WO2007012326A2 - Verfahren und vorrichtung zur überwachung und detektierung von beschichtungsdefekten einer erd- oder wasserverlegten rohrleitung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur überwachung und detektierung von beschichtungsdefekten einer erd- oder wasserverlegten rohrleitung Download PDF

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WO2007012326A2
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/04—Controlling or regulating desired parameters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/02—Electrochemical measuring systems for weathering, corrosion or corrosion-protection measurement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L2101/00—Uses or applications of pigs or moles
    • F16L2101/30—Inspecting, measuring or testing

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring and detecting coating defects of a buried or water-laid pipeline, according to claims 1 and 8.
  • the passive protection consists of a coating of active protection is either a cathodic protection or protection via a so-called sacrificial anode.
  • the coating must be electrically insulating in order to avoid direct contact of the pipeline with the electrically conductive medium soil or water and thus a corrosion attack on the pipeline.
  • a DC voltage is applied so that the pipe against the surrounding soil of the pipe an electrical has negative potential, or acts as a cathode.
  • a DC voltage source is connected with its negative pole to the pipe and its positive pole or the anode is grounded.
  • the active protection can also take place via the attachment of so-called sacrificial anodes on the pipeline.
  • the basics are z. As described in the manual of cathodic corrosion protection, VCH Verlag, 3rd edition 1989.
  • the effectiveness of the passive protection of the pipeline over the coating depends on the quality, ie on the accuracy of the coating. Damage to the coating, which cause electrical contact of the pipe with the soil or water, cause a corrosion attack of the steel pipe to be protected, the may result in larger area delaminations of the coating. The degree of delamination depends on the type of coating system and the prevailing corrosion conditions (eg conductivity of the soil, pH, etc.).
  • Damage to the coating can occur, for example, during transport of the pipes, so that usually takes place before the installation of the pipeline inspection of the coating for defects and a repair of the defects.
  • the coating can also be damaged during operation of the pipeline, z. As in earthworks in the field of a laid pipeline, by microbiological attacks or subsidence and shifts in the ground.
  • a disadvantage of these known methods is that z. B. in the pipe section to be tested signals from the pipe crossing current-carrying lines are detected, and the detected signal displays can no longer be clearly assigned to a possible coating error. The reason for this is that the analyzed current form is composed of the injected protective current and the external current signal. Another disadvantage is that this method is only applicable in combination with a cathodic protection of the pipeline.
  • EP 0560443 B1 discloses a method for monitoring and localizing damage to the coating of a cathodically protected pipeline laid underground, in which by applying superimposed local sinusoidal excitation currents of different frequencies to the pipeline and measuring the corresponding voltage responses or the impedance possible Damage can be detected.
  • the pipeline is examined in a constant 2 meter long sections for possible damage to the coating with a mobile measuring system.
  • the method has several disadvantages. On the one hand, the method is also applicable only in combination with a cathodic protection device. Furthermore, it can not be ruled out that interfering signals are detected by external influences and therefore unambiguous assignment of errors is no longer possible. Another disadvantage is that for the application of this method, a test directly on the pipe is required, which is very time consuming and expensive for long pipes to be tested.
  • the object of the invention is to provide a safe and cost-effective method for monitoring and detecting coating defects in a defined section of an underground or water-laid pipe, which is applicable regardless of active corrosion protection method and in which the other disadvantages of the previously known methods are avoided.
  • the method comprises the following steps:
  • Monitoring units determined comparison values.
  • the great advantage of the method according to the invention is that it is thus possible to investigate also not actively protected coated pipelines laid in the ground as well as in the water for coating damage.
  • this method can also be used for remote monitoring of the pipeline, so that complex on-site checks can be omitted.
  • the detection unit required for the alternating current signal to be applied can advantageously be integrated in a simple manner into the monitoring unit for the protection current monitoring.
  • the cathodic protection current is superimposed on the alternating current signal and analyzed separately.
  • the signals detected by the monitoring unit can then advantageously be transmitted via already laid underground cables or wirelessly by radio, GPS or satellite transmission to the central monitoring station and, if necessary, further evaluated.
  • the method according to the invention is based on the physical effect that the voltage or current amplitudes of an alternating current signal are attenuated as a function of the distance from the point of application at the pipeline section.
  • signal generators are attached to the pipeline at certain intervals, which act on the pipeline with an AC signal. The farther away the measuring location is from the location of the application of the additional current signal, the stronger the amplitude signals are attenuated. If there are defects in the coating, which make electrical contact from the pipe to the ground, they manifest themselves in a characteristic signal display in the degree of damping and can be thus clearly assign this pipe section,
  • the damage site is then precisely localized by means of suitable on-site measurements.
  • the waveform of the alternating current signal in the both-end monitoring units of the respective section to be monitored is detected as a function of the distance of the signal from the point of application of this signal, and the time-dependent signal is converted into a frequency-dependent signal.
  • the attenuation of the frequency amplitudes determined therefrom is then compared with the previously determined attenuation of a comparison signal, so that any deviations can be assigned to a coating defect.
  • a very broad frequency spectrum is used to select a suitable beat frequency in order to obtain different information about the state of the coating. For example, low frequencies are more likely to detect damage to the coating itself, while higher frequencies are more likely to detect coating peelings from the steel surface.
  • the maximum frequency is limited by the display range of the signal, which depends on the length of the pipe section to be tested. Furthermore, the quality and type of coating affects the display area.
  • the minimum frequency is limited by a still sufficient signal / noise ratio.
  • the optimum frequency of the alternating current signal depends on the measurement frequency and also on the degree of attenuation over the length of the pipe section and the signal / noise ratio. The best beat frequency to choose will therefore be a compromise between the signal's display range and signal-to-noise ratio.
  • the frequency of the AC signal differs significantly from the frequencies or their harmonic interference signals, such as those induced by crossing power lines. Only then is an unambiguous assignment to a possible error in the monitored pipe section possible.
  • the frequencies of these noise z. B at 50 or 60 Hz.
  • good results with a frequency of 130 Hz are achieved for detection of coating damage in this case.
  • Another aspect to be considered may also be to select as much frequency as possible, which can be processed with conventional, low-cost available A / D converters.
  • the alternating current signal itself is advantageously sinusoidal in order to reduce the subsequent transformation of the time signal into a frequency signal of the digitized signals z. B. to facilitate by Fourier transformation.
  • Other waveforms e.g. As rectangular, but are also possible in principle.
  • a further advantage of the method according to the invention is that the monitoring unit for damage to the coating can also be switched on once a day, even in the case of cathodically protected pipelines, as required and independently of time.
  • each signal generator may include one or more pipe sections
  • the figure shows schematically the measurement setup for remote monitoring and detection of coating defects using the example of a buried, cathodically protected pipeline.
  • a laid underground pipe 1 is passive via a coating 5 and actively protected against corrosion via a permanently installed cathodic protection current system consisting of an anode 3 and a DC generator 4.
  • the pipeline 1 is provided at intervals with also permanently installed monitoring units (RMU - Remote Monitoring System) 2, 2 ', which have to fulfill several tasks as described below.
  • RMU - Remote Monitoring System monitoring units
  • the distances between the monitoring units 2, 2 ' are determined inter alia by possible interference effects (eg stray currents, induced currents from power lines, watercourses, cathodic protection current, etc.). This means that the greater the number and the degree of disturbance, the less the distances are selected for the monitoring units. In an undisturbed laying of the pipeline, For example, in a desert area, the distance of the monitoring units may be over 30 km, while in densely populated industrial regions, the distance may be 5 or 10 km.
  • possible interference effects eg stray currents, induced currents from power lines, watercourses, cathodic protection current, etc.
  • each monitoring unit 2, 2 ' according to the invention with a detection unit not shown here for the AC signal but only every second monitoring unit 2 is provided with a signal generator for feeding the AC signal.
  • the monitoring units 2, 2 have the task of monitoring and controlling the cathodic protection current.
  • the alternating current signal acquisition units integrated therein have the task of detecting the alternating current signal from the point of application via the tube length and the detected and damped one Signal to a central monitoring station forward.
  • the coating 5 of the pipe 1 on the right side a defect 6, which causes an electrical connection between the pipeline and surrounding soil.
  • a sinusoidal alternating current is superimposed on the cathodic protection current by the signal generator of the left monitoring unit 2 in the present example.
  • the detection unit of the monitoring unit 2 shows an undamaged coating normal course already converted frequency amplitudes of the AC signal in the detected pipe section, while the monitoring unit 2 shown on the right a significantly attenuated signal due to the effluent from the coating 6 error flow from the pipe 1 into the ground , detected.
  • the signal profile is detected at each installed monitoring unit 2, 2 'and transmitted to the central monitoring point, where the degree of change in the attenuation is determined by comparison with previous measurements and the error signal is derived therefrom Since the position of the signal display with respect to the monitored pipe section can be well limited, the faulty pipe section can be localized quite accurately.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Detektierung von Beschichtungsdefekten in einem definierten Abschnitt einer erd- oder wasserverlegten beschichteten Rohrleitung, wobei die Rohrleitung abschnittsweise an den Enden des jeweiligen Abschnittes mit einer fest installierten Überwachungseinheit versehen ist udn das Verfahren folgende Schritte aufweist: Taktweises Aufgeben eines Wechselstromsignals auf die Rohrleitung, Erfassen der Wellenform des Wechselstromsignals in den beidendigen Überwachungseinheiten des jeweils zu überwachenden Abschnittes zur Ermittlung des entfernungsabhängigen Dämpfungsgrades, Umwandlung des zeitabhängigen Signals in eine frequenzabhängiges Signal, Ermittlung der Frequenzamplituden entsprechend der Frequenz des Wechselstromsignals, Ermittlung des Dämpfungsgrades der Frequenzamplituden innerhalb des zu überwachenden Rohrleitungsabschnittes und Vergleich mit zuvor in den beidendigen Überwachungseinheiten ermittelten Vergleichswerten.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Detektierung von Beschichtungsdefekten einer erd- oder wasserverlegten Rohrleitung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Detektierung von Beschichtungsdefekten einer erd- oder wasserverlegten Rohrleitung, gernäß Patentansprüchen 1 und 8.
Korrosionsgefährdete Rohrleitungen werden je nach Grad und Art der Gefährdung durch passive oder aktive Schutzsysteme oder einer Kombination aus beiden geschützt. Der passive Schutz besteht aus einer Beschichtung der aktive Schutz ist entweder ein kathodischer Schutz oder ein Schutz über eine sogenannte Opferanode.
Die Beschichtung muss elektrisch isolierend sein, um einen direkten Kontakt der Rohrleitung mit dem elektrisch leitenden Medium Erdreich oder Wasser und damit einen Korrosionsangriff auf die Rohrleitung zu vermeiden.
Beim kathodischen Korrosionsschutz an erdverlegten Rohrleitungen, die mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen sind, wird die Rohrleitung dadurch gegen Korrosion an Fehlstellen der isolierenden Umhüllung geschützt, dass an der Rohrleitung eine Gleichspannung so angelegt wird, dass die Rohrleitung gegenüber dem die Rohrleitung umgebenden Erdreich ein elektrisch negatives Potential hat, bzw. als Kathode wirkt. Hierzu wird eine Gleichspannungsquelle mit ihrem negativen Pol mit der Rohrleitung verbunden und ihr positiver Pol bzw. die Anode wird geerdet.
Alternativ kann der aktive Schutz auch über die Anbringung von sogenannten Opferanoden an der Rohrleitung erfolgen. Die Grundlagen hierzu werden z. B. im Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes, VCH Verlag, 3. Auflage 1989 beschrieben.
Die Effektivität des passiven Schutzes der Rohrleitung über die Beschichtung ist abhängig von der Qualität, d. h. von der Fehlerfreiheit der Beschichtung. Beschädigungen an der Beschichtung, die einen elektrischen Kontakt des Rohres mit dem Erdreich oder dem Wasser verursachen, bewirken einen Korrosionsangriff des zu schützenden Stahrohres, der sich in größerflächigen Delaminationen der Beschichtung auswirken kann. Der Grad der Delamination ist dabei abhängig von der Art des Beschichtungssystems und den vorliegenden Korrosionsbedingungen (z. B. Leitfähigkeit des Erdreiches, pH- Wert, etc.).
Beschädigungen an der Beschichtung können beispielsweise beim Transport der Rohre auftreten, so dass üblicherweise vor der Verlegung der Rohrleitung eine Inspektion der Beschichtung auf Fehler und eine Ausbesserung der Fehlstellen erfolgt.
Die Beschichtung kann jedoch auch während des Betriebs der Rohrleitung beschädigt werden, z. B. bei Erdarbeiten im Bereich einer verlegten Rohrleitung, durch mikrobiologische Angriffe oder Setzungen und Verschiebungen im Erdreich.
Dies macht es erforderlich, die Rohrleitung regelmäßig auf etwaige Beschädigungen der Beschichtung zu kontrollieren, um größere Korrosionsschäden zu vermeiden, was bei öl- oder gasführenden Rohleitungen besonderes wichtig ist, um Leckagen aufgrund von Korrosionsschäden vorzubeugen.
Häufigere Leitungsinspektionen sind aus wirtschaftlichen Gründen jedoch nicht tragbar, da die Messungen aufwändig und teuer sind.
Nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Fehlerortung werden z. B. im Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes, VCH Verlag, 3. Auflage 1989, S. 112-124, beschrieben. Üblicherweise wird dabei aus dem Verlauf des Schutzstromes und dem Potentialverlauf in definierten Leitungsabschnitten auf mögliche Beschädigungen in der Beschichtung geschlossen.
Ein weiteres, auf der Messung des Potentialverlaufes und der Bestimmung des Widerstandes der Beschichtung über einen modulierten kathodischen Schutzstrom beruhendes Verfahren, ist in der DE 690 14 002 T2 offenbart.
Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist jedoch, dass z. B. bei dem zu prüfenden Rohrleitungsabschnitt Signale von die Rohrleitung kreuzenden stromführenden Leitungen mit erfasst werden, und die erfassten Signalanzeigen einem möglichen Beschichtungsfehler nicht mehr eindeutig zugeordnet werden können. Grund hierfür ist, dass sich die analysierte Stromform aus dem eingespeisten Schutzstrom und dem Fremdstromsignal zusammensetzt. Nachteilig ist außerdem, dass diese Verfahren nur in Kombination mit einem kathodischen Schutz der Rohrleitung anwendbar ist.
Aus der EP 0560443 B 1 ist ein Verfahren zur Überwachung und Lokalisierung von Beschädigungen an der Beschichtung einer unterirdisch verlegten kathodisch geschützten Rohrleitung offenbart, bei dem durch Anlegen von überlagerten lokalen sinusförmigen Erregerströmen unterschiedlicher Frequenzen an die Rohrleitung und Messen der entsprechenden Spannungsantworten bzw. der Impedanz mögliche Beschädigungen detektiert werden. Hierbei wird mit einem mobilen Messsystem die Rohrleitung in konstanten 2 Meter langen Abschnitten auf mögliche Beschädigungen der Beschichtung untersucht.
Dieses Verfahren hat mehrere Nachteile. Zum Einen ist das Verfahren ebenfalls nur in Kombination mit einer kathodischen Schutzeinrichtung anwendbar. Weiterhin kann nicht ausgeschlossen werden, dass über Fremdeinflüsse Störsignale mit erfasst werden und damit eine eindeutige Fehlerzuordnung nicht mehr möglich ist. Nachteilig ist außerdem, dass zur Anwendung dieses Verfahrens eine Prüfung direkt am Rohr erforderlich ist, was bei langen zu prüfenden Rohrleitungen sehr zeitaufwändig und teuer ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein sicheres und kostengünstiges Verfahren zur Überwachung und Detektierung von Beschichtungsdefekten in einem definierten Abschnitt einer erd- oder wasserverlegten Rohleitung anzugeben, welches unabhängig von aktiven Korrosionsschutzverfahren anwendbar ist und bei dem die weiteren Nachteile der bislang bekannten Verfahren vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Schritte beinhaltet:
• Taktweises Aufgeben eines Wechselstromsignals, dessen fest vorgegebene und stabile Frequenz unter Berücksichtigung der Toleranz im Vergleich zu den im Rahmen der Überwachung gemessenen Frequenzen möglicher äußerer Störsignale unterschiedlich ist
• Erfassen der Wellenform des Wechselstromsignals in den beidendigen Überwachungseinheiten des jeweils zu überwachenden Abschnittes zur Ermittlung des entfernungsabhängigen Dämpfungsgrades in Abhängigkeit von der Entfernung des Signals vom Ort der Beaufschlagung mit diesem Signal
• Umwandlung des zeitabhängigen Signals in ein frequenzabhängiges Signal . Ermittlung der Frequenzamplituden entsprechend der Frequenz des
Wechselstromsignals • Ermittlung des Dämpfungsgrades der Frequenzamplituden innerhalb des zu überwachenden Rohrleitungsabschnittes und Vergleich mit zuvor in den beidendigen
Überwachungseinheiten ermittelten Vergleichswerten.
Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass es damit möglich ist, auch nicht aktiv geschützte im Erdreich wie auch im Wasser verlegte beschichtete Rohrleitungen auf Beschichtungsschäden hin zu untersuchen. Vorteilhaft kann dieses Verfahren auch zur Fernüberwachung der Rohrleitung genutzt werden, so dass aufwändige vor Ort Überprüfungen entfallen können.
Vorteilhaft ist weiterhin, über die Ermittlung des Dämpfungsgrades des auf die Rohrleitung aufgegebenen Wechselstromsignals die Überwachung auch langer Leitungsrohrabschnitte, z. B. bis zu 50 km, auf einfache, kostengünstige und sichere Weise zu ermöglichen.
Bei kathodisch geschützten Rohrleitungen, die abschnittsweise mit Überwachungseinheiten für den kathodischen Schutzstrom versehen sind, lässt sich die für das aufzugebende Wechselstromsignal erforderliche Erfassungseinheit vorteilhaft auf einfache Weise in die Überwachungseinheit für die Schutzstromüberwachung integrieren. Vorteilhaft wird hierbei der kathodische Schutzstrom von dem Wechselstromsignal überlagert und getrennt analysiert.
Die von der Überwachungseinheit erfassten Signale können dann vorteilhaft entweder über bereits verlegte Erdkabel oder drahtlos per Funk, GPS oder Satellitenübertragung an die zentrale Überwachungsstelle übermittelt und bedarfsweise weiter ausgewertet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem physikalischen Effekt, dass die Spannungs- oder Stromamplituden eines Wechselstromsignals in Abhängigkeit von der Entfernung vom Ort der Beaufschlagung am Rohrleitungsabschnitt gedämpft werden. Hierzu werden an der Rohrleitung in bestimmten Abständen Signalgeneratoren angebracht, die die Rohrleitung mit einem Wechselstromsignal beaufschlagen. Je weiter entfernt der Messort vom Ort der Beaufschlagung des zusätzlichen Stromsignals entfernt ist, desto stärker werden die Amplitudensignale gedämpft. Falls Fehler in der Beschichtung vorliegen, die einen elektrischen Kontakt vom Leitungsrohr zum Erdreich herstellen, machen sich diese in einer charakteristischen Signalanzeige im Grad der Dämpfung bemerkbar und lassen sich somit eindeutig diesem Leitungsrohrabschnitt zuordnen,
Aus dem Maß der zuvor ermittelten Dämpfung in dem fehlerfreien Leitungsabschnitt im Abgleich zur ermittelten Ist- Dämpfung kann der Fehlerort in Bezug zur Entfernung vom Beaufschlagungsort des Signales mit ausreichender Genauigkeit eingegrenzt werden. Um den schadhaften Bereich begutachten und entsprechende Maßnahmen einleiten zu können wird anschließend durch geeignete Messungen vor Ort die Schadensstelle exakt lokalisiert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die Wellenform des Wechselstromsignals in den beidendigen Überwachungseinheiten des jeweils zu überwachenden Abschnittes in Abhängigkeit von der Entfernung des Signals vom Ort der Beaufschlagung mit diesem Signal erfasst und das zeitabhängige in ein frequenzabhängiges Signal umgewandelt.
Die hieraus ermittelte Dämpfung der Frequenzamplituden wird anschließend mit der zuvor ermittelten Dämpfung eines Vergleichssignals verglichen,, so dass etwaige Abweichungen einem Beschichtungsdefekt zugeordnet werden können.
Anhand von in bestimmten Zeitabständen durchgeführten Messungen lässt sich aus dem Grad der zeitlichen Änderung dieser Dämpfungsabweichungen ermitteln, ob ein Beschichtungsdefekt an der Rohrleitung vorliegt.
Grundsätzlich kommt ein sehr breites Frequenzspektrum zur Auswahl einer geeigneten Überlagerungsfrequenz in Betracht, um verschiedene Informationen über den Zustand der Beschichtung zu erhalten. Niedrige Frequenzen sind beispielsweise besser geeignet Beschädigungen an der Beschichtung selbst zu erkennen, während höhere Frequenzen besser geeignet sind, Beschichtungsablösungen von der Stahloberfläche zu detektieren.
Die maximale Frequenz ist begrenzt durch den Anzeigebereich des Signals, der von der Länge des zu prüfenden Rohrabschnittes abhängt. Weiterhin beeinflusst die Qualität und Art der Beschichtung den Anzeigebereich.
Die minimale Frequenz ist begrenzt durch ein noch ausreichendes Signal-/Rausch- Verhältnis. Die optimale Frequenz des Wechselstromsignals richtet sich zum Einen nach der Messfrequenz andererseits auch nach dem Dämpfungsgrad über die Länge des Rohrabschnittes und dem Signal/Rausch-Verhältnis. Die beste zu wählende Überlagerungsfrequenz wird deshalb ein Kompromiss sein zwischen Anzeigebereich des Signals und Signal-/Rauschverhältnis.
Wesentlich ist jedoch in jedem Fall, dass sich die Frequenz des Wechselstromsignals sich deutlich von den Frequenzen oder deren harmonischen von Störsignalen unterscheidet, wie sie beispielsweise von kreuzenden Stromleitungen induziert werden. Erst hierdurch wird eine eindeutige Zuordnung zu einem möglichen Fehler im überwachten Leitungsrohrabschnitt möglich.
Bei Stromleitungen liegen die Frequenzen dieser Störsignale z. B bei 50 oder 60 Hz. Zu Erkennung von Beschichtungsschäden werden für diesen Fall beispielsweise gute Ergebnisse mit einer Frequenz von 130 Hz erzielt.
In der Praxis kommen aus den vorbeschriebenen Gründen niedrigere Frequenzen als 1 Hz und höhere Frequenzen als 1000 Hz praktisch nicht in Betracht.
Ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt kann auch darin bestehen, möglichst eine Frequenz zu wählen, die mit üblichen, preiswert verfügbaren A/D-Wandlern verarbeitet werden kann.
Das Wechselstromsignal selbst ist vorteilhaft sinusförmig ausgebildet, um die nachfolgende Transformation des Zeitsignals in ein Frequenzsignal der digitalisierten Signale z. B. durch Fourier-Transformation zu erleichtern. Andere Signalformen, z. B. rechteckige, sind aber grundsätzlich auch möglich.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Überwachungseinheit für Beschädigungen an der Beschichtung auch bei kathodisch geschützten Rohrleitungen bedarfsweise und zeitlich unabhängig beispielsweise einmal am Tag zugeschaltet werden kann.
Da die Dauer des eigentlichen Messzyklusses für das Wechselstromsignal im Sekundenbereich oder sogar darunter liegt, kann so in Kombination mit der Überwachung der Signale von einer zentralen Stelle sehr effektiv und schnell eine umfassende, kostengünstige und sichere Überwachung der gesamtem Rohrleitung erfolgen und Beschädigungen an der Beschichtung können frühzeitig erkannt werden. Bei Verwendung mehrerer Signalgeneratoren für die Länge der Rohrleitung, wobei jeder Signalgenerator ein oder mehrere Rohrleitungsabschnitte umfassen kann, ist es für die Qualität und Aussagekraft der Messung des Wechselstromsignals notwendig, dass jeweils immer nur ein Signalgenerator für die jeweilige Messung eingeschaltet ist. Da die Signalgeneratoren zu beiden Seiten des Rohres das Stromsignal aussenden, würde sonst möglicherweise das auszuwertende Signal von weiteren Signalen anderer Signalgeneratoren überlagert und das Ergebnis damit verfälscht. Wichtig ist es deshalb, dass die Signalgeneratoren entweder so programmiert sind, dass bei jeder Messung immer nur ein Signalgenerator aktiv ist oder aber ein weiterer aktiver Signalgenerator generiert die Wechselstromsignale auf einer anderen Frequenz.
Besondere Beachtung muss auch der Stabilität von Spannung und Frequenz des Wechselstromsignals geschenkt werden, da die zu erfassenden und auszuwertenden Signale sehr stark von diesen Faktoren beeinflusst werden. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass für die Spannungsstabilität ± 0,2 % und für die Frequenzstabilität + 0,02% ausreichend sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt schematisch den Messaufbau zur Fernüberwachung und Detektierung von Beschichtungsdefekten am Beispiel einer erdverlegten, kathodisch geschützten Rohrleitung.
Eine im Erdreich verlegte Rohrleitung 1 ist über eine Beschichtung 5 passiv und über eine fest installierte kathodische Schutzstromanlage, bestehend aus einer Anode 3 und einem Gleichstromgenerator 4, aktiv vor Korrosion geschützt.
Die Rohrleitung 1 ist in Abständen mit ebenfalls fest installierten Überwachungseinheiten (RMU - Remote Monitoring System) 2, 2' versehen, die wie nachfolgend beschrieben, mehrere Aufgaben zu erfüllen haben.
Die Abstände zwischen den Überwachungseinheiten 2, 2' werden u. a. bestimmt durch mögliche Störeinflüsse (z. B. Streuströme, induzierte Ströme aus Stromleitungen, Wasserläufen, kathodischem Schutzstrom usw.). Das bedeutet, je größer die Anzahl und der Grad der Störung ist, desto geringer werden die Abstände für die Überwachungseinheiten gewählt. Bei einer ungestörten Verlegung der Rohrleitung, beispielsweise in einem Wüstengebiet, kann der Abstand der Überwachungseinheiten über 30 km betragen, während in dicht besiedelten Industrieregionen der Abstand 5 oder 10 km betragen kann.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede Überwachungseinheit 2, 2' erfindungsgemäß mit einer hier nicht näher dargestellten Erfassungseinheit für das Wechselstromsignal aber nur jede zweite Überwachungseinheit 2 mit einem Signalgenerator zur Einspeisung des Wechselstromsignals versehen.
Die Überwachungseinheiten 2, 2' haben einerseits die Aufgabe den kathodischen Schutzstrom zu überwachen und zu steuern zum Anderen haben die darin integrierten Erfassungseinheiten für das Wechselstromsignal die Aufgabe, das Wechselstromsignal, ausgehend vom Ort der Beaufschlagung, über die Rohrlänge zu erfassen und das erfasste und gedämpfte Signal an eine zentrale Überwachungsstelle weiterzuleiten.
Im vorliegenden Beispiel weist die Beschichtung 5 der Rohrleitung 1 rechtsseitig einen Defekt 6 auf, der eine elektrische Verbindung zwischen Rohrleitung und umgebenden Erdreich bewirkt.
Zur Überprüfung der Rohrleitung 1 auf Beschichtungsdefekte wird jeweils nur ein Signalgenerator der Rohrleitung aktiviert um störende Einflüsse auf das Messergebnis von Wechselstromsignalen anderer aktiver Signalgeneratoren auszuschließen.
Als Wechselstromsignal wird im vorliegenden Beispiel von dem Signalgenerator der linken Überwachungseinheit 2 ein sinusförmiger Wechselstrom dem kathodischen Schutzstrom überlagert.
Die Erfassungseinheit der Überwachungseinheit 2' zeigt einen für eine unbeschädigte Beschichtung normalen Verlauf bereits umgewandelter Frequenzamplituden des Wechselstromsignals in dem erfassten Rohrleitungsabschnitt, während die rechts dargestellte Überwachungseinheit 2 ein deutlich gedämpftes Signal, bedingt durch den über den Beschichtungsfehler 6 abfließenden Strom von der Rohrleitung 1 ins Erdreich, erfasst.
Der Signalverlauf wird an jeder installierten Überwachungseinheit 2, 2' erfasst und der zentralen Überwachungsstelle übermittelt, wo durch Vergleich mit vorherigen Messungen der Grad der Änderung der Dämpfung festgestellt und daraus das Fehlersignal abgeleitet wird, Da die Lage der Signalanzeige in Bezug auf den überwachten Leitungsrohrabschnitt gut eingrenzbar ist, kann der fehlerbehaftete Rohrabschnitt recht genau lokalisiert werden.
Zur Begutachtung der schadhaften Stelle und zur Einleitung notwendiger Reparaturmaßnahmen wird anschließend die exakte Lokalisierung durch geeignete Maßnahmen vor Ort vorgenommen.
Bezugszeichenliste
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Claims

Patentansprüche
1 , Verfahren zur Überwachung und Detektierung von Beschichtungsdefekten in einem definierten Abschnitt einer erd- oder wasserverlegten beschichteten Rohrleitung, wobei die Rohrleitung abschnittsweise an den Enden des jeweiligen Abschnittes mit einer fest installierten Überwachungseinheit versehen ist und das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Taktweises Aufgeben eines Wechselstromsignals auf die Rohrleitung, dessen fest vorgegebene und stabile Frequenz unter Berücksichtigung der Toleranz im Vergleich zu den im Rahmen der Überwachung gemessenen Frequenzen möglicher äußerer Störsignale unterschiedlich ist
- Erfassen der Wellenform des Wechselstromsignals in den beidendigen Überwachungseinheiten des jeweils zu überwachenden Abschnittes zur Ermittlung des entfernungsabhängigen Dämpfungsgrades in Abhängigkeit von der Entfernung des Signals vom Ort der Beaufschlagung mit diesem Signal
- Umwandlung des zeitabhängigen Signals in ein frequenzabhängiges Signal
- Ermittlung der Frequenzamplituden entsprechend der Frequenz des Wechselstromsignals
- Ermittlung des Dämpfungsgrades der Frequenzamplituden innerhalb des zu überwachenden Rohrleitungsabschnittes und Vergleich mit zuvor in den beidendigen Überwachungseinheiten ermittelten Vergleichswerten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Wechselstromsignals zwischen 1 und 1000 Hz beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass bei kathodisch geschützten Rohrleitungen der kathodische Schutzstrom von dem Wechselstromsignal überlagert und getrennt analysiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselstromsignal zeitlich unabhängig von dem dem Leitungsabschnitt permanent zugeführten kathodischen Schutzstrom aufgegeben wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Stromform des Wechselstromsignals sinusförmig ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5 dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Messdaten des Wechselstrpmsignals drahtgebunden der zentralen Überwachungsstelle übermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5 dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Messdaten des Wechselstromsignals drahtlos der zentralen Überwachungsstelle übermittelt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5 dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Rohrleitungsabschnitt ein oder mehrere Kilometer lang ist.
9. Vorrichtung zur Überwachung und Detektierung von Beschichtungsdefekten in einem definierten ein oder mehrere Kilometer umfassenden Abschnitt einer erd- oder wasserverlegten Rohrleitung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , wobei die Rohrleitung abschnittsweise an den Enden des jeweiligen Abschnittes mit einer fest installierten Überwachungseinheit zur Erfassung des Wechselstromsignals und die Rohrleitung in Abhängigkeit von der Erfass- und Auswertbarkeit des Wechselstromsignals in Abständen mit einem Signalgenerator versehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Rohrleitung zwischen den Signalgeneratoren ein oder mehrere Rohrleitungsabschnitte umfasst, wobei zum jeweiligen Messzeitpunkt die Rohrleitung mit nur einem Wechselstromsignal eines aktivierten Signalgenerators beaufschlagt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Rohrleitung zwischen den Signalgeneratoren ein oder mehrere Rohrleitungsabschnitte umfasst, wobei zum jeweiligen Messzeitpunkt die Rohrleitung mit zwei oder mehreren Wechselstromsignalen unterschiedlicher Frequenzen von jeweils zwei oder mehreren aktivierten Signalgeneratoren beaufschlagt wird.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Signalgeneratoren in den Überwachungseinheiten integriert sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 11 dadurch gekennzeichnet dass bei kathodisch geschützten Rohrleitungen die Einheit zur Steuerung und Überwachung des kathodischen Schutzstromes in der Überwachungseinheit für das Wechselstromsignal integriert ist.
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