außerdem an seiner Innenoberfläche mit einer Beschichtung versehen sein, die aus einem Werkstoff besteht, der nur ein geringes Absorptionsvermögen für den Stoff L, um eine bei großem Abstand zwischen dem Leckageort und dem Nachweissensor durch Absorption im Trägerrohr 2 entstehende Signaldämpfung weitgehend zu reduzieren. Diese Beschichtung, beispielsweise aus Teflon PTFE, wird auf die Innenoberfläche aufgebracht, bevor die radialen Öffnungen in das Trägerrohr eingebracht werden.

Gemäß 2 ist ein einschichtiger Aufbau mit nur einer elektrisch leitfähigen und für den Stoff L permeablen Schicht 6 vorgesehen, so dass Schicht 8 und Schicht 6 eine funktionelle Einheit bilden.

Grundsätzlich ist es auch nicht zwingend notwendig, dass die elektrisch leitfähige Schicht 6 bei Anwesenheit einer das Trägerrohr 2 vollständig umschließenden elektrisch isolierenden permeablen Schicht 8 dieses vollständig überdeckt Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist die elektrisch leitfähige Schicht 6 ein sich in Längsrichtung erstreckendes, bandförmiges Teilgebiet der permeablen Schicht 8. Mit anderen Worten: Elektrisch leitfähige Schicht 6 und permeable Schicht 8 sind nebeneinander auf dem Trägerrohr 2 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist es auch nicht zwingend erforderlich, dass die Schicht 6 für den Stoff permeabel ist.

In den in 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen eignet sich die Sammelleitung 1 zum Verlegen in elektrisch isolierender Umgebung.

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine bandförmige elektrisch leitfähige Schicht 6 vorgesehen, die in der permeablen Schicht 8 eingelagert ist und durch diese von der Umgebung elektrisch isoliert ist, um eine Verwendung in elektrisch leitfähiger Umgebung zu ermöglichen. Außerdem ist in die Schicht 8 ein Rückleiter 9 eingelagert, dessen elektrischer Widerstand nicht durch den Stoff L beeinflusst ist. Dieser Rückleiter 9 ist an einem Ende der Sammelleitung 1 mit der Schicht 6 elektrisch verbunden und ermöglicht die Messung ihres Widerstandes. Bei dem Rückleiter 9 kann es sich, wie in der Fig. dargestellt, um einen eingelagerten Draht handeln. Alternativ hierzu kann er auch durch eine bandförmige elektrisch leitfähige Schicht gebildet sein.

Gemäß 5 ist die Sammelleitung 1 entlang einer Pipeline 10 zwischen einer Pumpe 12 und einem Sensor 14 für den nachzuweisenden Stoff verlegt. In einer Auswerte- und Steuereinrichtung 16 wird der elektrische Widerstand der elektrisch leitfähigen Schicht 6 entlang einer Strecke s permanent, d, h. auch dann gemessen, wenn die Pumpe 12 nicht aktiviert ist, d.h. wenn ein sich im Trägerrohr 2 befindliches fluides Trägermedium M ruht. Im Beispiel ist hierzu ein separater Rückleiter 18 entlang der Sammelleitung 1 verlegt. Übersteigt der Widerstand der elektrisch leitfähigen Schicht 6 infolge eines bei einer Leckage in die Umgebung der Sammelleitung 2 austretenden Stoffes L (gestrichelt veranschaulicht) einen vorgegebenen Grenzwert, so wird in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 16 ein Steuersignal 20 generiert, mit dem die Pumpe 12 in Betrieb genommen wird und eine Leckageortung nach den eingangs erläuterten bekannten Verfahren durchgeführt werden kann.

Abhängig vom Verlegeort der Sammelleitung kann es auch möglich sein, dass ein separater Rückleiter 18 oder ein in die Sammelleitung 1 integrierter Rückleiter 9 (4) nicht erforderlich ist, indem beispielsweise ein Massekontakt am Endpunkt der Strecke, wie dies in der Figur gestrichelt veranschaulicht ist, hergestellt ist.


Anspruch[de]
  1. Sammelleitung (1) zur Leckageüberwachung und Leckageortung an einer Anlage, mit einem mit Öffnungen (4) versehenen Trägerrohr (2), das an seiner Außenoberfläche von einer Schicht (8) überdeckt ist, die zumindest auf einem sich in Längsrichtung des Trägerrohrs (2) erstreckenden Teilbereich für einen zu überwachenden Stoff (L) durchlässig ist, und das eine sich in seine Längsrichtung erstreckende elektrisch leitfähige Schicht (6) aufweist, in die der Stoff (L) zumindest eindringen kann und deren ohmscher Widerstand von dem in sie eindringenden Stoff abhängt.
  2. Sammelleitung (1) nach Anspruch 1, bei dem die elektrisch leitfähige Schicht (6) aus einem mit Ruß gefüllten polymeren Werkstoff besteht.
  3. Sammelleitung (1) nach Anspruch 2, bei dem als polymerer Werkstoff mit Ruß gefülltes EVA vorgesehen ist.
  4. Sammelleitung (1) nach Anspruch 3, bei dem die Konzentration des Rußes zwischen 20 und 25 Gewichtsprozent beträgt.
  5. Sammelleitung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrisch leitfähige Schicht (6) die Außenoberfläche des Trägerrohrs (2) vollständig überdeckt und für den Stoff (L) permeabel ist.
  6. Sammelleitung (1) nach Anspruch 5, bei dem die elektrisch leitfähige Schicht (6) auf der Außenoberfläche des Trägerrohrs (2) angeordnet ist.
  7. Sammelleitung (1) nach Anspruch 6, bei dem die elektrisch leitfähige Schicht (6) von einer, elektrisch isolierenden, das Trägerrohr (2) überdeckenden Schicht (8), die für den Stoff durchlässig ist, umgeben ist.
  8. Einrichtung zur Leckageüberwachung und Leckageortung an einer Anlage, mit einer Sammelleitung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie mit einer Einrichtung (16) zum Erfassen des elektrischen Widerstandes der elektrisch leitfähigen Schicht (6).
  9. Verfahren zur Leckageüberwachung und -Ortung, bei dem der elektrische Widerstand der elektrisch leitfähigen Schicht (6) einer entlang einer Strecke verlegten Sammelleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erfasst und eine Widerstandserhöhung als Auslöser für die Durchführung einer Messung zur Leckageortung verwendet wird, bei der ein fluides Trägermedium (M) durch die Sammelleitung gepumpt und mit einem Sensor (14) für einen bei der Leckage austretenden Stoff (L) analysiert wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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