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Diese Erfindung betrifft eine neue
Vorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit Leitungs- bzw. Rohr-Reinigungs-
und Uberwachungssystemen.
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Die Erfindung betrifft insbesondere
ein neues Aufhängesystem
zur Verwendung im Zusammenhang mit Pipeline-Pigging-Vorrichtungen
für Rohre bzw.
Leitungen mit einem Durchmesser von 6 Inches (15,24 cm) bis 56 Inches
(142,24 cm), obwohl das System in Leitungen bzw. Rohre jeden Durchmessers
passen könnte.
Die Erfindung betrifft zudem ein Pig, welches das Aufhängesystem
aufweist, und auf ein Verfahren zum Reinigen oder Überwachen
einer Pipeline.
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Unterwasserpipelines sowie auch Überlandpipelines
zum Transport verschiedener Produkte werden häufig von innen gereinigt und
inspiziert. Dieses Verfahren, welches als „Pigging" bekannt ist, wird mittels Einführen eines „Pig" in die Pipeline
durchgeführt.
Das „Pig" weist üblicherweise
einen Längsschaft
bzw. -welle auf, an welchem wenigstens eine Dichtscheibe und wenigstens
eine Führungsscheibe befestigt
sind; noch üblicher
ist ein Paar, welches eine Dichtscheibe und eine Führungsscheibe
aufweist, an jedem Ende des Schafts bzw. der Welle angeordnet.
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Bei einem Entwässerungs- RFO (ready for operations)
oder -Reinigungspig ist der Durchmesser der Dichtscheibe derart
bestimmt, daß eine
positive bzw. sichere Wechselwirkung zwischen den inneren Wänden der
Leitung bzw. des Rohres und der äußeren Fläche der
Dichtscheibe erzeugt wird. Beim Pig-Vehikel wird aufgrund der Strömung des
Produkts, beispielsweise Öl
oder Gas, gegen die Dichtscheibe Bewegung in der Pipeline erzeugt.
Das Pig wird somit entlang der Pipeline vorgeschoben, wobei die
Dichtscheibe die Seiten der Leitungswand entlangrutscht, was eine
abdichtende, reinigende und scheuernde Bewegung verursacht. Solche
Pipeline-Pigs werden bei der Inbetriebnahme und der Außerbetriebstellung
von Kraftstoffpipelines und zum Reinigen von Pipelines während des
Gebrauchs, beispielsweise Produktions-Pipelines, verwendet.
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Die Pipeline-Reinigungstechnologie
wurde bis zu diesem Zeitpunkt auf eine Pig-Einheit gestützt, welche aus mittels Abstandsringen
entlang ihrer Längsachse
verbundener Scheiben besteht. Das Gewicht des Pig wird auf „harten" Führungsscheiben oder
alternativ individuellen Federrädern
getragen, während
das Reinigen von „weichen" Reinigungsscheiben
ausgeführt
wird.
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Inspektions- bzw. Überprüfungspigs
arbeiten auf ähnliche
Weise, da für
sie jedoch keine Notwendigkeit besteht, die inneren Wände der
Leitung bzw. Rohr entlang zu rutschen bzw. zu schaben, können Inspektionspigs
aus anderen Gründen
als des Antriebs bzw. Vortriebs auf individuellen Federrädern befestigt
sein. Sie weisen für
gewöhnlich
einen Längsschaft
bzw. -welle auf, welche mit einer oder mehreren Führungsscheiben
ausgestattet ist, und werden auf eine ähnliche Weise wie ein Reinigungspig
angetrieben. Ein Inspektionspig ist auch mit einer Überwachungseinrichtung,
beispielsweise Anzeige- bzw. Meßscheiben,
Wegmesserrädern
oder Meßausstattung
für nicht
zerstörerische
Prüfung
ausgestattet, um das Erkennen von Strukturfehlern in den Leitungen
bzw. Röhren
zu ermöglichen.
Solch eine Überwachungsausstattung
ist den Fachleuten wohl bekannt.
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Beide Typen des aktuell verwendeten
Pigs leiden jedoch unter dem Nachteil, daß sie nicht konzentrisch entlang
einer Pipeline laufen können.
Für Reinigungspigs
kann dies zu einer ungleichen Abnutzung der Führungs- und/oder Dichtscheiben
führen. Selbst
bei einem mit Rädern
versehenen Pig ruht das Gewicht des Pigs für gewöhnlich auf einem Teil der Räder zu jeder
Zeit, beispielsweise wenn sich das Pig durch eine horizontale Leitung
bzw. Rohr bewegt, wobei der unterste Satz an Rädern den größten Anteil der Last bzw. der
Belastung trägt,
unter anderem deshalb, weil die Räder unabhängig voneinander gefedert sind.
Dies führt
dazu, daß das
Pig außerhalb des
Zentrums läuft,
und daß die
Scheiben ungleich abgenutzt werden.
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Um dieses „unter der Zentrallinie"-Laufen auszugleichen,
wurden die Dichtscheiben bislang mit einer beachtlichen Übergröße am äußeren Durchmesser
hergestellt. Dies erlaubt bzw. gestattet ein Laufen außerhalb
des Zentrums und eine Abnutzung und eine Zerstörung der Scheibe, schafft jedoch
eine beachtliche Reibung zwischen der Dichtscheibe und der Leitungswand
und führt
zu einem unterschiedlichen Druck bzw. Druckunterschied, welcher
sich über
die Dichtscheibe hinweg ausbildet. Dieser Druckunterschied wird
wirksam zum Vorantreiben des Pigs verwendet; wenn die Reibung jedoch
zu groß wird,
so wird der unterschiedliche Druck bzw. Druckunterschied unrealistisch
hoch. Er kann sogar so hoch werden, daß ein Phänomen, welches als „Verstopfen" bekannt ist, auftritt.
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Es bestand daher seit langem der
Wunsch, ein Pig herzustellen, welches den Verschleiß und die Reibung
senkt, wodurch die Effektivität
und die Lebensdauer des Pig erhöht
wird. Eine Verminderung der Reibung zwischen Dichtscheiben und Leitungswand
würde zu
einem niedrigeren Druckunterschied entlang der Dichtscheibe führen, mittels
welchen Verfahrens das Pig entlang der Leitung vorangetrieben wird.
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Wir haben überraschend eine neue Aufhängeeinheit
gefunden, welche zur Verwendung mit einer Pig-Anordnung geeignet
ist, und welche die zuvor genannten Nachteile aufhebt bzw. mildert.
Die Aufhängeeinheit
erlaubt zudem die Herstellung eines Pigs, welches geeignet ist,
in Pipelines mit unterschiedlichen Durchmesser bzw. mit mehreren
Durchmessern zu arbeiten.
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Erfindungsgemäß schlagen wir somit ein Pig-Aufhängesystem
vor, welches auf einen Pigschaft bzw. -welle paßt, und welches eine Mehrzahl von
Rädern
aufweist, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß die Räder konzentrisch befestigt
sind und einzeln bzw. individuell mit einer am Umfang wirkenden
Spanneinrichtung verbunden sind.
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Die Spanneinrichtung ist vorzugsweise
eine am Umfang wirkende Scheibe. Die Scheibe kann durch jede üblicherweise
bekannte Scheibenspanneinrichtung, beispielsweise einen hydraulischen
oder pneumatischen Aktivator, angetrieben bzw. betätigt werden.
Die Scheibenspanneinrichtung kann jeden üblicherweise bekannten Kolbentyp
wie einen hydraulischen Kolben aufweisen. Um einen bevorzugten Kolben
handelt es sich jedoch bei einem federgespannten Kolben. Die Plattenspanneinrichtung
kann alternativ eine gewundene Drehfeder aufweisen. Die Feder oder
die Kolben können
entweder innen oder außen
befestigt sein.
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Das Aufhängesystem weist vorzugsweise eine
Mehrzahl von Rädern
auf, wobei jedes Rad radial in einer Radbefestigung befestigt ist.
Die Radbefestigung ist vorzugsweise in einem Zylinder untergebracht,
wobei der Zylinder an einer Endscheibe befestigt ist. Die Endscheibe
ist axial an der Pig-Welle befestigt, und die Ebene der Scheibe
steht daher rechtwinklig zur Pig-Welle, wobei die Endscheibe koplanar
mit den Scheiben des Pig steht.
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Das Rad und die Radbefestigung sind
innerhalb des Zylinders frei verschiebbar. Das äußere Ende der Radbefestigung
ist an einem Rad befestigt, wohingegen das innere Ende der Radbefestigung
an einer drehbaren Scheibe befestigt ist. Die drehbare Scheibe ist
gegen eine Fläche
bzw. Seite der am Umfang wirkenden Scheibe befestigt, und die innere
Seite der Radbefestigung ist vorzugsweise mittels einer schwenkbar
bzw. pivotierbar verbundenen Pleuelstange an der drehbaren Scheibe
befestigt.
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Eine zweite Endscheibe ist gegen
die andere Fläche
bzw. Seite der drehbaren Scheibe positioniert; die Scheibe ist somit
zwischen zwei Endscheiben begrenzt gelagert bzw. getragen. Die Endscheiben
sind derart ausgestaltet, daß sie
in der Lage sind, eine Last zu tragen, d. h. sie akzeptieren bzw.
widerstehen einer radialen Belastung. Ein erstes Ende der Spannfeder
ist mit der Endscheibe befestigt, ein zweites Ende ist an der drehbaren
Scheibe befestigt.
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Die Mehrzahl von Rädern sind
im Betrieb somit alle entweder direkt oder indirekt mit der drehbaren
Scheibe verbunden, und die Räder
bewegen sich daher gleichförmig.
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Erfindungsgemäß schlagen wir eine Aufhängeeinheit
für Pigs
bzw. Pipeline-Pigs vor, welches sich für eine Pig-Welle eignet und
einen Pigkörper aufweist,
welcher mit einer Mehrzahl von Rädern ausgestaltet
ist, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß die Räder konzentrisch befestigt
sind und individuell mit einer am Umfang wirkenden Spanneinrichtung
verbunden sind, wobei jedes Rad mit einer Pleuelstange verbunden
ist, das distale Ende der Stange mit einer drehbaren Scheibe verbunden
ist, und wobei die drehbare Scheibe gegen eine stationäre Endscheibefeder
gespannt ist.
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Wie zuvor erwähnt, besteht ein bedeutender Vorteil
der erfindungsgemäßen Aufhängeeinheit
darin, daß sie
für ein
Laufen des Pigs durch die Mitte bzw. das Zentrum sorgt.
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Die Radbelastung kann in Abhängigkeit
von, unter anderem, der Art und der Einstellung des Aufhängesystems
variiert werden. Die Gestalt bzw. die Geometrie der Pleuelstange
kann zudem derart ausgestaltet bzw. eingestellt werden, daß man eine
nahezu konstante Radbelastung erhält. Im Falle einer federgespannten
Scheibe kann die Federkonstante somit in Abhängigkeit einer jeden Anwendung
variiert werden. Ändert
sich das Gewicht des Pigs beispielsweise durch hinzukommende Teile,
so können
die Federn eingestellt werden, was die Federkonstante ändert bzw.
modifiziert. Ein Laufen durch die Zentral- bzw. Mittellinie ist
erreicht, wenn das Pig in oder nahe einer horizontalen Einstellung
läuft,
da dort eine von jedem Rad aufgebrachte Kraft besteht. Die Gesamtsumme
dieser Kräfte,
welche größer als
das Gewicht der Pigs sind, halten das Pig in der zentralen Lage und
erlauben ihm, in der Zentral- bzw. Mittellinie der Leitung bzw.
Röhre zu
laufen.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform
sind die Radbefestigungen der Radanordnung gegenüber bzw. von der Achse der
Pig-Welle versetzt. Dies ermöglicht
es der Radanordnung und somit auch dem Pig, zu rotieren, während es
sich entlang einer Leitung bzw. Röhre bewegt. Dies hat den Vorteil,
daß ein
Ausgleich der Länge
stattfindet, wenn jedes Rad die maximale Last bzw. Belastung erfährt, und
noch wichtiger, es minimiert und gleicht die Abnutzung der Dichtscheiben
aus. Der Grad des Versetzens kann in Abhängigkeit von der Anwendung
des Pigs variieren, die Aufhängeeinheit
kann jedoch beispielsweise zwischen 1° und 3° der Pig-Wellenachse und vorzugsweise
um 2° der
Pig-Wellenachse versetzt sein.
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Die Anzahl der in einer erfindungsgemäßen Aufhängeeinheit
vorgesehenen Räder
kann abhängig
von der Größe und dem
Gewicht des Pigs variiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein Pig mit wenigstens zwei Radanordnungen ausgestaltet bzw.
ausgestattet, welche die Aufhängeeinheit der
Erfindung aufweisen, beispielsweise einem vorderen und einem hinteren
Satz. Für
Pigs, welche mit einem Gelenk ausgestattet sind, können jedoch
mehr als zwei Sets bzw. Sätze
verwendet werden. Obwohl jeder Satz jede Anzahl von Rädern aufweisen
kann, werden vorzugsweise bis zu acht Rädern in jedem Satz verwendet,
obwohl diese Anzahl entsprechend den Abmessungen des Pigs verändert werden
kann. Alle Räder
einer einzelnen bzw. einzigen Anordnung sind vorzugsweise mit einem
geeigneten Kolben verbunden, obwohl es auch im Schutzumfang der
Erfindung liegt, daß einige
der Räder
herkömmlich
befestigt sind. Die Räder
sind im allgemeinen derart angeordnet, daß jedes Rad mit einem weiteren
Rad auf der gegenüberliegenden
Seite der Welle befestigt ist. Falls eine ungerade Anzahl von Rädern verwendet wird,
so können
die Räder
asymmetrisch angeordnet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein Pig jedoch mit zwei Sätzen
an Rädern,
im wesentlichen einem an jeder Seite einer Pig-Welle, ausgestaltet.
Wir haben es als besonders vorteilhaft empfunden, wenn ein Pig mit
wenigstens zwei Radanordnungen betrieben wird, um die Räder einer
Anordnung von der Ebene versetzt zu haben, in welcher die Räder einer
zweiten Anordnung arbeiten. Vom Begriff Rad sollen üblicherweise
bekannte Räder,
Walzen, Kugeln und andere bekannte Alternativen umfaßt sein.
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Die Pleuelstange des erfindungsgemäßen Aufhängesystems
kann ein Spannschloß enthalten.
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Gemäß eines weiteren Merkmals der
Erfindung schlagen wir ein Pipeline-Pig vor, welches ein oben beschriebenes
Aufhängesystem
aufweist.
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Das neue, beräderte Pig ist unter anderem dahingehend
vorteilhaft, daß es
in allen Bereichen des Betriebs anders als herkömmlicherweise bekannte Pigs
die Zentral- bzw. Mittellinie beibehält. Es verringert und gleicht
die Abnutzung der Scheiben somit in Folge aus und erhöht die Effizienz.
In einem Aspekt der Erfindung können
somit herkömmlicherweise
verwendete Scheiben im Pig-System verwendet werden. Solche Scheiben
weisen üblicherweise im
wesentlichen kreisförmige
Polyurethanscheiben, „harte" Führungsscheiben,
welche zum Tragen des Pigs verwendet werden, und „welche" Abdicht- bzw. Dichtscheiben
zum Schaben der inneren Fläche
der Leitung bzw. des Rohrs auf.
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Es handelt sich um ein besonders
vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß ein Pipeline-Pig,
welches ein Mittellinien-Aufhängesystem
verwendet, unter einer minimalen Druckdifferenz und mit hoher Effizienz
arbeiten kann.
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Der Druckunterschied beträgt vorzugsweise zwischen
0,2 und 0,5 bar, noch bevorzugter zwischen 0,2 und 0,4 bar, beispielsweise
0,3 bar.
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Es ist im Stand der Technik wohlbekannt, daß, wenn
ein Pipeline-Pig innerhalb einer Pipeline steckenbleibt, der erhöhte Druck
in Richtung des Stroms aufgebracht werden kann, um das Pig erneut in
Bewegung zu bringen.
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Der aufgebrachte Druck kann hoch
sein, und es ist erforderlich bzw. von Bedeutung, daß die Dichtscheibe
des Pigs derart gestaltet ist, daß der erhöhte Druck es nicht nach vorne „umklappen" läßt und eine Umgehung
bzw. einen Umgehungsweg des antreibenden Mediums schafft, was einem
vollständigen Verlust
an Antriebskraft führt.
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Der Druck, unter welchem die Dichtscheibe umzuklappen
beginnt, ist als „Umklappdruck" bekannt. Der Umklappdruck
gilt unter Fachleuten als ein Mehrfaches des Druckunterschieds.
Ein Umklappdruck beträgt üblicherweise
beispielsweise das Zehnfache.
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Es ist ein Merkmal dieser Erfindung,
daß, verglichen
mit herkömmlichen
Pig-Gestaltungen
mit hoher Wechselwirkung/hohem Druckunterschied, ein wesentlich
höheres
Vielfaches an Umklappdruck gegenüber
dem Druckunterschied erreicht werden kann.
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Dies führt zu dem Nutzen, daß entweder
die Dichtscheibe in der Lage ist, einem höheren Mehrfachen des Umklappverhältnisses
zu widerstehen (wodurch die Wahrscheinlichkeit des Umklappens und Steckenbleibens
verringert wird), und/oder die Möglichkeit,
die Antriebsscheibe leichter als das zitierte Beispiel des x10-Verstärkers zu
gestalten, führt
zu einem niedrigeren Absolutwert für den Umklappdruck, welcher
ihm in einer Anwendung auf eine Pipeline mit mehreren Durchmessern
die Möglichkeit
verleiht, sich leichter zusammenzufalten, wenn es in den geringeren
Durchmesser eintritt.
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Gemäß eines wiederum weiteren Merkmals der
Erfindung schlagen wir somit ein Pipeline-Pig wie oben beschrieben
vor, welches mit einem Umklappdruck von 5 bar oder weniger, sollte
dies gewünscht werden,
arbeiten kann.
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Der Umklappdruck beträgt vorzugsweise zwischen
2 und 5 bar, noch bevorzugter zwischen 2 und 4 bar, beispielsweise
3 bar.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung können
zwei oder mehr Pigs miteinander verbunden werden. Solch ein verbundenes
Pig ist unter anderem dahingehend vorteilhaft, daß es beim
Vorschieben bzw. Vortreiben des Pigs über beliebige Fehlerstellen
in der Pipeline wie etwa eine WYE-Verbindung oder eine TEE-Verbindung hilft.
Die Pigs können
auf jede herkömmliche
Art und Weise beispielsweise mittels eines Kugelgelenks und -welle, welche
ein Pig relativ zum anderen drehbar macht, verbunden werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung schlagen wir ein Verfahren zum Reinigen einer Pipeline
vor, welches ein wenigstens einmaliges Entlanglaufen eines Pigs,
wie es oben beschrieben wurde, umfaßt.
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Erfindungsgemäß schlagen wir zudem ein Verfahren
zum Erfassen eines Defekts in einer Pipeline vor, welches ein Meß-Pig, wie
es oben beschrieben wurde, wenigstens einmal entlang einer Pipeline umfaßt.
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Das erfindungsgemäße Pig ist insbesondere zu
seiner Verwendung als ein Meß-Pig geeignet. Wahlweise
kann ein erfindungsgemäßes Pig
derart angepaßt
werden, daß es
als ein Reinigung-Pig und gleichzeitig als ein Meß-Pig wirkt.
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Das Pig und/oder das Aufhängesystem
dieser Erfindung ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, daß das Aufhängesystem
eine sehr kurze axiale Länge
aufweisen kann. Einheiten des Aufhängesystems können somit
als Module aufgebaut werden. Solch eine modulare Anordnung ist insbesondere
zur Verwendung bei einem Meß-Pig
geeignet. Einheiten des Aufhängesystems
können
an jedem Ende des Pigs angeordnet werden, wobei eine Meßeinrichtung zwischen
ihnen untergebracht ist.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform
kann das erfindungsgemäße Pig mit
herkömmlichen
Detektorsystemen, beispielsweise Meßscheiben und/oder Wegmeßrädern, ausgestattet
werden, wodurch das Pig in die Lage versetzt wird, als ein Detektor-Pig
verwendet zu werden, und was die Herstellung von halbintelligenten
Reinigungs-Pigs ermöglicht.
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Die Erfindung wird nun lediglich
beispielhaft und mit Bezug auf die angehängte Zeichnung beschrieben,
in welcher gilt:
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1 ist
ein längslaufendes
Aufhängesystem,
welches teilweise freigeschnitten ist; und
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2 ist
eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Aufhängesystems.
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Unter gemeinsamen Bezug auf die 1 und 2 weist eine Pig-Anordnung (1),
eine Pig-Welle (2) oder alternativ eine Bohrung bzw. Öffnung auf, durch
welche eine Welle befestigt werden kann, gegen welche Endscheiben
(3 und 4) befestigt sind. Die Endscheibe (4)
ist mit zylindrischen Radgehäusen (5)
ausgestattet. In jedem der Radgehäuse (5) ist eine Radbefestigung
(6) angeordnet, wobei das äußere Ende (7) der
Radbefestigung (6) an einem Rad (8) befestigt
ist. Das innere Ende (9) der Radbefestigung (6)
ist um einen Drehpunkt (11) schwenkbar bzw. pivotierbar
an einer Pleuelstange (10) befestigt. Das distale Ende
(12) der Pleuelstange (10) ist um einen Drehpunkt
bzw. Drehzapfen (13) an einer drehbaren Scheibe (14)
befestigt. Die drehbare Scheibe (14) ist zwischen den Endscheiben
(3 und 4) aufgenommen. Eine Winkelbewegung ist
mittels Eingriff eines Pins (18) in einen Schlitz (19)
beschränkt.
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Die drehbare Scheibe (14)
ist mit einer Feder (15) federgespannt.
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Die Endscheibe (3) ist mit
einer Einrichtung zum Eingreifen mit dem Ende (16) der
Feder (15) ausgestattet, und das freie Ende (17)
der Feder (15) steht mit der drehbaren Scheibe (14)
in Eingriff.