DE69722730T2

DE69722730T2 - Konditionsbestimmung von einem begrabenen Objekt

Info

Publication number: DE69722730T2
Application number: DE69722730T
Authority: DE
Inventors: Jason Julian Redland Hanlon; Andrzej Zbigniew Westbury on Trym Regini
Original assignee: Radiodetection Ltd
Current assignee: Radiodetection Ltd
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2017-08-20
Also published as: DE69722730D1; EP0825456A3; EP0825456B1; GB9617605D0; US5828219A; EP0825456A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Nachweisen des Zustandes eines verdeckten Objektes, wie etwa eine vergrabene Pipeline aus Metall.
Vergrabene Pipelines aus Metall sind normalerweise mit einer geeigneten Schicht eines isolierenden Materials beschichtet, damit dieselbe als eine Barriere für einen Stromfluss zwischen dem Rohr und dem Erdboden wirkt, um so die Möglichkeit einer elektrolytischen Korrosion zu minimieren. Um einen weiteren Schutz hinzuzufügen, wird durch einen herkömmlichen Einsatz eines kathodischen Schutzsystems eine stationäre Gleichspannung eines negativen Potentials bei dem Rohr angewendet, um zu gewährleisten, dass irgendeine elektrolytische Korrosion, welche im Falle von Beschichtungsfehlern oder Beschädigungen (im englischen Sprachbereich oft als "holidays" bezeichnet) auftritt, beschränkt bleibt auf die Erdklemmen, welche als Opferanoden wirken, und die positiven Klemmen für die Spannung. Solche Erdklemmen decken in typischer Weise einen Bereich von Zehnern von Quadratmetern in der Nähe des Anlegungspunktes des kathodischen Schutzes ab.
Nichtsdestotrotz können solche Beschichtungsfehler oder Beschädigungen, also „holidays", über eine Periode von Jahren hinweg zu einer Verschlechterung des Rohres führen, und es gehört zu einer umsichtigen Praxis regelmäßige Überwachungen des Zustandes des Rohres durchzuführen. Solche Überwachungen implizieren eine vergleichende Messung in dem Erdboden des Widerstandes von Abschnitten der Pipeline; indem man die aus aufeinander folgenden Überwachungen gewonnene Information speichert, kann irgendeine Veränderung in dem Zustand des Rohres nachgewiesen werden, und es kann eine Intervention zur Verbesserung der Lage vorgenommen werden. Ein übliches Verfahren zur Ausführung derartiger Überwachungen besteht darin, einen Wechselstrom in die Pipeline zu injizieren, und einen von Hand betätigten Empfänger zu verwenden, um erstens die Lage des Rohres zu bestimmen und um dann durch Messung der Tiefe und der Signalstärke die Amplitude des injizierten Stromsignals an einer jeden Position zu bestimmen. Aus diesen Messungen an bekannten Entfernungen entlang dem Rohr kann die Geschwindigkeit bzw. das Ausmaß aufgezeichnet werden, mit welchem das Stromsignal an Stärke verliert. Das Patent GB 1577742 ist eines aus einer Anzahl veröffentlichter Dokumente, welche diese bekannte Technik darstellen.
Während die oben diskutierte Technik es in der Theorie erlauben sollte, eine genaue Messung durchzuführen, hat man in der Praxis herausgefunden, dass die Genauigkeit nicht ausreichend hoch genug sein kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Geschwindigkeit des Signalverlustes über eine gegebene Entfernung klein sein kann im Vergleich zu den Messungsfehlern, zu der Wirkung einer Interferenz und zu Veränderungen beim Zustand des Bodens. Die Verwendung eines Wechselstromes (gewöhnlich zwischen 100 Hz und 10 kHz) vermindert die Wirksamkeit ebenfalls, weil dann ein kontinuierliches „Lecken" des Signals durch die Kapazitanz von Rohr/Isolation/Boden vorhanden ist. Der Gebrauch von Wechselstrom begünstigt auch eine induktive Kopplung mit anderen Strukturen. Als Resultat ergibt sich, dass eine kleine Änderung durch einen Beschichtungsfehler oder eine Beschädigung ununterscheidbar sein kann von einer Veränderung, welche auf andere Gründe zurückzuführen ist, und dass dieselbe daher unbemerkt bleiben kann, bis sie sich in einen größeren Fehler entwickelt hat.
US-A-5126654 offenbart eine Anordnung zum Nachweis von Beschichtungsfehlern oder Beschädigungen („holidays"), bei welcher ein niederfrequenter Strom mit einer Frequenz von 0,1 bis 2 Hz zwischen einem Rohr und einem benachbarten Leiter angelegt wird. Eine Reihe von Magnetometern ist entlang dem Rohr angeordnet und diese Magnetometer erfassen das magnetische Feld, das von dem niederfrequenten Strom erzeugt worden ist. Eine Analyse der Variation bei den Messungen, welche mit Hilfe dieser Magnetometer entlang dem Rohr durchgeführt worden sind, ermöglicht es die Beschichtungsfehler oder Beschädigungen nachzuweisen.
Die Ortung eines verdeckten Kabels kann erreicht werden durch das Anlegen an das Kabel eines Spannungssignals mit einer niedrigen Frequenz oder mit einer Frequenz von Null und durch das Nachweisen des Signals mit einem Magnetometer, welches in der Nähe des Kabels aufgestellt wird. Solch ein System wird in dem Patent WO 96/03664 beschrieben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geliefert zum Nachweis von Fehlern in der Isolierschicht eines isolierten, verdeckten Leiters, Verfahren das folgende Schritte aufweist:

(i) Anlegen eines ersten Wechselstromes mit einer Frequenz von weniger als 10 Hz an den isolierten, verdeckten Leiter;
(ii) Nachweis des an einem ausgewählten Punkt entlang dem verdeckten Leiter erzeugten Feldes mit Hilfe eines Magnetometers, wobei das Magnetometer einen Teil des Detektors bildet;
(iii) Anlegen eines zweiten Wechselstromes mit einer Frequenz von mehr als 10 Hz an den isolierten, verdeckten Leiter;
(iv) Nachweis des an einem ausgewählten Punkt entlang dem verdeckten Leiter durch den zweiten Wechselstrom erzeugten Feldes mit Hilfe eines Magnetfelddetektors, wobei der Magnetfelddetektor einen weiteren Teil des Detektors bildet;
(v) Bestimmen der Tiefe des verdeckten Leiters an jenem ausgewählten Punkt unter Ausnutzung des nachgewiesenen Feldes, das von dem zweiten Wechselstrom erzeugt worden ist;
(vi) Ableiten der Größe des ersten Wechselstroms an jenem ausgewählten Punkt;
(vii) Wiederholen der Schritte (i) bis (vi) für eine große Anzahl von ausgewählten Punkten, wobei der Detektor zwischen der großen Anzahl von ausgewählten Punkten bewegt wird; und
(viii) Bestimmung der Veränderung des ersten Wechselstroms zwischen der großen Anzahl von ausgewählten Punkten zum Zwecke des Erfassens der Änderungen in dem Gradienten der Schwankung des Stromes zum Zwecke des Nachweises von Fehlern in der isolierten Schicht. 4 Hz stellt einen geeigneten Wert für die Frequenz des ersten Wechselstroms dar. Weil die Frequenz sehr gering ist, bleibt die induktive Kopplung zwischen dem Signal und der Antenne eines herkömmlichen Lokalisierers zu gering, um eine genaue Messung zu ermöglichen. Ein Magnetometer erlaubt jedoch die Messung der Feldstärke bei dieser niedrigen Frequenz. Man hat herausgefunden, dass solch eine niedrige Frequenz einer Interferenz und einer Störung weniger stark ausgesetzt ist als höhere Frequenzen. Die Beschichtungsfehler oder Beschädigungen werden nachgewiesen durch das Identifizieren der Veränderungen bei dem Gradienten des nachgewiesenen Feldes entlang der Länge des isolierten, verdeckten Leiters.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird ein System gemäß Anspruch 5 bereitgestellt.
Bei einer weiteren Entwicklung der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die Richtung des Stromsignals nachzuweisen, indem man die Signale der zwei Frequenzen analysiert, dies durch Anwendung der in dem Patent EP-A-0457809 offenbarten Techniken. Dies erlaubt eine genaue Ortung durch ein Differenzieren zwischen den Signalen aus dem Stromfluss durch die Pipeline und den Signalen, die von dem Zurückfließen des Stromsignals in benachbarten Leitern auftreten.
Vorzugsweise kann das Magnetometer physikalisch von dem Lokalisierer getrennt sein und es kann elektrisch daran angeschlossen werden. Es besitzt vorzugsweise auch Vorrichtungen, welche es ihm erlauben, stabil auf einer Oberfläche so befestigt zu werden, dass das Magnetometer horizontal ausgerichtet ist. Anordnungen von mehrfachen Magnetometern können verwendet werden, um die Tiefe oder um die vektorielle Position zu bestimmen, wenn dies benötigt wird.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt bis in weiterreichende Einzelheiten beschrieben unter Zuhilfenahme eines Beispieles und unter Rückbeziehung auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
1 eine schematische Ansicht einer vergrabenen Pipeline aus Metall ist;
2 ein Kurvenverlauf ist, der die Beziehung zwischen dem Strom und der Entfernung in der Pipeline der 1 zeigt;
3 einen Lokalisierer zeigt, der eine Ausführung der vorliegenden Erfindung zum Nachweis des Zustandes der Pipeline der 1 darstellt; und
4 ein Blockschaltdiagramm des Lokalisierers der 3 ist.
Bezieht man sich zuerst auf die 1, so hat dort eine mit einer Schicht aus isolierendem Material beschichtete Pipeline 10 eine stationäre Gleichspannung eines negativen Potentials, welche mit Hilfe einer Spannungsquelle 11 an die Beschichtung angelegt worden ist. Wenn ein Beschichtungsfehler oder eine Beschädigung („holiday") an einem Punkt c entlang der Pipeline 10 vorhanden ist, dann wird dort eine Veränderung an dem Gradienten der Schwankung des Stromes mit der Entfernung von der Spannungsquelle 11 vorhanden sein, so wie dies von dem Kurvenverlauf in der 2 gezeigt wird. Bestehende Techniken haben sich daher auf die Messung des Stromes entlang der Pipeline von der Spannungsquelle 11 gestützt, um solche Beschichtungsfehler oder Beschädigungen nachzuweisen.
In der Praxis erzeugt die Messung des Stromes durch bestehende Wechselstromtechniken jedoch einen Kurvenverlauf von Strom/Entfernung, welcher der Kurve b in der 2 entspricht. Die Unregelmäßigkeit in der Kurve b wird verursacht durch Messfehler, durch Einwirkungen der Interferenz und durch Veränderungen des Bodenzustandes. Wie man aus der 2 ersehen kann, ist es dann jedoch schwierig, die Veränderung auf Grund der Beschichtungsfehler oder der Beschädigungen an dem Punkt c von anderen Veränderungen in der Kurve b zu unterscheiden.
Daher schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass eine Wechselstromquelle 12 auch an die Pipeline angeschlossen wird, welche ein Signal von einer sehr niedrigen Frequenz (z. B. 4 Hz) an die Pipeline anlegt.
Der Lokalisierer zum Nachweis dieses Signals wird mit weiterreichenden Einzelheiten in der 3 gezeigt. Er umfasst einen Hauptkörper 100, welcher in der Ausführung gemäß der 3 im Allgemeinen ähnlich ist wie ein herkömmlicher Lokalisierer zum Nachweis eines Hochfrequenzsignals. Bei der in der 3 gezeigten Ausführung ist jedoch eine Fußeinheit 101 mit dem Hauptkörper 100 verbunden. Diese Fußeinheit 101 enthält ein Magnetometer 102, welches in der Lage ist, ein niederfrequentes Signal nachzuweisen. In der Ausführung gemäß der 3 ist die Fußeinheit 101 physikalisch mit dem Hauptkörper 100 über eine Gelenk- und Muffenverbindung 103 verbunden, und das Magnetometer 102 ist elektrisch mit Komponenten innerhalb des Hauptkörpers 100 mit Hilfe eines Kabels 104 verbunden.
Es ist wichtig, dass das Magnetometer sich nicht bewegt, während die Messungen über mehrere Perioden hinweg ausgeführt werden. Daher hat die Fußeinheit 101 auch Unterlagen 105, welche auf dem Boden 106 ruhen und welche auf diese Weise die Fußeinheit 101 und damit das Magnetometer 102 in ihrer Anordnung festhalten. Die Gelenk- und Muffenverbindung 103 erlaubt es der Fußeinheit 101, an ihrer Stelle zu verbleiben, sogar dann wenn der Hauptkörper 100 leicht bewegt wird.
Zusätzlich legt die Spannungsquelle 12 ein zweites Signal an die Pipeline 10 an, welches eine höhere Frequenz als das erste Signal aufweist, typischerweise 128 Hz. Dies kann durch die Komponenten des Lokalisierers in dem Hauptkörper 100 in einer herkömmlichen Art und Weise nachgewiesen werden. Dies erlaubt es, dass die Position und die Tiefe des Rohres bestimmt werden können.
Zum Zwecke der Überwachung zieht man eine stromregulierte Signalzulieferung vor.
4 zeigt die elektronischen Komponenten des Lokalisierers der 3. Der Hauptkörper 100 enthält einen Schaltkreis, welcher mit einer Ausnahme, die unten beschrieben wird, von einer herkömmlichen Ausführung ist. Die Antennen 110, 111 weisen die magnetischen Felder nach, welche von dem zweiten Signal, das in die Pipeline injiziert worden ist, erzeugt worden sind. Nach dem Durchtritt durch die Schaltkreise 112, 113, welche das Signal aufbereiten, werden die Signale von den Antennen 110, 111 mittels eines Analog-/Digitalwandlers 114 in digitale Signale umgewandelt und zu einem Mikroprozessor 115 weitergeleitet. Indem man geeignete Programme in dem Mikroprozessor 115 verwendet, werden die Signale von den Antennen 110, 111 analysiert, um den injizierten Strom nachzuweisen. Der Mikroprozessor steuert dann eine Bildschirmanzeige, um eine geeignete Bildschirmausgabeeinheit 116 zu erzeugen. Die Bedienungsperson kann den Mikroprozessor 115 steuern indem sie Eingaben über eine Tastatur 117 einspeist. Auf diesem Wege kann der Lokalisierer das zweite Signal nachweisen. Die Struktur ist von herkömmlicher Natur.
Die Fußeinheit 101 enthält zusätzlich zu dem Magnetometer 102 einen Schaltbaustein 120, welcher ein Signal aufbereitet, und einen Analog-/Digitalwandler 121 Die digitalen Signale werden dann an eine digitale Schnittstelle 122 in dem Hauptkörper 100 weitergeleitet, welche die Signale zu dem Mikroprozessor 115 weiterleitet. Wenn das Magnetometer 102 daher das erste Signal nachweist, wird eine entsprechende Information zu dem Mikroprozessor 115 weitergeleitet, welcher dann eine geeignete Bildschirmanzeige auf der Bildschirmausgabeeinheit 116 erzeugen kann.
Das System des Lokalisierers kann so ausgelegt werden, dass es Funktionen der Datenerfassung mit einbindet, einschließlich, wenn dies erforderlich ist, eine Lageinformation von den GPS Satellitendaten und Vorrichtungen zur Rückübertragung der erfassten Daten an die Basisstation. Indem man eine kontinuierliche Aufzeichnung solcher Daten an der Basisstation aufrechterhält, ist es möglich, einen computergestützten Vergleich von aufeinander folgenden Überwachungen durchzuführen und die Aufmerksamkeit auf offensichtliche Anomalien zu lenken.

Claims

Verfahren zum Nachweis von Fehlern in der Isolierschicht eines isolierten, verdeckten Leiters (10), das folgende Schritte aufweist (i) Anlegen eines ersten Wechselstromes mit einer Frequenz von weniger als 10 Hz an den isolierten, verdeckten Leiter; (ii) Nachweis des an einem ausgewählten Punkt entlang dem verdeckten Leiter erzeugten Feldes mit Hilfe eines Magnetometers (102), wobei das Magnetometer (102) einen Teil des Detektors (100) bildet; (iii) Anlegen eines zweiten Wechselstromes mit einer Frequenz von mehr als 10 Hz an den isolierten, verdeckten Leiter; (iv) Nachweis des an einem ausgewählten Punkt entlang dem verdeckten Leiter durch den zweiten Wechselstrom erzeugten Feldes mit Hilfe eines Magnetfelddetektors (110, 111), wobei der Magnetfelddetektor (110, 111) einen weiteren Teil des Detektors (100) bildet; (v) Bestimmen der Tiefe des verdeckten Leiters an jenem ausgewählten Punkt unter Ausnutzung des nachgewiesenen Feldes, das von dem zweiten Wechselstrom erzeugt worden ist ; (vi) Ableiten der Größe des ersten Wechselstromes an jenem ausgewählten Punkt; (vii) Wiederholen der Schritte (i) bis (vi) für eine große Anzahl von ausgewählten Punkten, wobei der Detektor (100) zwischen der großen Anzahl von ausgewählten Punkten bewegt wird; and (viii) Bestimmung der Veränderung des ersten Wechselstromes zwischen der großen Anzahl von ausgewählten Punkten, zum Zwecke des Erfassens der Änderungen in dem Gradient der Schwankung des Stromes zum Zwecke des Nachweises von Fehlern in der isolierten Schicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die Frequenz des besagten ersten Wechselstromes bei 4 Hz liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die Frequenz des besagten zweiten Wechselstromes bei 128 Hz liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem das Verfahren ferner den Schritt umfasst der darin besteht die zwei nachgewiesenen Felder an dem ausgewählten Punkten zu analysieren zwecks Bestimmung der Richtung der an den isolierten, verdeckten Leiters (10) angelegten Ströme.
System zum Nachweis von Fehlern in der Isolierschicht eines isolierten, verdeckten Leiters (10) an welchen ein erster Wechselstrom mit einer Frequenz von weniger als 10 Hz sowie ein zweiter Wechselstrom mit einer Frequenz von mehr als 10 Hz angelegt worden sind, System das enthält: einen Detektor (100) mit: einem Magnetometer (102) der angeordnet worden ist, um ein erstes von dem ersten Wechselstrom erzeugtes Feld ausfindig zu machen; und einem Magnetfelddetektor (110, 111) der angeordnet worden ist, um ein zweites von dem zweiten Wechselstrom erzeugtes Feld ausfindig zu machen; wobei das System ferner ein Hilfsmittel (115) aufweist zum Ableiten der Tiefe des verdeckten Leiters an einer großen Anzahl von ausgewählten Punkten während der Detektor (100) zwischen den ausgewählten Punkten bewegt wird; und ein Hilfsmittel (115) zur Bestimmung der Veränderung des ersten Wechselstromes zwischen der großen Anzahl von ausgewählten Punkten und zum Ausfindig machen von Änderungen des Gradienten der Veränderung des Stromes, um Fehler in der isolierten Schicht ausfindig zu machen.
System gemäß Anspruch 5, bei welchem das Magnetometer (102) angeordnet ist, um ein von einem ersten Wechselstrom von 4 Hz erzeugtes Feld ausfindig zu machen.
System gemäß Anspruch 5, bei welchem der Magnetfelddetektor (110, 111) angeordnet ist, um ein von einem zweiten Wechselstrom von 128 Hz erzeugtes Feld ausfindig zu machen.
System gemäß Anspruch 5, welches ferner ein Hilfsmittel (115) aufweist, um das erste und das zweite Feld an einem ausgewählten Punkt zu analysieren um so die Richtung der an den verdeckten Leiter (10) angelegten Ströme zu bestimmen.