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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Leckprüfung
von Rohren und Rohrsystemen, insbesondere von abgeschlossenen Rohrsystemen,
die in Form einer Schleife im Erdreich unter einem Flugfeld verlegt
sind wie Hydrantenschleifen, wobei in aufeinanderfolgenden Messintervallen ΔT eine Druckänderung ΔP = P2 – P1 und eine Temperaturänderung ΔT = T2 – T1 bestimmt wird, und mittels Verknüpfung mit
einer spezifischen temperaturabhängigen
Volumenänderung ΔVT und einer spezifischen druckabhängigen Volumenänderung ΔVp- eine auf das Messintervall Δt bezogene
absolute Volumenänderung
zur Bestimmung einer Leckrate ΔV(Δt=t2-t1) berechnet
wird.
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Ein Verfahren der zuvor genannten
Art ist beispielsweise aus der
EP 0 094 533 B1 bekannt. Ausgehend von einem
in der Beschreibungseinleitung der
EP 0 094 533 B1 zitierten Stand der Technik („Das DD-Differenz-Druck-Verfahren
zur Dichtigkeitskontrolle von im Boden verlegten Rohöl-Fernleitungen".
Schweizer Archiv. April 1996. S. 131-139) ist bekannt, dass zur
Dichtigkeitsprüfung
von Pipelines die Dichtigkeit des Rohrsystems in der Weise geprüft wird,
dass der zu überprüfende Rohrabschnitt
mit einer Flüssigkeit
gefüllt
und unter Druck gesetzt wird. Tritt in Folge eines Lecks Flüssigkeit
aus, dann sinkt der im Rohr herrschende Überdruck im Laufe der Zeit ab.
Aus dem Druckabfall. der Zeiteinheit und den bekannten Daten von
Rohrsystem und Flüssigkeit
kann dann auf das Vorhandensein und die Größe eines Lecks geschlossen
werden.
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Die Leckerkennung nach der zuvor
genannten Art wird dadurch erschwert, dass Druckänderungen auch ohne ein Leck
dann auftreten, wenn Rohrinhalt und Rohrumgebung z. B. Erdreich.
sich nicht auf gleicher Temperatur befinden. Durch die zwischen
Rohrinhalt und Rohrumgebung stattfindenden Temperaturausgleichsvorgänge steigt
oder fällt
der Druck im Leitungssystem bzw. im betreffenden Rohrabschnitt.
Dies ist z. B. auf Flughäfen
der Fall, wo der Treibstoff in Tanks gelagert wird und über ein
unterirdisches Rohrnetz von einigen Kilometern Rohrlänge auf
Zapfstellen verteilt wird (Hydrantenschleifen).
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Der oben zitierten Literaturstelle
ist des Weiteren zu entnehmen, dass eine Temperaturänderung von
nur 0.1 ° K
in Rohölleitungen
eine Druckänderung
von 1 bar unabhängig
vom Rauminhalt des Rohrnetzes bewirkt. Andererseits tritt derselbe Druckabfall
z. B. in einem 100 m
3 enthaltenden Rohrabschnitt
dann auf, wenn ca. 10 l ausgelaufen sind. Zur Feststellung von Leckstellen.
die kleiner oder gleich 10 l/h sind, muss man entweder sicherstellen, dass
sich die Temperatur im Rohrabschnitt um sehr viel weniger als 0.1 ° K/h ändert oder
man muss die mittlere Temperatur in dem Rohrabschnitt sehr genau ermitteln
und die durch sie verursachte Druckschwankung rechnerisch korrigieren.
In der
EP 0 94 533 wurde
noch die Auffassung vertreten, dass man im ersten Fall einen Temperaturausgleich
durch Abwarten -typisch 3d – erzwingen
muss, da dann die Temperatur aufgrund der thermostatischen Eigenschaften
des Erdbodens hinreichend konstant bleibt und im zweiten Fall eine
hinreichende Dichte von Messstellen entlang der Rohrleitungen erforderlich ist.
Auch wurde eine Kombination beider Methoden angesprochen.
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Eine Kombination beider Verfahren
ist als PT-Verfahren bekannt und wurde in der Vergangenheit insbesondere
zur Überwachung
von Pipelines eingesetzt. Es beschreibt alle physikalischen Einflüsse von
Druck und Temperatur sowohl auf das Medium als auch auf das Material
der Rohrleitung. Von beiden, also Medium- und Pipeline-Material.
werden die sich aus Temperaturgang (Temperaturkoeffizient) und Elastizität (Kompressibilität) ergebenden
Volumenänderungen
in Relation gesetzt. Abweichungen ungleich Null deuten auf eine
Unregelmäßigkeit
in der überwachten
Rohrleitung hin.
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Betreffend Hydrantenschleifen sind
Besonderheiten zu beachten. Hydrantenschleifen sind abgeschlossene
Rohrsysteme, die in Form einer Schleife unter dem Flugfeld verlegt
sind. In unregelmäßigen Abständen sind
vom Flugfeld aus zugängliche
Hydranten installiert. Über
diese kann Treibstoff zum Betanken von Flugzeugen entnommen werden. Da
es sich hier um betriebsinterne Leitungen handelt, wurden sie in
der Vergangenheit oft keiner Lecküberwachung unterzogen. Durch
Verschärfung
der Umweltgesetzgebung sind auch die Hydrantenschleifen an Flughäfen vermehrt
auf Lecks zu überwachen.
Ein dominierendes Problem bei Hydrantenschleifen ist die Betriebsart.
Viele Abnehmer (Hydranten) nehmen sehr unterschiedliche Mengen zu
sehr unterschiedlichen Zeitpunkten und über sehr unterschiedliche Zeiträume ab.
Das System befindet sich also vorviegend im transienten Zustand.
Stillstandszeiten sind sowohl vom Zeitpunkt als auch von der Dauer
in der Regel nicht planbar. Zur Leckmessung stehen also vorwiegend
kurze Zeiträume
in unregelmäßigen Zeitabständen zur
Verfügung.
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Aus den oben genannten Gründen konnte das
PT-Verfahren in Hydrantenschleifen bisher nicht eingesetzt werden.
Bedingt durch die bisher verfügbare
begrenzte Auflösung
ergaben sich Messzeiten von mehreren Studen. wohingegen bei Hydrantenschleifen
Messzeiten von weniger als 1 h erforderlich sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
das Problem zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
derart weiterzubilden. dass die Messzeit verkürzt und die Messgenauigkeit
verbessert wird.
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Das Problem wird erfindungsgemäß im Wesentlichen
dadurch gelöst,
dass die erfassten Temperatur- und/oder Druckmesswerte einer Filterung
unterzogen werden. dass ausgehend von den gefilterten Temperatur-
und/oder Druckmesswerten R1, R2, R3, R4 eine Trendkurve R4 bestimmt
wird. dass aus der Trendkurve R4 für jeden Zeitpunkt ein genauer Temperatur-
und/oder Druckwert abgelesen wird und dass aus den aus der Trendkurve
R4 ermittelten Temperatur- und/oder Druckmesswerten innerhalb kurzer
Zeit die Leckrate ΔV
ermittelt wird.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zu
Grunde, durch den Einsatz moderner, busfähiger Druck- und/oder Temperaturmesswert-Transmitter
und die konsequente Nutzung der damit verbundenen neuen Möglichkeiten
einer digitalen Messwertübertragung sowie
Online-Parametrierung
die Qualität
und die Auflösung
der Druck- und Temperaturmesswerte zu verbessern. Dabei handelt
es sieh um industrielle Seriengeräte, die herstellerunabhängig verfügbar sind und
nicht um teure und properitäre
Spezialentwicklungen.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens
zeichnet sich dadurch aus, dass es bei dem eingesetzten Leckverfahren
weder auf die Echtzeit der Messwerte noch auf deren absolute Genauigkeit
ankommt. Durch Ausnutzung der Kommunikationsmöglichkeiten der mit eigenen
Mikroprozessoren ausgestatteten busfähigen Temperatur-Transmitter
mit den Möglichkeiten
zur lokalen Aktivierung von Routinen zur Messwertaufbereitung in
Kombination mit eigenen Filteralgorithmen, kann eine Temperaturauflösung von
0,001 °C
erreicht werden. Daraus folgt, dass bereits wenige Minuten nach
Beginn einer Messung stabile Trends zur Verfügung stehen, auf deren Basis eine
Leckberechnung erfolgen kann.
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Bedingt durch die relativ langsam
verlaufenden Temperaturausgleichsvorgänge zwischen Medium- und Erd-Temperatur
rückt der
individuelle. in Echtzeit erfasste Absolutwert bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
in den Hintergrund. Erfindungsgemäß werden daher mit Hilfe spezieller
Filteralgorithmen aus einer Vielzahl von Einzelwerten genaue Trends
herausgefiltert. Aus diesen kann dann für jeden Zeitpunkt ein extrem
genauer Temperaturwert abgelesen werden. Folglich kann dann auch
für sehr kleine
Zeiträume
in der Größenordnung
weniger Minuten eine repräsentative
Leckrate ermittelt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Leckprüfverfahren
ist die Temperatur ein kritischer Parameter. Dies insbesondere deshalb,
da eine Temperaturänderung
eine um einen Faktor 8, also fast eine Zehnerpotenz höhere Druckänderung
produziert. Beispielsweise hat eine Änderung der Produkttemperatur
um 0.001 °C
eine Druckänderumg
von 0.008 bar zur Folge. Bezogen auf ein m3-Produktvolumen
entspricht dies einer Volumenänderung
von 0.000.001 M3, also einem Millimeter oder etwas weniger als 10
Regentropfen. Während
es heutzutage kein großes
Problem mehr darstellt. mit einem handelsüblichen Bus-Transmitter bei einem Messbereich von
0 bis 10 bar eine Druckänderung
von 0.008 bar zu delektieren, so ist es technisch nicht möglich, eine
Temperaturänderung
von 0,001 °C
zu erkennen.
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Um die bei dein Hydrantensystem erforderlichen
kurzen Messzeiten zu erreichen, sind stabile Temperaturgradienten
von entscheidender Bedeutung, so dass nach einem besonders bevorzugten Verfahren
der Temperaturgradient auf mathematische Weise ermittelt wird. Implementiert
wird ein mathematisches Modell zur rechnerischen Ermittlung des
Temperaturgradienten. Die erforderlichen thermischen Parameter werden
projektspezifisch mathematisch ermittelt.
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Da sich während des Betriebs einer Hydrantenschleife.
d. h. Produktentnahme an unterschiedlichen Stellen, ein komplexes
Temperaturprofil einstellt, werden die Temperaturen am Anfang und
am Ende der Hydrantenschleife erfasst und ihr Einfluss dynamisch
bewertet. Das Temperaturprofil wird dynamisch aus Entnahmeort und
Entnahmemenge sowie Vorlaufmenge und Rücklaufmenge errechnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Verfahrensmerkmal
ist, dass ein Betriebsdruck des Rohrleitungssystems über einen
vorgebbaren Zeitraum integriert wird und dass das Integrationsergebnis
als Startwert für die
Leckmessung genutzt wird. Damit wird ein Effekt herkömmlicher
Rohrleitungen bzw. Rohrleitungssysteme eliminiert, nachdem diese
immer mit einer Verzögerung
auf Druckänderungen
reagieren. Abhängig vom
Betrag der Änderung
kann diese Verzögerungszeit
bis zu mehrere Stunden betragen. Totzeit bis zu mehreren Stunden
andauern. Dabei stellt sich bei Druckänderungen die durch die Elastizität des Rohrleitungsmaterials
bedingte Volumenänderung
erst einige Stunden verzögert
ein. Proportional zu diesem Vorgang fällt der Druck nach einem vorausgegangenen
Anstieg langsam ab, oder steigt nach einem Abfall wieder langsam
an. Bezogen auf die Leckerkennung könnte nach einem Druckanstieg
ein Fehlalarm erfolgen, während
nach einem Druckabfall kein Leck erkannt würde, obwohl eines vorhanden
sein könnte.
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Weitere Einzelheiten. Vorteile und
Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den
diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-,
sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung
zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
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l ein
schematisches Diagramm eines Rohrleitungssystems und
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2 ein
Messdiagramm mit Temperaturmesskurven verschiedener Filter- stufen.
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Die 1 zeit
ein abgeschlossenes Rohrleitungssystem 10 wie Hydrantenschleife,
das in Form einer Schleife im Erdreich beispielsweise unter einem
Flugfeld verlegt ist. Die Hydrantenschleife dient der direkten Betankung
von Flugzeugen und ist zum überwiegenden
"Teil unterhalb der Betondecke des Flugfeldes in konstanter Tiefe
und konstanten Bodenverhältnissen
verlegt. Der zu überwachende
Teil befindet sich in der Regel komplett im Erdreich. Ausgehend
von einem Treibstofftank 12 verläuft eine geschlossene Rohrleitung 14 in
deren Verlauf eine Pumpe 16, ein Einlassventil 18 sowie
ein Auslassventil 20 angeordnet sind. Von der Rohrleitung 14 zweigen
in unregelmäßigen Abständen Rohrleitungen 21 ab.
die als Stichleitungen mit Abstelleinrichtungen 22 und
Kupplungen 23 ausgeführt
sind und als Hydranten 24 bezeichnet werden. Über die
Kupplungen 23 können
an die unter Druck stehende Rohrleitung l4 sogenannte Betankungseinrichtungen (nicht
dargestellt) angeschlossen und angekoppelt werden. Nicht benutzte
Hydranten 24 sind mit befahrbaren Abdeckungen verschlossen.
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Am Anfang der Rohrleitung 14 ist
ein erster Drucksensor 26 mit einem Transmitter PT sowie
ein erster Temperatursensor 28 mit einem Transmitter TT
und am Ende der Rohrleitung 14 ist ein zweiter Drucksensor 30 mit
Transmitter PT sowie ein zweiter Temperatursensor 32 mit
Transmitter TT angeordnet. Ferner ist ein Erd-Temperatursensor 34 mit
"Transmitter TT zur Messung der Temperatur des Erdreichs vorgesehen.
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Die als Schleife ausgebildete Rohrleitung 14 hat üblicherweise
eine Längenausdehnung
zwischen 300 m und 4000 m. Verteilt entlang der Rohrleitung 14 befinden
sich die Hydranten 24, aus denen in unregelmäßigen Zeitabständen Treibstoff
entnommen wird. Die Anzahl der Hydranten 24 kann zwischen
4 und 30 schwanken.
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Der Rohrdurchmesser der Rohrleitung 14 kann
zum Ende hin verkleinert ausgebildet sein und liegt in einer Größenordnung
zwischen 150 mm und 300 mm. Üblicherweise
werden auch unterschiedliche Materialien verwendet. Um einer Verschmutzung des
Treibstoffes durch Rostpartikel vorzubeugen, wird für die I
lydranten-Zuleitung 21 Edelstahl verwendet, während ein
Rückleitungsabschnitt 36 der Rohrleitung 14 aus
normalem Stahl ausgebildet sein kann. Die Ventile 18, 20 werden
ansschließlich
als DBBV (double block and bleed valves) ausgeführt, so dass von absoluter
Dichtheit ausgegangen werden kann. Die Nydrantenschleife l4 wird
im dargestellten Ausführungsbeispiel
aus der Pumpe 16 versorgt, die aus zwei bis sechs Einzelaggregaten
(nicht dargestellt) als Pumpengruppe mit autarker Steuerung und Regelung
ausgebildet sein kann. Eine Pumpengruppe kann in Ausnahmefällen auch
mehrere Nydrantenschleifen versorgen.
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Der Anfang bzw. das Ende der Hydrantenschleife 14 beginnt
bzw. endet in der gleichen, der Pumpstation l6 vorgelagerten
Filterstation (nicht dargestellt). Die Anlage wird bei einem Betriebsdruck von
ca. 10 bar betrieben. wobei eine Förderleistung bezogen auf die
Rohrschleife l4 bei ca. 1000 m3/h und
die Entnahmemenge je Hydrant 24 bei ca. 120 m3/h
liegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren basiert, wie eingangs
erläutert,
auf dem an sich bekannten Druck-/Temperatur-Verfahren (PT-Verfahren),
das insbesondere zur Überwachung
von Pipelines eingesetzt wurde. Das PT-Verfahren bestimmt alle physikalischen
Einflüsse
von Druck und Temperatur sowohl auf das Medium- als auch auf das
Rohrleitungsmaterial. Von beiden Materialien werden die sich aus Temperaturgang
und Elastizität
ergebenden Volumenänderungen
in Relation gesetzt. Abweichung ungleich Null deuten auf eine Unregelmäßigkeit
in der überwachten
Rohrleitung l4 hin.
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Mit den Ausgangswerten Druck, Temperatur und
Zeitpunkt einer ersten und jeder weiteren zyklischen Erfassung wird
eine Leckrate ΔV(Δt=t2-t1) berechnet.
Eine absolute Volumenänderung ΔV setzt sich aus
einer druckabhängigen
Komponente ΔVp und einer temperaturabhängigen Komponente ΔVT zusammen. Für die druckabhängige Komponente ΔVp gilt: ΔVP = (χ +
D/(s * E)) * V. (1)
ΔVp spezifische Volumenänderung (P)
V Volumen
χ isotherme
Kornpressibilität
D
Rohraußendurchmesser
s
Rohnwanddicke
V geometrisches Kohrvolumen
E Elastizitätsmodul
für Stahl.
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Für
die temperaturabhängige
Komponente ΔVT gilt: ΔVT = (α - β) * V (2)
ΔVT spezifische Volumenänderung (T)
α kubischer
Ausdehnungskoeffiziente für
Stahl
β kubischer
Ausdehnungskoeffizient des Mediums.
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Die absolute Volumenänderung ΔV ergibt sich
damit aus: ΔV = ΔVp (P1 – P2) + ΔVT (T1 – T2) (3) mit
P1 – P2 = ΔP
Druckänderung,
T1 – T2 = ΔT
Temperaturänderung.
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Dividiert durch die Messperiode ergibt
sich die Leckrate als zu überwachende
Größe: ΔV(t2-t1) =
[ΔVP (P1 – P2) + ΔVT (T1 - T2)]/(t2 - t1) (4)
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Der Wert ΔV(t2-t1) wird
in einen Stundenwert umgerechnet. d. h. das Erlebnis ist ein Wert ΔVh in der Dimension l/h (Liter/Stunde). bezogen
auf den überwachten
Leitungsabschnitt.
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Die eingangs erwähnten Druck- und Temperatursensoren 26, 30, 28, 32, 34 sind
sensitive Komponenten einer Messkette, die im Idealfall auf eine Messgröße durch
eine proportionale Veränderung
eines oder mehrerer messbarer Parameter reagieren. In der Realität sind jedoch
weitere Einflussgrößen wie
Nichtlinearität.
Umgebungstemperatur u. a. zu betrachten. Im vorliegenden Fall sind
die Druck- und "Temperatursensoren mit Transmittern PT, TT gekoppelt,
die eine Komponente innerhalb der Messkette darstellen, die die
Veränderung
des bzw. der Sensorparameter erfasst und auswertet und in eine standardisierte
Größe wie beispielsweise
einen Zahlenwert umsetzt. Die Transmitter PT, TT sind über einen
Bus 37 mit einer Steuereinheit 38 verbunden.
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Der Temperatursensor 28, 32, 34 kann
als temperaturabhängiger
Widerstand ausgebildet sein, dessen Wert sich proportional mit der
Temperatur verändert.
Andere Einflussgrößen sind
in der Regel nicht zu beachten. In diesem Fall können Temperatursensor und Transmitter
TT auch getrennt von einander angeordnet sein. Bei den Drucksensoren 26, 30 verändert sich
eine Kapazität
in Abhängigkeit
des Druckes, wobei gleichzeitig die Kapazität auch von der Umgebungstemperatur
abhängig
ist. Dies bedeutet, dass zur Ermittlung des Druckmesswertes mindestens
zwei Parameter ermittelt werden müssen. Dadurch wird eine Trennung
zwischen Sensor und Transmitter erschwert. Im vorliegenden Fall
sind deshalb Sensor 26, 30 und Transmitter PT
in einem Gerät
zusammengefasst.
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Die Transmitter TT, PT sind über den
Bus 37 parametrierbar. so dass die Qualität und Auflösung der Druck- und Temperaturmesswerte
erhöht
werden kann.
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Die oben genannten Gleichungen (l)
bis (4) zeigen, dass bei dem eingesetzten Leckverfahren weder die
Echtzeit der Messwerte noch deren absolute Genauigkeit entscheidend
ist. Erfindungsgemäß konnte
daher eine Auflösung
von 0.00} °C
für die Temperatursensoren 28, 32, 34 durch
Online-Parametrierung der Transmitter PT, TT und Verwendung von
Filteralgorithmen erreicht werden.
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Die Filteralgorithmen sind mehrstufig
gestaltet. Dies bedeutet. dass die Messwerte zeitlich nacheinander
in mehreren Filterstufen bearbeitet werden. Durch die Mehrstufigkeit
der Filteralgorithmen wird eine einfache Konfigurierbarkeit, eine
bessere Ausnutzung der Rechengenauigkeit des Computers, ein einfacher
Wechsel der Laufzeitumgebung von dem Computer auf den Transmitter
TT, PT oder umgekehrt sowie ein einfacher Aufbau des gesamten Systems
erreicht.
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Es ist vorgesehen, dass die Filteralgorithmen sowohl
auf den Transmittern PT, TT als auch in der Steuereinheit 38 wie
Computer laufen können.
Insbesondere kann die erste Filterstufe auf dem Transmitter und
die weiteren Filterstufen beispielsweise auf dem Computer ablaufen.
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Die Wirkung der verschiedenen Filterstufen ist
in 2 dargestellt. wobei
die Temperatur T in Form von Messreihen R1, R2, R3, R4 verschiedener Filterstufen über der
Zeit dargestellt ist. Mit den aktuell benutzten Filteralgorithmen
werden Auflösungen von
mehr als 0,001 °C
erreicht. Bei dem verwendeten Leckprüfverfahren ist die Temperatur
einer der kritischen Parameter. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet
sich daher dadurch aus, dass mit Hilfe spezieller Filteralgorithmen
aus einer Vielzahl von Einzelwerten genaue Trends (Messreihe 4,
R 4) herausgefiltert werden. Aus diesen kann dann für jeden
Zeitpunkt ein eurem genauer Temperaturwert abgelesen werden. Auch
für sehr
kleine Zeiträume
in der Größenordnung
weniger Minuten kann schon eine repräsentative Leckrate ermittelt
werden.
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Zu Beginn einer Leckmessung werden
aus den Material- und Mediumkonstanten die druck- und temperaturabhängigen Komponenten
der ΔVp und ΔVT berechnet. Temperaturund Druckmesswerte werden
mit einer Zykluszeit von 100 ms über
den Bus 37 eingelesen. Damit bestimmt die Funktionalität des Transmitters
PT, TT die Qualität
der übertragenen Messwerte.
Intelligente Transmitter besitzen bereits konfigurierbare Filteralgorithmen.
so dass in einem solchen Fall die nachgeschalteten Filterfunktionen reduziert
werden können.
Die in 100 ms – Zyklus über den
Bus erfassten Messwerte werden nun mit Hilfe der Filteralgorithmen
weiterverarbeitet. bis sich am Ende. nach der letzten Stufe, stabile
Trends für den
Druck und insbesondere für
die Temperatur ergeben. Das hier beschriebene Verfahren kann sowohl
mit intelligenten als auch mit weniger intelligenten Transmittern
PT, TT arbeiten.
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Parallel dazu wird der Temperaturgradient auch über ein
einfaches mathematisches Modell aus der Produkt-Temperatur und der
Erd-Temperatur ermittelt. Die dazu notwendige thermische Zeitkonstante
der Rohrleitung l4 kann aus den von diesem System gesammelten
Daten mathematisch ermittelt werden.
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Zu Beginn der Leckmessung geht der
mathematisch ermittelte Temperaturgradient dominierend in die Leckberechnung
ein. Der Einfluss wird mit förtschreitender
Zeit zurückgenommen.
Dabei kann der Zeitraum, nachdem der Einfluss der Erd-Temperatur auf
Null zurückgeführt wird,
projektiert werden. Insbesondere kann der Zeitraum projektabhängig optimiert
werden.
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Die Temperaturen am Anfang und am
Ende der Hydrantenschleife l4 werden mittels der Temperatursensoren 28 und 32 erfasst
und ihr Einfluss dynamisch bewertet. da sich bei der Hydrantenschleife 14 bei
Produktentnahme an unterschiedlichen Hydranten 24 ein komplexes
Temperaturprofil einstellt. Basis zur Erstellung des Temperaturprofils
sind die gemessenen Mengen am Anfang und am Ende der Hydrantenschleife l4 sowie
die zur Verfügung
gestellten Hydrantendaten wie beispielsweise geometrische und geodätische Daten
der Rohrleitung. Die im Augenblick abgenommene Menge ist die Differenz zwischen
Vorlaufmenge und Rücklaufmenge.
Die Produktmengen werden mit den Mengenmessern Q gemessen.
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Um zu ermitteln, welche Menge zu
welcher Zeit an welchem Hydranten 24 abgenommen wird, erfolgt
eine Echtzeit-Druckwellenanalyse innerhalb der Nydrantenschleife 14.
Dabei wird der physikalische Zusammenhang zwischen Mengenänderung und
Druckänderung
in strömenden
Medien einerseits und die Ausbreitung dieser Druckwelle innerhalb
des Mediums andererseits ausgenutzt. Aus der Differenzzeit, mit
der die beiden Druckwellen an den Druckmessstellen mit bekannter
Position im Hydrantensystem eintreten, kann die Position bestimmt
werden. an der die Mengenänderung
ausgelöst
wurde. Die Bestimmung der Mengenänderung
erfolgt über
zwei Methoden. Zum einen kann an der Ausprägung der Druckwelle der Betrag
und der Faktor der Menge bestimmt werden und zur Auslösung geführt werden. Zum
anderen ist das Rechnersystem auch in der Lage, die zu diesem Zeitpunkt
stattgefundene Mengenänderung
zu ermitteln.
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Sind alle diese Ergebnisse lückenlos
erfasst, so kann dem Computer 38 ein aktuelles Abbild (Modell)
des Zustandes der Hydrantenschleife 14 zugeführt werden,
d. h., dem Rechner ist zu jeder Zeit bekannt. welche Menge an welchem
Hydranten 24 abgenommen wird.
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Aus diesen Daten kann zunächst ein
Mengenprofil erstellt werden. Bezogen auf die Rohrgeometrie leitet
sich daraus die Verweildauer ab. Mit Verweildauer, Produkttemperatur
und Erdtemperatur wird der Temperaturausgleich für jeden Rohrabschnitt bestimmt
und als Temperaturprofil abgebildet. Aus dem Temperaturprofil werden
die Temperatur-Bewertungsfaktoren
für das
PT-Verfahren abgeleitet.
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Die beschriebene Druckwellenanalyse
eignet sich auch zur Leckerkennung während des Betankungsbetriebs.
Durch die exakte Zuordnung der von Hydranten verursachten Druckwellen-Ereignisse können zunächst alle
Druckwellen-Ereignisse, die nicht von Hydranten verursacht wurden,
als Leck-Ereignisse gedeutet werden. Zusätzlich kann zur Bestätigung die
Mengenanalyse herangezogen werden.
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Diese Art der Leckerkennung kann
auch auf den Nahbereich des Hydranten ausgedehnt werden, in dem
für jeden
Hydranten die vom Betankungsventil verursachte typische Druckwelle
hinterlegt wird. Tritt eine unbekannte Druckwelle im Hydrantenbereich auf,
kann von einem Leck ausgegangen werden.
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Die erfassten Mengendaten werden
in der Steuereinheit 38 verarbeitet. Aus den erfassten
Daten wird ein Batchprofil erstellt, welches die Basis für das Temperaturprofil
bildet.
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Anhand des Temperaturmodells kann
die Temperaturentwicklung über
die Zeit bestimmt und somit der Einfluss der Temperatur auf den
Druck berechnet werden.
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Zur Eliminierung eines Kriecheffektes,
d. h. der Reaktion der Rohrleitung 14 auf eine Druckänderung
mit einer Totzeit, die abhängig
vom Betrag der Änderung
mehrere Stunden dauern kann. ist vorgesehen, dass der Betriebsdruck über einen
vorgebbaren Zeitraum integriert und das Integrationsergebnis als
Startwert für
die Leckmessung genutzt wird. Eine mathematische Kompensation kann
deshalb entfallen.
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Das Lecküberwachungssystem enthält ein Datenmodell.
Es umfasst einen statischen Teil mit nicht veränderlichen Daten, Rohrleitungsbeschreibungen
und Produktbeschreibungen sowie einen dynamischen Teil mit Messwerten.
Zwischenergebnissen und dynamischen Parametern zur Adaption des Rohrleitungsmodells.
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Durch die enge Verknüpfung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
mit der Steuereinheit 38 können
Förderpausen
automatisch erkannt und die Lecküberwachung
automatisch gestartet und gestoppt werden. Ferner ist vorgesehen,
dass das Leckverfahren keine starre Mindestzeit für einen Messzyklus
benötigt.
Bereits einige Minuten nach dem Start können Leckraten berechnet und
ausgegeben werden. Die Qualität
der Ergebnisse nimmt mit der Messzeit zu und erreicht nach ca. einer
Stunde ihren Maximalwert.
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Es ist vorgesehen, dass insgesamt
drei Leckraten in unterschiedlichen Messzyklen ermittelt werden.
Der Grundzyklus beginnt mit dem Start der Leckerkennung und endet
mit dessen Ende. Der Gradient der ermittelten Leckrate wird bei
der Alarmierung zum Plausibilitätscheck
benutzt. Daneben werden zwei dynamische Zyklen berechnet, deren
Zykluszeiten frei definiert werden können. Absolutwerte und Gradienten
der so ermittelten Leckraten bilden die Grundlage für die Leckalarmgenerierung.
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Das Lecküberwachungssystem wird automatisch
gestartet und gestoppt. Während
der Aktivität
des Lecküberwachungssystems überwacht
dieses automatisch die überwachungsbereite
Rohrleitung 14. Wird ein Alarm detektiert, so stehen alle
Signalisierungsmethoden wie Lampe. Hupe und Meldekontakt für die Lokal-
sowie Voicemail. SMS und email für
die Remote-Alarmierung zur Verfügung. Auch
werden alle Übertragungsmedien
vom analogen Telefonanschluss über
ISDN, GSM, GPRS und HSCD unterstützt.
Für jeden
zu überwachenden Rohrleitungsabschnitt
kann ein Leck-Grenzwert in l/h hinterlegt werden. Zur Alarmierung
werden alle drei in unterschiedlichen Zyklen ermittelten Leckraten
herangezogen. Bei dessen Überschreitung
wird eine Alarmmeldung ausgegeben. Ferner existiert eine gradientenabhängige Alarmierung,
d. h. dass bei zunehmender Leckrate eine schnelle Alarmierung, bei fallender
Leckrate eine verzögerte
Alarmierung erfolgt. Auch kann eine Gradientenbildung über mehrere
Zyklen mit unterschiedlicher Zeitbasis vorgesehen sein.
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Um eine einwandfreie Funktion der
beteiligten Hardware- und Software-Komponenten sicherzustellen.
werden die Leckfunktionen in projektierbaren Intervallen mit definierten
Datensätzen
getestet. Die Ergebnisse werden protokolliert und archiviert. Bei Fehlfunktion
erfolgt eine Alarmierung.
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Jede Leckmessung wird mit einem Dichtheitsprotokoll
protokolliert und archiviert. Auf diese Weise wird der Zustand der
Rohrleitung lückenlos dokumentiert.
Das Dichtheitsprotokoll kann so gestaltet werden, dass es auch von
Abnahmebehörden wie
TÜV oder
Umweltbehörden
anerkannt wird. Damit können
erhebliche Kosten eingespart werden.
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Das große Speichervolumen des Systems ermöglicht eine
großzügige Archivierung
der in den verschiedenen Betriebsphasen gesammelten Daten. Die so
gewonnen Daten können
Offline analysiert werden. Auch können Simulationen mit unterschiedlichen
Parametersätzen
durchgeführt
werden. Damit können
z. B. Parametrierungsfehler gefunden. Verfahren optimiert und modifiziert
oder neue Verfahren getestet werden.