ErläuterungenExplanations
Zielaim
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Methode zur Prüfung der Isolation von Fern
wärmerohren und Muffenverbindungen mit einem dynamischen, zerstörungsfreien, wärme
bildgebenden Verfahren nach lokaler Wärmeimpulsanregung. Mit diesem Verfahren ist es
möglich, die thermischen Eigenschaften der Isolation von Rohren (z. B. Kunststoffmantel-
Fernwärmerohre) zu messen und damit die ordnungsgemäße Herstellung bzw. Ausführung der
Isolation zu prüfen.The present patent application relates to a method for testing remote insulation
heat pipes and socket joints with a dynamic, non-destructive, heat
imaging methods after local heat impulse excitation. With this procedure it is
possible the thermal properties of the insulation of pipes (e.g. plastic jacket
District heating pipes) and thus the proper manufacture or execution of the
Check insulation.
Am Beispiel einer Prüfung unmittelbar während der Produktion von Kunststoffmantel-Fern
wärmerohre und einer Vor-Ort-Prüfung der Muffenverbindungen von Kunststoffmantel-Fern
wärmerohre im Rahmen der Verlegearbeiten wird erläutert, wie dieses Verfahren zur Quali
tätskontrolle für Fernwärmeleitungen verwendet werden kann und damit sowohl mit beste
henden Herstellungsmethoden als auch mit der in Zukunft immer wichtigeren Kaltverlegung
von Fernwärmeleitungen kompatibel ist.Using the example of a test directly during the production of plastic jacket remote
heat pipes and an on-site inspection of the socket connections from plastic jacket remote
heat pipes in the course of the laying work explains how this process to quali
can be used for district heating pipes and therefore with the best
manufacturing methods as well as with cold laying, which will become increasingly important in the future
of district heating pipes is compatible.
Einleitungintroduction
Bei Kunststoffmantel(KMR)-Fernwärmerohren übernimmt ein Schaum (meist aus Polyuret
han) die Aufgaben der thermischen Isolation aber auch die Aufgabe der elastischen mechani
schen Verbindung zwischen dem Mediumrohr und dem Mantelrohr (meist aus Polyethylen).
Bei fehlerhaft hergestellten Isolationsschäumen ist weder die geforderte thermische Isolation
noch die mechanischen Verbindung erfüllt. Das führt im Betrieb der Fernwärmeleitungen zu
Wärmeverlusten und vorzeitigen Schäden durch Leckagen insbesondere an Muffenverbindun
gen.In the case of plastic jackets (KMR) district heating pipes, a foam takes over (usually made of polyurethane
han) the tasks of thermal insulation but also the task of elastic mechani
connection between the medium pipe and the casing pipe (usually made of polyethylene).
In the case of faulty insulation foams, neither is the required thermal insulation
still meets the mechanical connection. This leads to the operation of the district heating pipes
Loss of heat and premature damage due to leaks, especially on socket connections
gene.
Mit dem hier vorgestellten schnellen, trockenen und zerstörungsfreien, wärmebildgebenden
Verfahren wird lokal der Wärmedurchgang durch die Isolationsschicht eines KMR-Fern
wärmerohres nach lokaler, kurzzeitiger Erwärmung des Mediumrohres durch dynamische
hochauflösende Wärmebildaufnahme sichtbar gemacht und der Bereich einer Schadenstelle
kann lokalisiert werden. Aufgrund der engen Verknüpfung der thermischen mit den mechani
schen Eigenschaften bei Isolationsschäumen erbringt diese Wärmedurchgangsprüfung gleich
zeitig eine Prüfung der mechanischen Eigenschaften für den analysierten Bereich. Mechani
sche Schäden an Muffenverbindungen sind die Hauptschadensquelle an Fernwärmeleitungen.
Mechanische Schäden aufgrund fehlerhafter KMR-Fernwärmerohr- oder Muffenisolation
können durch Prüfung mit dem hier vorgestellten Verfahren vermieden werden.With the quick, dry and non-destructive, thermal imaging presented here
The local process is the heat transfer through the insulation layer of a KMR-Fern
heat pipe after local, brief heating of the medium pipe by dynamic
high-resolution thermal imaging made visible and the area of a damaged area
can be localized. Due to the close connection of the thermal with the mechani
properties of insulation foams provides this heat transfer test immediately
an early check of the mechanical properties for the analyzed area. Mechani
Damage to socket joints is the main source of damage to district heating pipes.
Mechanical damage due to faulty KMR district heating pipe or socket insulation
can be avoided by testing with the procedure presented here.
Beschreibung des MeßverfahrensDescription of the measurement procedure
Die physikalische Grundlage des Verfahrens beruht auf einer dynamischen Wärmedurch
gangsprüfung nach lokaler, kurzzeitiger thermischer Anregung. Dazu wird mit einem hoch
auflösenden, wärmebildgebenden, infrarotoptischen System eine hochempfindliche, zeitauf
gelöste Messung der Temperaturverteilung auf der Mantelrohroberfläche nach lokaler, kurz
zeitiger Erwärmung des Mediumrohres durchgeführt. Mit dieser Methode kann dynamisch der
Wärmedurchgang durch den Isolationsschaum von KMR-Rohren bzw. Muffenverbindungen
bestimmt werden. Da der Wärmedurchgang bei Isolationsschäumen direkt mit den mechani
schen Eigenschaften (insbesondere Raumgewicht) korreliert ist, ist diese Prüfung gleichzeitig
auch ein Test der mechanischen Eigenschaften. Die Nichterfüllung der geforderten mechani
schen Eigenschaften ist die Hauptursache späterer Schäden insbesondere an Muffenverbin
dungen.The physical basis of the process is based on dynamic heat transfer
Gait test after local, short-term thermal excitation. This is done with a high
resolving, thermal imaging, infrared optical system a highly sensitive, time-consuming
dissolved measurement of the temperature distribution on the jacket pipe surface according to local, short
premature heating of the medium pipe carried out. With this method the
Heat transfer through the insulation foam of KMR pipes or socket connections
be determined. Since the heat transfer in insulation foams directly with the mechani
properties (especially density), this test is simultaneous
also a test of the mechanical properties. Failure to meet the required mechani
properties is the main cause of later damage, particularly to socket joints
fertilize.
Im Bereich der zu prüfenden Stelle wird das Mediumrohr kurzzeitig erwärmt. Das kann z. B.
von innen mit einem thermischen Strahler, einer Warmluftdüse, durch Strom-Widerstands
heizung oder von außen durch induktive Einkopplung oder ebenfalls durch Strom-
Widerstandsheizung erfolgen. Aufgrund des Wärmedurchgangs durch den Isolationsschaum
wird sich mit zeitlicher Verzögerung (entsprechend den thermischen Eigenschaften der Mate
rialien die die Wärme durchdringt) die Oberflächentemperatur des Mantelrohres ansteigen.
Die zeitliche Änderung der räumlichen Verteilung der Mantelrohr-Oberflächentemperatur
zeigt signifikant die thermischen und damit auch die mechanischen Eigenschaften des zwi
schen Medium- und Mantelrohr befindlichen Isolationsschaumes auf. Defekte in der Isolation
werden unmittelbar erkannt.The medium pipe is briefly heated in the area of the point to be checked. That can e.g. B.
from the inside with a thermal radiator, a warm air nozzle, through current resistance
heating or from outside by inductive coupling or also by current
Resistance heating. Due to the heat transfer through the insulation foam
will change with a time delay (according to the thermal properties of the mate
materials that penetrate the heat), the surface temperature of the jacket tube increases.
The temporal change in the spatial distribution of the jacket pipe surface temperature
shows significantly the thermal and thus also the mechanical properties of the zwi
medium and jacket pipe located insulation foam. Defects in the insulation
are recognized immediately.
Durch die dynamische Bestimmung der Oberflächentemperaturverteilung ist das Prüfverfah
ren unempfindlich gegen inhomogene Verteilung der Oberflächentemperatur des Mantelroh
res (z. B. ungleichmäßige Erwärmung durch Sonneneinstrahlung) bei Beginn der Prüfung.The test procedure is based on the dynamic determination of the surface temperature distribution
They are insensitive to inhomogeneous distribution of the surface temperature of the jacket pipe
res (e.g. uneven heating due to solar radiation) at the start of the test.
Noch nicht verlegte KMR-Fernwärmerohre können z. B. unmittelbar während oder nach der
Rohrproduktion geprüft werden. Dazu durchläuft ein trockener Heizer in axialer Richtung das
gesamte zu prüfende Rohr. Das Wärmebildsystem nimmt die zeitliche Veränderung der Tem
peraturverteilung auf der gesamten Mantelrohroberfläche auf und stellt Defekte im Isolations
material unmittelbar dar. Die Heizleistung und die Bewegungsgeschwindigkeit sind so opti
miert, daß mit möglichst geringer Wärmemenge eine möglichst kurze Prüfzeit bei hoher Emp
findlichkeit für die Erkennung von Isolationsdefekten realisiert werden kann. Eine Variante
dieses Verfahrens nutzt bei metallischen Mediumrohren deren elektrischen Widerstand bzw.
deren ferromagnetische Eigenschaften zur Erwärmung mit elektrischem Strom durch Wider
stands- bzw. Induktionsheizung. Diese Variante ermöglicht auch die Erwärmung des Medium
rohres von Außen. Mit diesen Verfahren ist die schnelle, kostengünstige 100% Prüfung der
Isolation von KMR-Fernwärmerohren möglich.KMR district heating pipes that have not yet been installed can e.g. B. immediately during or after the
Pipe production can be checked. To do this, a dry heater runs through it in the axial direction
entire pipe to be tested. The thermal imaging system takes the temporal change in tem
temperature distribution on the entire jacket pipe surface and defects in the insulation
material directly. The heating power and the speed of movement are so opti
Miert that with the smallest possible amount of heat as short a test time at high Emp
sensitivity for the detection of insulation defects can be realized. A variant
This method uses the electrical resistance or
whose ferromagnetic properties for heating with electrical current by contr
auxiliary or induction heating. This variant also enables the medium to be heated
pipes from the outside. With these procedures, the quick, inexpensive 100% inspection of the
KMR district heating pipes can be insulated.
Der Prüfung von Muffenverbindungen während der Verlegung von Fernwärmeleitungen
kommt aufgrund der Schadenshäufigkeit besondere Bedeutung zu. Das hier vorgestellte Ver
fahren ist in der Lage, unmittelbar nach Herstellung einer Muffenverbindung, vor dem Befül
len der Fernwärmeleitung mit dem Wärmetransportmedium eine schnelle, empfindliche, trocke
ne Prüfung des Isolationsschaumes im Muffenbereich vorzunehmen. Dazu wird z. B. mit
einem einfachen Rohrmolch ein Heizer (z. B. Warmluftdüse, thermischer Heizer, etc.) inner
halb des Fernwärmerohres in den Bereich der zu prüfenden Muffenverbindung verbracht und
das Mediumrohr an dieser Stelle kurzzeitig erwärmt. Das Wärmebildsystem erfaßt die zeitli
che und räumliche Veränderung der Temperaturverteilung auf der Mantelrohroberfläche und
stellt ungleichmäßigen Wärmedurchgang z. B. aufgrund von Defekten im Isolationsschaum
unmittelbar dar. Zur Vereinfachung der Anwendung des Verfahrens in oder neben dem Rohr
graben, kann der vom Wärmebildsystem abgewandte Teil der Muffenoberfläche durch Einsatz
von ebenen oder gekrümmten Infrarot-Spiegeln (z. B. eloxiertes Aluminiumblech) problemlos
erfaßt werden. Der Heizer wird nach Prüfung der Muffe wieder aus dem Rohr entfernt oder
unmittelbar zur nächsten Muffenverbindung bewegt. Eine Variante dieses Verfahrens nutzt
bei metallischen Mediumrohren deren elektrischen Widerstand bzw. deren ferromagnetische
Eigenschaften zur Erwärmung mit elektrischem Strom durch Widerstands- bzw. Induktions
heizung. Diese Variante ermöglicht auch die Erwärmung des Mediumrohres von Außen, so
daß hier der Einsatz eines Rohrmolchs entfällt.Testing socket connections during the installation of district heating pipes
is of particular importance due to the frequency of damage. The Ver presented here
is able to drive, immediately after making a socket connection, before filling
len the district heating pipe with the heat transport medium a fast, sensitive, dry
ne check the insulation foam in the socket area. For this, z. B. with
a simple pipe pig a heater (e.g. hot air nozzle, thermal heater, etc.) inside
half of the district heating pipe in the area of the socket connection to be tested and
the medium pipe is briefly heated at this point. The thermal imaging system records the time
surface and spatial changes in the temperature distribution on the jacket pipe surface and
provides uneven heat transfer z. B. due to defects in the insulation foam
immediately. To simplify the application of the method in or next to the pipe
digging, the part of the sleeve surface facing away from the thermal imaging system can be used
of flat or curved infrared mirrors (e.g. anodized aluminum sheet) without any problems
be recorded. The heater is removed from the pipe after checking the sleeve or
moved directly to the next socket connection. A variant of this procedure uses
in the case of metallic medium pipes, their electrical resistance or their ferromagnetic
Properties for heating with electrical current by resistance or induction
heater. This variant also allows the medium pipe to be heated from the outside, see above
that the use of a pig is not necessary here.
Bis jetzt sind keine praktikablen Verfahren zur trockenen, zerstörungsfreien Prüfung von Muf
fenverbindungen unmittelbar bei der Verlegung bekannt. Das hier beschriebene Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, daß es geeignet ist für den Einsatz unter den harten Bedingungen
auf der Baustelle und eine schnelle zerstörungsfreie Prüfung ermöglicht, die kein Befüllen der
Fernwärmeleitung mit Wärmeträgermedium erfordert.So far, there are no practical methods for dry, non-destructive testing of muffles
fen connections known immediately when laying. The procedure described here
is characterized by the fact that it is suitable for use under the harsh conditions
on the construction site and a quick non-destructive inspection that does not require filling the
District heating pipe with heat transfer medium required.
Für die Qualitätskontrolle während bzw. unmittelbar nach der KMR-Fernwärmerohrproduk
tion eröffnet sich durch das hier vorgeschlagene Verfahren die Möglichkeit 100% der Rohre
zu Prüfen und damit z. B. Störungen des Herstellungsverfahrens frühzeitig zu erkennen und
für jedes individuelle Rohr ein Prüfzertifikat zu erstellen.For quality control during or immediately after the KMR district heating pipe product
tion, the method proposed here opens up the possibility of 100% of the pipes
to check and thus z. B. Early detection of disruptions in the manufacturing process and
create a test certificate for each individual pipe.