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Anordnung zuIn Schutz von Rohrleitungen, insbesondere von druckgasgeschützten
Kabelanlagen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz von Rohrleitungen
gegen das Eindringen von Feuchtigkeit9 insbesondere von druckgasgeschützten Kabelanlagen
gegen das Eindringen von Feuchtigkoit in die Kabelseele, bei welcher beim Auftreten
einer Beckstelle in der Rohrleitung bzw. im Kabelmantel aus einem Gasvorratsbehälter
oder einem Kompressor Schutzgas über eine Nachspeiseleitung nachgespeist wird.
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Hochwertige Kabelanlagen werden zum Schutz gegen das Eindringen von
Peuchtigkeit durch Einspeisen von Gasen, z.B. Stickstoff oder Luft, auf einen gegenüber-ihrer
Umgebung höheren Druck gebracht. Beim Undichtwerden des Eabelmantels oder der Garnituren
tritt das Schutzgas an der Leckstelle aus. folie Gasverluste an der Leckstelle führçn-zu
einem Abfall des Kabeldruckes, wodurch von beiden Seiten her eine Gas strömung zur
Fehlerstelle hin einsetzt. Es sind Kabelüberwachungeinrichtungen bekannt, bei welchen
an den Speisepunkten am Anfang und Ende des pneumatischen Abschnittes durch eine
laufende Nachspeisung ein konstanter Druck aufrechterhalten wird, uo daß die an
einer Leckutelle entstehenden Gasverluste solange ausgeglichen werden, bis.der Gasvorrat
in den Hochdruckvorratsflaschen erschöpft ist oder bei Konpressoranlagen der Kompressor
aussetzt.
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Bei anderen Anlagen werden die Gasverluste durch eine pulsierende
Nachspeisung, z.B. durch wechselseitige
Entleerung und Wiederauffüllung
eines zwischen die Gasvorratsflasche und die Kabelanlage geschalteten Behälters
ausgeglichen.
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Da die Größe der Gasverluste in diesen Anlagen, außer von der Größe
des Leckes auch von der Höhe des Nachspeisedruckes, des Strömung-iwiderstandes des
Kabels und von der Entfernung der ieckstelle zu den Nachspeisestellen abhängig ist,
treten bei gleicher Fehlergröße und gleichem Nachspeisedruck unterschiedlich hohe
Gasverluste auf. Je näher dabei die Fehlerstelle zu dem Anfang oder Ende des pneumatischen
Abschnittes liegt, umso größer werden die von den Nachspeiseeinrichtungen zu ergänzenden
Gasmengen.
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Die Gasverluste können dabei, selbst bei kleinen Mantelschäden (Querschnitt
der Leckstelle in der Größenordnung von 1 mm2) bis zu 1000 Nl je Stunde betragen.
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Da die Größe der Gauflaschen begrenzt ist, kann also bei in der Nähe
der Speisestelle liegenden Fehlern der zur Verfügung stehende Gasvorrat in wenigen
Stunden verbraucht sein. Der Kabeldruck in den beschädigten Kabeln fällt dann in
kurzer Zeit soweit ab, daß er an der leckstelle nicht mehr den Druckänderungen der
Umgebung (atmosphärische Druckschwankungen, Ansteigen des Grundwasserspiegels) folgt
und somit Feuchtigkeit in die Kabelseeleeindringen kann.
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Um diesen Zeitpunkt nach Möglichkeit hinausschieben zu können, setzt
bei bekannten Anlagen die automatische Nachspeisung erst dann ein, wenn der Betriebsdruck
erheblich abgesunken ist. Beispielsweise kann bei einem Betriebsdruck von 0,5 atü
der Nachspeisedruck 0,2 atü betragen. Bei Kabelanlagen mit einem maximalen Abstand
der Speisepunkte bis zu 20 km-und einem spezifischen
Strömungswiderstand
der Kabel in der Größenordnung von 100 . 106p.s/cm6is-t nach den bisherigen Erfahrungen
ein Nachspeisedruck von 0,2 atü auch vollkommen ausreichend, um bei Fehlerstellen
in der Mitte zwischen den Nachspeise stellen die Druckschwankungen der Kabelumgebung
auffangen zu können.
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Wird aus irgendwelchen Gründen der Abstand der Speisestellen größer
gewählt oder sollen Kabel mit höherem Strömung.wider*,tand geschützt werden, so
muß, um den Druckgasschutz über die ganze Kabelstrecke aufrechtzuerhalten, der Nachupeivedruck-erhöht
werden. Durch diese Druckerhöhung würde jedoch der in den Vorratflaschen zur Verfügung
stehende Gasvorrat bei einer Fehlerlage in der Nähe der Speisestellen durch die
entsprechend dem höheren Druck größeren Gasverluste in sehr kurzer Zeit verbraucht
sein und das-Kabel wäre dann nicht mehr ausreichend. gegen das Eindringen von Feuchtigkeit
geschützt.
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Um diese Mängel zu beseitigen, werden bei der Anordnung nach der Erfindung
zur Begrenzung des Nachspeiseflusses ein oder mehrere Strömungswiderstände in die
Speiseleitung zwischen Gasvorratsbehälter bzw. Kompressor und der Kabelanlage eingebaut;
wenigstens ein Strömungswiderstand it hierbei einstellbar ausgebildet und zwischen
zvrei Druckminderern angeordnet; in Flußrichtung hinter dem bzw. den Strömungswiderständen
ist ein Gasflußmesser zur Einstellung des zulässigen Höchstflusses fest eingebaut.
Die Einstellung erfolgt bei offenem Ausgang der Scha-ltung am veränderbaren Strömungswiderstand.
Der Gasdruck hinter dem regelbaren Strömungswiderstand bzw. den Strömungswiderständen
ist dabei gleich dem des atmosphärischen Druckes.
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Figur 1 zeigt das Prinzip einer Anordnung nach der Erfindung. Aus
der Hochdruckfl-asche F1 ird das Schutzgas entnommen, dessen Druck durch den Druckminderer
DI auf einen Zwischendruck, z.B. 5 atü, herabgesetzt wird0 Manometer MI zeigt den
Druck-in dem Vorratsbehälter Fl an. Über das regelbare Dosierventil DV erreicht
das Gas den Flußmesser FI und dann den Feindruckregler DII, der auf den Betriebsdruck
der Kabelanlage K eingestellt ist Nach dem Druckregler DII ist unmitt-elbar an der
Kabelspeisestelle das Manometer MII angeschlossen. Entsteht in der Kabelanlage K
ein-Deck, so setzt von den beiden Enden des pneumatischen Abschnittes der Kabelanlage
K aus eine Gasströmung zur Fehlerstelle hin ein. Mit steigendem Gasfluß fällt der
Druck hinter dem Dosierventil DV ab. Erreicht der Gasfluß den mittels des Dosierventile
DV eingestellten und für die Aufrechterhaltung des Druckgasschutzes ausreichenden
Wert, be ist ist der Druck bis auf den- Druck der äußeren Umgebung abgesunken. Da
der Regler DII im Fehlerfalle für die Gasströmung offen istp fällt damit auch der
Nachspeisedruck hinter dem Regler DII umso mehr ab, je näher die Fehlerstelle zum
Speisepunkt liegt. Die-nachströmende.Gasmenge bleibt dabei nahezu gleich groß. Da
der Druck hinter dem Dosierventil DV von der Größe der das Dosierventil passierenden
Gasströmung abhängig ist, kann das Manometer F in Nl/h geeicht werden und hier die
Größe des lTachspeiseflusses gemessen werden. Im Gegensatz hierzu arbeitet der GasfluBmesver
F1 nicht nach dem Prinzip der Druckmessungn sondern mißt die in einer Zeiteinheit
ian durchströmende und unter dem Normaldruck von 1 at stehende Gasmenge unmittelbar.
Das Dosierventil DV kann somit bei offenem Ausgang der Schaltung sehr zuverlässig
eingestellt werden., ohne daß hierzu bestimmte 'Bedingungen geschaffen werden müssen.
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Im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen wird bei der Anordnung nach
der Erfindung der volle Betrlebsdruck an der Speisestelle nur so lange aufrechterhalten,
wie sich die Gasverluste, deren Höhe' sonst- von der Größe des Lecks, dem spezifischen
pneumatischen Widerstand des Kabels, dem Nachspeisedruck und der Entfernung des
Lecks von den Nachspeisestellen abhängt, unterhalb eines bestimmten Wertes halten.
Als Strömungswiderstände DV können beispielsweise Blenden, Düsen oder Kapillaren
dienen, die vorteilhafterweise einstellbar ausgebildet sind und auf diese Weise
die Einstellung der maximalen Nachspeisemenge für das Schutzgas ermöglichen. Man
erzielt damit bei einem gegebenen Gasvorrat eine Einstellungsmöglichkeit für eine
bestimmte wählbare Mindestschutzzeite Diese Mindestschutzzeit kann also im voraus
festgelegt werden, unabhängig von der Anzahl und der Größe der Fehler0 Man wird
aber auf Grund von Erfahrungen oder derglO für vorschiedene Anlagen unterschiedliche,
charakteristische Schutzzei-ten wählen, zu welchem Zweck man die pneumatischen Strömungswiderstände
DV mit Hilfe zusatzlicher Einrichtungen, nämlich des Gasflußmessers Fi, jeweils
eicht. Die Einstellung bzw. Nachregulierüng der in den Überwachungsfeldern von Druckgasüberwachungsanlagen
montierten variablen pneumatischen Widerstände (Dosierventile DV) ist somit jederzeit
möglich.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand des in Figur 2 skizzierten
AusIührungsbeispieles näher erläuterte In der Figur ist eine pneumatische Üb-erwachungs-
und Versorgungsanlage gezeigt, die aus Gründen der Wartung vorteilhaf-terwei<:e
gemeinsam mit den elektrischen Verstärkereinrichtungen aufgestellt werden kann;
dementsprechend ist auch das Gestell zur Aufnahme der ertorderlichen pneumatischen
Einrichtungen ausgebildet0
Das Gestell besteht aus dem Flaschenfeld
1, dem Versorgungsfeld 2, dem Überwachungsfeld 3 für begrenzte Gasnachspeisung und
dem Überwachungsfeld 4 für normale Gasnachspeisung.
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In dem Flaschenfeld 1 sind die Gasvorratsbehälter, nämlich die Flaschen
Fl1 und Fl2 untergebracht, di über Hochdruckschläuche 5 an das Versorgungsfeld 2
und zwar über die Druckminderer Dl, D2 und D3 an das Schnellschaltventil SVi angeschlossen
sind. Die Blanometer Mi und M2 zeigen den Druck in den Vorratsflaschen und das Manome-ter
M3 den Druck am Ventil SV1 an. Vom Ventil SV1 führt die pneumatische Leitung 6 sowohl
zum Überwachungsfeld 3 als auch zum Überwachungsfeld 4, während der andere Weg 7
über den- Feindruckregler R1 in das Überwachungsfeld 4 führt und dort der Auffüllung
der zweigleisigen, aus den ankommenden (ank.) Kabeln K1 und K2 und den abgehenden
(abg.) Kabeln K1 undK2 bestehenden Kabelanlage dient; über den Feindruckregler R2
führt die Leitung zum Schnellschaltventil SV 34 im Überwachungsfeld 3. Dieser Weg
dient ebenfalls im wesentlichen der Auffüllung einer angeschlossenen Kabelanlage.
Bei Ausrüstung der Anlage mit einem Kompressor Ko wird derselbe über die Leitung
8 mit dem Versorgungsfeld 2 verbunden. In diesem Falle übernimmt der Kompressor
die Versorgung der Anlage mit Druckluft Erst beim Ausfall des Kompressors wird die
Anlage aus den Vorratslaschen Fl1 und Fl2 weitergespeist.
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Während die Einrichtung im Überwachungsfeld 4 mit normaler Gasnachspeisung
arbeitet', ist die Einrichtung im Überwachungsfeld 3 für begrenzte Gasnachspeisung
äusgerüstet. Hierzu ist eine Anordnung vorgesehen, wie sie anhand der Fig.1 beschrieben
wurde0. Das Druckgas kommt über die pneumatische Leitung 6 in das Überwachungsfeld
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und zwar über das Dosierventil DV1 bzw0 DV2 an den Flußmesser F1 bzw. F2. Das Dosierventil
(Strömungswiderstand) und der Flußmesser kennen vorteilhafterweise auch eine einzige
Baueinheit bilden Der pneumatische Weg führt dann weiter zu dem Druckminderer R31
bzw. R32 und schließlich über das Ventil SV31 bzw. SV36-zu dem abgehenden (abgOK)
bzvtO ankommenden (ank.K) Kabel. Für weitere Kontrollmöglichkeiten sorgt der Einfachkontaktgeber
EK1 bzw0 EK2, der z.B0 bei einer Druckunterschreitung bei etwa 4 atü anspricht Der
Feindruckmesser F3 bzvrO F4 dient der Druckmessung oder aber auch bei entsprechender
Eichung einer grob orientierten Gasflußmessung. Soll nun bei einer Kabelanlage eine
bestimmte begrenzte Gasnachspeisung erfolgen, so läßt sich diese mit Hilfe des Flußmessers
F1 bzw. F2 an dem Dosierventil DV1 bzw. DV2 einstellen.
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Zu diesem Zweck wird der Prüfstutzen P1 und das Schnellschaltventil
5V33 bzw. 5V 35 geöffnet. Der Ausgang der Schaltung steht damit unter atmosphärichem
Druck und es entsteht in dem pneumatischen Leitungssystem eine Gasströmung, deren
Größe durch die Dosierventile DV1 und DV2 auf den maximal zulässigen Wert eingestellt
werden kann. Die Manometer M31 und M32 dienen der Messung des Gasdruckes in den
Kabeln.
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Die Anordnung nach der Erfindung bringt also für jede Kabelanlage
einen individuell einstellbaren Schutz durch Gasnachspeisung, der auf die gegebenen
Verhältnis.:e, z.B. Gasvorrat, Überwachungsstreckenlänge, Fehlerhäufigkeit2 Fehlerwahrscheinlichkeit,
abgestimmt werden kann. Der besondere- Vorteil der Überwachungsanlage liegt außerdem
darin, daß der Aufwand für die Überwachung in üblichen Grenzen gehalten Werden kann.
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Gegenuber normal arbeitenden Gasnachspeisesystemen bzw0 Kabelüberwachungsanlagen
ergibt sich somit eine
nicht unbedeutende Einsparung an Einrichtungen,
sowohl nach der Zahl als auch nach der Anlagengröße 3 Patentansprüche 2 Piguren