DE102004013157B3

DE102004013157B3 - Verfahren und Gerät zur Verhinderung von Drehbewegungen bei Rohrleitungsmolchen

Info

Publication number: DE102004013157B3
Application number: DE200410013157
Authority: DE
Inventors: Theodor Janssen
Original assignee: Weatherford Kopp GmbH
Current assignee: Janssen Theodor 49716 Meppen De
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-03-18

Abstract

Die hier vorgestellte Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf ein Gerät bzw. ein Verfahren zur Bestimmung verschiedener Zustandsgrößen bei der systematischen Vermessung von Rohrleitungen. Einerseits wird die Arbeitsweise eines Messinstruments innerhalb der Rohrleitung behandelt. Darüber hinaus geht es darum, wie das Gerät in die Röhre einzuführen ist. Zur ordnungsgemäßen Funktion benötigt das Instrument (der "Molch") zumindest eine Dichtungsmanschette zwischen sich und der umgebenden Rohrleitung. Dabei trägt die Anordnung dieser Manschette(n) entscheidend dazu bei, ob sich das Gerät unkontrolliert drehend oder aber stabil in einer vorher festgelegten Raumlage durch die Rohrleitung bewegt. Des Weiteren gehört zur beschriebenen Methode die Art und Weise, wie das Messgerät positioniert werden muss, um eine bestimmte Raumlage in der Rohrleitung einzunehmen und diese bei seinem Lauf beizubehalten. Neben methodischen Gesichtspunkten wird auch ein zum Rohrleitungs-Einsatz geeignetes Gerät als solches vorgestellt. Schließlich wird ein Messinstrument präsentiert, das zumindest ein sensorisches Verfahren zur Charakterisierung der Beschaffenheit von Rohrleitungen beherrscht.

Description

Hintergrund
Anwendungsgebiet
Die vorgestellte Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zur Gewinnung aussagekräftiger Daten über den Zustand von Rohrleitungen. Konkret geht es um eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren, welche die unerwünschte Drehung spezieller Messgeräte („Molche") innerhalb einer Rohrleitung verhindern.
Technische Grundlagen
Der sichere und unterbrechungsfreie Betrieb von Rohrleitungen ist vorrangiges Ziel ihrer Betreiber und Nutzer sowie der davon abhängigen Volkswirtschaften. Dementsprechend werden solche Rohrleitungen in regelmäßigen Abständen inspiziert und gereinigt, um ihre Funktionsfähigkeit aufrecht zu erhalten.

Die gängige Wartungsmethode besteht in der wiederholten Reinigung der Röhren durch sogenannte „dumme Molche", deren Aufgabe es ist, Verunreinigungen wie Wachs, Ablagerungskrusten, Sand und andere Fremdstoffe aus der Rohrleitung zu entfernen. Damit soll ein ungehinderter Durchfluss gewährleistet werden. Die mehr oder weniger intensive Inspektion dieser Anlagen erfolgt dagegen durch vergleichsweise „intelligente Molche", die detaillierte Messungen an der Rohrleitung durchführen, um so Aussagen über deren interne Beschaffenheit zu ermöglichen. Ein derartiger „intelligenter Molch" ist mit einem Satz mehr oder weniger komplexer Instrumente ausgerüstet, darunter verschiedenen Sonden und Sensoren, die unterschiedliche Techniken wie z.B. Magnetfluss- oder Ultraschalluntersuchungen zum Einsatz bringen. Ziel dieser Messungen ist es, entlang von Rohrleitungen potentielle Schwachpunkte oder Defekte, die die Integrität der Röhren beeinträchtigen würden, ausfindig zu machen.

Ein Schwachpunkt herkömmlicher Molch-Techniken ist jedoch, dass die erkannten Defekte hinsichtlich ihrer Raumlage nur unzulänglich lokalisiert werden können. Konkret heißt das z.B., dass eine von einem Molch innerhalb einer Rohrleitung entdeckte Beule in Bezug auf die Weglänge zwar eindeutig fixierbar ist, ihre Position in den beiden anderen Dimensionen aber unbestimmt bleibt: es ist nicht erkennbar, ob sich die Beule unten oder oben bzw. rechts oder links befindet!

Aus diesem Grund besteht schon seit langem Bedarf an einem gleichermaßen aussagekräftigen wie verlässlichen Verfahren, das es erlaubt, sowohl Art als auch exakte Raumlage von Rohrleitungsdefekten zu ermitteln.

Zusammenfassung der vorgestellten Erfindung

Die vorgestellte Erfindung enthält Neuerungen im Hinblick auf ein Gerät bzw. ein Verfahren zur aussagekräftigen Bestimmung verschiedener Zustandsgrößen bei der systematischen Vermessung von Rohrleitungen. Zunächst geht es um die Arbeitsweise des Messinstruments innerhalb der Rohrleitung. Entscheidend in diesem Zusammenhang ist die Art und Weise, wie das Gerät in die Röhre eingeführt wird. Zur ordnungsgemäßen Funktion benötigt das Instrument (der „Molch") zumindest eine Dichtungsmanschette zwischen seiner Peripherie und der umgebenden Rohrleitung. Dabei trägt die Anordnung dieser Manschette(n) entscheidend dazu bei, ob sich das Gerät unkontrolliert drehend oder aber stabil in einer vorher festgelegten Raumlage durch die Rohrleitung bewegt.

Darüber hinaus wird ein Gerät als solches vorgestellt, das aufgrund seiner Konstruktion – zentrale Haupteinheit plus umgebende, speziell angeordnete Manschette(n) – imstande ist, eine vorgegebene Orientierung beim Durchfahren einer Rohrleitung beizubehalten.

Schließlich wird ein Messinstrument präsentiert, das aus einer Zentraleinheit und umgebender/n Manschette(n) besteht, deren Anordnung eine stabile, nicht drehende Fortbewegung ermöglicht, und das zumindest ein sensorisches Verfahren zur Charakterisierung der Beschaffenheit der inneren Röhrenoberfläche beherrscht.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Damit die im Vorstehenden angesprochenen Besonderheiten dieser Erfindung auch im Detail nachvollzogen werden können, werden einige von ihnen exemplarisch anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kalibermolch innerhalb einer Rohrleitung.
2 zeigt einen partiell expandierten Längsschnitt mit den verschiedenen Kompetenten des Molches.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Umsetzung der Erfindung
Vorgestellt werden hier ein zur drehfreien Fortbewegung befähigter Kalibermolch sowie das dieser Neuerung zugrundeliegende Verfahren. Seinem Prinzip nach ist ein Kalibermolch ein Messgerät, das es aufgrund kontinuierlicher Datenakquisition erlaubt, die physikalische Beschaffenheit (Form) des Röhreninneren entlang eines Rohrleitungsabschnitts zu rekonstruieren. Ganz allgemein kann man als Kalibermolch jedes beliebige Gerät ansprechen, das aus einer Zentraleinheit und einer oder mehreren darum herum angeordneten Dichtungsmanschette(n) besteht. Letztere machen es erst möglich, dass die zentrale Datenerfassungseinheit gas- oder flüssigkeitsgetrieben durch die Röhre gepumpt werden kann. Unter dem Begriff „Beschaffenheit" der Rohrleitung werden eine Vielzahl verschiedener und voneinander unabhängiger Faktoren zusammengefasst – darunter u.a. Ablagerungen/Verkrustungen, Ovalitäten, Beulen, Durchmesseränderungen etc.. Um die innovativen Aspekte der hier vorgestellten Erfindung zu verdeutlichen, wird im Folgenden kurz auf die beigefügten Zeichnungen eingegangen.
1 ist der Längsschnitt durch einen Kalibermolch (100) der hier vorgestellten neuen Bauart innerhalb einer Rohrleitung (10). Aus Darstellungsgründen wird hier ein Kalibermolch stellvertretend für alle anderen Arten von Molchen verwendet. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die hier präsentierte Erfindung grundsätzlich bei jedem Typ von „intelligentem Molch" oder „dummen Molch" zum Einsatz gebracht werden kann.
Das Gerät (100) besteht aus einer Zentraleinheit (105), die von einem Paar vorderer (110) und einem Paar hinterer Manschetten (115) umgeben ist. Festzuhalten ist, dass diese Manschetten von entscheidender Bedeutung für die Stabilisierung der Raumlage des Gerätes sind. Ermöglicht wird dies durch eine Verkippung der Manschetten (110, 115) um einen bestimmten Winkel (175) gegen die Vertikale. Im vorliegenden Fall beträgt dieser Winkel 1 Grad, in der Praxis ist es aber so, dass dieser Winkel je nach Bedarf jeden beliebigen Wert zwischen 0.5 und 3 Grad einnehmen kann.
Typischerweise ist eines der Manschettenpaare (110, 115) – bevorzugt das vordere (110) – dicht gegenüber Gasen und Flüssigkeiten. Dadurch ist es möglich, den Molch (100) druckgetrieben durch die Rohrleitung (10) zu pumpen. Die hinteren Manschetten (115) sind entweder ebenfalls abdichtend ausgeführt oder aber sie besitzen Öffnungen, die die antreibende Pumpflüssigkeit auf die abgedichteten vorderen Manschetten wirken lässt. Die Manschetten (110, 115) können aus jedem beliebigen wasserdichten Material, z.B. Polyuhrethan, bestehen.
Wichtiger Bestandteil des Geräts ist stets der Bordcomputer (hier nicht dargestellt). Er befindet sich im Inneren der Zentraleinheit (105) und ist zuständig für Empfang, Verarbeitung und Speicherung der Messdaten. Der Computer kann zusätzlich eine elektronische Uhr und andere digitale Baugruppen enthalten.
Das Gerät (100) verfügt des weiteren über eine Reihe von Frontarmen (120), die hinter den vorderen Manschetten (110) angeordnet sind. Jeder Frontarm ist fest mit der Zentraleinheit (105) verbunden. Am Ende eines jeden Arms sitzt ein Odometerrad (125), durch dessen Umdrehungen elektronische Signale ausgelöst und an den Bordcomputer gesendet werden. Aus ihnen lässt sich der vom Molch in der Rohrleitung zurückgelegte Weg ermitteln. In 1 sind lediglich zwei Arme (120) bzw. Räder (125) dargestellt, in der Praxis kann jedoch jede beliebige Anzahl von Odometern eingesetzt werden, ohne dass das Einfluss auf die hier vorgestellte Erfindung hätte.
Zusätzlich besitzt das Gerät (100) eine Reihe von rückwärtigen Armen (130), die hinter den hinteren Manschetten (115) zu finden sind. Auch diese Arme sind fest mit der Zentraleinheit (105) verbunden. Jeder dieser Arme verfügt an seinem hinteren Ende über eine Abrolleinheit (135). Diese Abrolleinheiten werden durch spezielle Spreizvorrichtungen nach außen gedrückt, so dass sie normalerweise an der Innenfläche der Rohrleitung (10) anliegen. Diese Konstruktion dient dazu, die Form der durchfahrenen Röhre zu bestimmen: die Abrolleinheiten (135) reagieren auf Änderungen des Rohrleitungsdurchmessers, seien dies Beulen, Ovalitäten oder Falten etc,, und senden entsprechende elektronische Signale an den Computer, aus denen in Verbindung mit den Odometerwerten der jeweilige Zustand nach einem bestimmten zurückgelegten Weg rekonstruiert werden kann. Auch hier sind lediglich zwei Arme (130) bzw. Räder (135) dargestellt. Ohne von den Grundprinzipien dieser Erfindung abzuweichen, kann auch in diesem Fall jede beliebige Anzahl von Sensoren zum Einsatz kommen. Darüber hinaus könnten die hinteren Arme (130) und die an ihnen befestigten Abtaster (135) auch an jeder anderen Stelle an der Zentraleinheit (100) angebracht werden, ohne dass das dies etwas an den Grundprinzipien der Erfindung ändern würde.
Bei 2 handelt es sich um einen partiell expandierten Längsschnitt, der verschiedene Komponenten des Molches (100) zeigt. Besonders hervorzuheben sind hier eine Anzahl von Bauteilen (150), mit deren Hilfe die Raumlage des Gerätes festgelegt wird. Sie befinden sich im Bereich der vorderen (110) und hinteren (115) Manschetten. Aus Platzgründen werden hier nur die vorderen Bauteile erörtert. Zu betonen ist jedoch, dass das in diesem Zusammenhang Gesagte gleichermaßen Gültigkeit auch für die hinteren Äquivalente besitzt. Hauptfunktion dieser Bauteile (150) ist es, die Manschetten (110) um einen bestimmten Winkel (175) gegen die Vertikale zu verkippen. Festzuhalten ist, dass jeder beliebige Wert dieses Neigungswinkels im Rahmen dieser Erfindung abgedeckt ist. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass es gleichgültig ist, ob lediglich eine einzelne, mehrere oder alle Manschetten um den vorgegebenen Winkel geneigt sind.
Grundsätzlich bestehen diese Positionierungsbauteile (150) aus Scheiben, die in einer vorher festgelegten Keilform hergestellt werden. Im vorliegenden Fall beträgt der Neigungswinkel ein Grad. Er kann jedoch – je nach Größe des Molches (100) – variieren. Beispielsweise können für kleinere Geräte auch Winkel von zwei, drei oder mehr Grad erforderlich sein. In dieser Hinsicht ist jeder beliebige Winkel im Rahmen dieser Erfindung abgedeckt. Darüber hinaus ist es auch egal, aus welchem Material (Stahl, Aluminium oder was auch immer) die Scheiben gefertigt sind.
Hauptaufgabe der Bauteile (150) ist es, die Manschetten (110) um einen ausgewählten Winkel (175) zu kippen. Als Folge davon halten die Manschetten den sich innerhalb der Rohrleitung (10) bewegenden Molch (100) in einer vorher bestimmten, stabilen Lage. Beispiel: Bewirkt die Neigung der Manschetten (110), dass ein Frontarm (120) die 12-Uhr-Position einnimmt, wird der Molch seinen Weg durch die Rohrleitung (10) nehmen, ohne dass der Frontarm (120) von dieser seiner Ausgangslage abweicht. Klar ist, dass sich das Gerät (100) in jeder beliebigen Raumlage bewegen kann, ohne dass das an den Grundprinzipien dieser Erfindung etwas änderte. Der entscheidende Vorteil einer solchen vorgewählten stabilen Raumlage eines Molches ist, dass die damit gewonnenen Messwerte deutlich aussagekräftigere Rückschlüsse auf die genaue Beschaffenheit (Ablagerungen, Beulen, Biegungen, Schweißnähte usw.) der untersuchten Röhren erlauben, und zwar dreidimensional – d.h. im Hinblick sowohl auf die axiale als auch die vertikale und laterale Komponente!
Routinemäßig wird eine Rohrleitung (10) zunächst von einem „dummen Molch" gereinigt und im Anschluss daran einer eingehenden Inspektion durch einen „intelligenten Molch" (100) unterzogen. Üblicherweise wird ein derartiger Molch an einem Ende der untersuchten Rohrleitung mittels einer sog. „Schleuse" in die Rohrleitung eingeführt. Danach wird das Gerät mittels Druck auf die Manschetten (110, 115) vorangetrieben. Da die oberen Hälften der Manschetten um den ausgewählten Winkel (175) gekippt sind, führt der ausgeübte Druck zu einer nach unten geneigten „Nase" (170) in der Frontpartie des Molches (100). In Verbindung mit anderen Kräften (Schwerkraft, Reibungskraft, Strömung) bewirkt diese Neigung nach unten, dass das Gerät während seines Laufes in der vorher bestimmten stabilen Raumlage relativ zur umgebenden Rohrleitung (10) verharrt.
Während seines Laufs durch die Rohrleitung (10) registriert der Molch verschiedene Veränderungen in deren Beschaffenheit. Wird beispielsweise ein rückwärtiger Arm (130) mit seinem Sensor (135) nach innen gedrückt, weist das auf eine in das Röhreninnere gerichtete Unebenheit hin. Diese Radialbewegung löst dann ein der Größe des Defektes etc. proportionales elektronisches Signal an den Computer aus, wo es auch gespeichert wird. In Verbindung mit der Auswertung anderer Signale (z.B. denen der Odometer (125) lässt sich schließlich der Zustand der inneren Rohrleitungsoberflächen präzise rekonstruieren.
Nachdem der Molch (100) die gesamte zu vermessende Strecke drehungsfrei zurückgelegt und die benötigten Daten gesammelt hat, wird das Gerät am Rohrleitungsende in einer sog. „Schleuse" empfangen und aus der Röhre genommen. Im Anschluss daran werden die zur Ermittlung der Rohrleitungsbeschaffenheit benötigten Daten vom Bordcomputer heruntergeladen und weiterverarbeitet. Die gewonnenen Messwerte liefern eine Vielzahl von Informationen bezüglich des Rohrleitungsinneren: Ausmaß und Erstreckung von Deformationen, Entfernung vom Ausgangspunkt, Raumlage u.a.m.. Diese Daten werden dann verwendet, um verschiedene Rohrleitungszustandsgrößen wie z.B. Ablagerungen/Krusten, Schweißnähte, Ovalitäten, Beulen, Biegungen etc. zu ermitteln und voneinander zu unterscheiden. In ihrer Gesamtheit ermöglichen die ausgewerteten Daten schließlich die Erstellung eines aussagekräftigen Rohrleitungszustandsprofils.

Claims

Ein Verfahren zum Einsatz eines Messgerätes in einer Pipeline. Darin enthalten: – Einbringung des Messgerätes in die Pipeline; Aufbau des Gerätes aus einer Zentraleinheit und mindestens einer radial darum angeordneten Manschette; Aufbau und Anordnung mindestens einer Manschette dergestalt, dass eine vorher festgelegte, rotationsfreie, stabile Lage des Gerätes relativ zur umgebenden Pipeline gewährleistet wird; Verkippung der Manschette(n) um einen ausgewählten Winkel gegen die Vertikale durch Einbau von mindestens einem Positionierungsbauteil („Schrägscheibe"); – Positionierung des Messgerätes in der gewünschten Raumlage innerhalb der Pipeline; – Fixierung des Messgerätes in der festgelegten Position beim Durchlaufen der gesamten Wegstrecke.
Das Verfahren aus Anspruch 1 sowie darüberhinaus die Erfassung von Messwerten, die Aufschluss geben über Variationen in der Beschaffenheit der inneren Pipelineoberfläche.
Das Verfahren aus Anspruch 2 inklusive auch der räumlich exakten, d.h. dreidimensionalen Erfassung von Variationen in der Beschaffenheit der Pipeline.
Das Verfahren aus Anspruch 2 inklusive der Auswertung der Daten zur Ermittlung der Pipelinebeschaffenheit.
Das Verfahren aus Anspruch 1 inklusive der Erfassung von Daten zur Ermittlung des vom Messgerät zurückgelegten Weges.
Das Verfahren aus Anspruch 1 mit einem Manschettenverkippungswinkel zwischen 0,5 und 3 Grad.
Das Verfahren aus Anspruch 1 mit einem Kalibermolch als Messgerät.
Ein Gerät zum Einsatz in einer Pipeline – bestehend aus: – einer Zentraleinheit; – mindestens einer um diese herum angeordneten Manschette, die sich bis zur umgebenden Pipelinewand erstreckt; mindestens einer Manschette, die so gebaut und angeordnet ist, dass die Zentraleinheit in einer festgelegten Raumlage relativ zur Pipeline gehalten wird; Verkippung mindestens einer Manschette um einen ausgewählten Winkel gegen die Vertikale durch Einbau von mindestens einem dafür vorgesehenen Positionierungsbauteil („Schrägscheibe"), dessen Form die Verkippung der Manschette(n) um den ausgewählten Winkel bewirkt.
Das Gerät aus Anspruch 8 mit einem Manschettenverkippungswinkel zwischen 0,5 und 3 Grad.
Das Gerät aus Anspruch 8 mit zusätzlich einem Odometer zur Ermittlung des vom Gerät zurückgelegten Weges.
Das Gerät aus Anspruch 8 mit einem eingesetzten Messgerät, bestehend aus mindestens einem Sensor zur Erfassung von Daten über die Beschaffenheit von Pipelineinnenflächen.
Das Gerät aus Anspruch 8 mit einer zusätzlichen on-board-Computereinheit zur Erfassung der von Odometer und Sensor gelieferten Daten.
Das Gerät aus Anspruch 8, ausgebildet als Rohrleitungsmolch.