Wie viele Methoden zur Erkennung von Leckagen in Gasleitungen kennst du?

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von yinkuilin6868 am 14.12.2015 um 10:13 bearbeitet. Klassifizierung der Detektionstechnologien: Die Forschung auf dem Gebiet der Erkennung von Leckagen in Gasleitungen ist weltweit bereits sehr fortgeschritten. Es gibt zahlreiche Methoden zur Erkennung solcher Leckagen, die im Großen und Ganzen in direkte und indirekte Methoden unterteilt werden können. Dabei bezeichnet die direkte Leckortung die Reaktion auf Rohrleitungslecks durch manuelle Inspektionen oder tragbare Geräte und dient hauptsächlich zur Erkennung kleiner Lecks. Die Überprüfung kann sowohl im Betriebszustand als auch außerhalb des Betriebszustands der Rohrleitungen durchgeführt werden. Die indirekte Leckortung bezeichnet die Erkennung von Lecks in Rohrleitungen anhand physikalischer Parameter wie Schallwellen, Druckwellen, Wirbelströmungen und Durchfluss sowie anhand der Stoffbilanz. Zu den herkömmlichen Methoden zur Detektion von Leckagen gehören: Die Schattenbildverfahren, intelligente Prüfmethoden, Geruchssensoren, Gasmessverfahren, Ground-Penetrating-Radar, Methoden zur Erkennung von Spannungswellen, Methoden zur Bestimmung des Durchflusses oder der Masse sowie statistische Prüfmethoden und analytische Verfahren mit dynamischen Modellen. Die meisten Methoden zur Detektion von Leckagen in diesen Gasleitungen weisen Probleme wie unzureichende Präzision bei der Überprüfung sowie eine schwache Fähigkeit zur Erkennung kleiner Leckagen auf. 2 Neue Technologien zur Erkennung von Leckagen 2.1 Infrarotbildtechnologie zur Erkennung von Leckagen Wenn in den Gasleitungen Leckagen auftreten, führt dies zu Veränderungen der Temperatur des umliegenden Bodens. Die Infrarotbildtechnologie nutzt genau dieses Phänomen, um durch den Vergleich mit der Temperatur des normalen Bodens festzustellen, ob es zu Leckagen gekommen ist. Diese Technologie wurde von dem amerikanischen Unternehmen OILTON entwickelt. Dabei werden Hubschrauber mit präzisen Infrarotkameras eingesetzt, die entlang der Gasleitungen fliegen, um die unregelmäßigen geothermischen Strahlungseffekte in der Umgebung der Leitungen aufzuzeichnen. Anhand der Spektalanalyse kann dann festgestellt werden, ob es zu Lecks in den Leitungen kommt – und wo genau diese Lecks liegen. Die ehemalige Sowjetunion setzte ferngesteuerte Laseranalysatoren, die in den USA entwickelt worden waren, in Hubschraubern ein, um entlang der Gasleitungen zu fliegen. Es wurde erfolgreich eine Gaswolke mit einer Größe von mehreren Metern detektiert, deren Ethan-Anteil lediglich ein Prozentsatz beträgt. Diese Technologie weist Vorteile wie eine schnelle Erkennungsgeschwindigkeit, ein großes Erkennungsbereich sowie hohe Genauigkeit auf. Allerdings stellt sie bei der Erkennung von Rohrleitungen, die tief vergraben sind, weiterhin gewisse Schwierigkeiten dar. Laut den vorliegenden Angaben sollte die Vergrubungstiefe der Rohre bei einer Flughöhe von 300 Metern bei 6 Metern liegen. Zudem ermöglicht diese Methode keine kontinuierliche Überwachung der Rohre. 2.2 Technik zur Erkennung von Leckagen durch Unterdruckwellen In den letzten Jahren hat die Methode der Erkennung von Leckagen durch Unterdruckwellen international große Aufmerksamkeit erhalten. Der Mechanismus besteht darin, dass bei einem Gasleck die Dichte des Gases in der Umgebung des Leckpunkts abnimmt. Dadurch entsteht ein plötzlicher Druckabfall. Da das Gas kontinuierlich ist, entsteht um den Leckpunkt herum ein Druckunterschied. Dieser Druckunterschied treibt das Hochdruckgas flussaufwärts und flussabwärts dazu an, in Richtung des niedrigdruckigen Gases am Leckpunkt zu strömen, wodurch eine Druckwelle entsteht, die sich um den Leckpunkt herum ausbreitet. Mechanisch wird diese als Unterdruckwelle bezeichnet. Aufgrund der Leitfunktion der Rohrwand werden die Unterdruckwellen während ihrer Ausbreitung nur wenig abgeschwächt, sodass sie über große Entfernungen weitergeleitet werden können. Durch die an beiden Enden der Rohrleitung angebrachten Drucksensoren können Signale von Druckschwankungen erkannt werden. Anhand des Zeitunterschieds, zu dem die negativen Druckwellen an den beiden Enden empfangen werden, kann anschließend der genaue Ort des Lecks in der Rohrleitung bestimmt werden. Der Vorteil der Nutzung von Unterdruckwellen zur Erkennung von Rohrleitungsleckagen besteht darin, dass eine hohe Ortungsgenauigkeit sowie eine schnelle Reaktionszeit erreicht werden können. Der Nachteil besteht darin, dass kleinere Lecks nur schwer erkannt werden können; man kann sie erst dann feststellen, wenn es zu erheblichen Leckagen in den Rohrleitungen kommt. Aufgrund der komplexen Betriebsbedingungen in den Gasleitungen werden Drucksensoren oft von verschiedenen Signalen gestört, was zu einer Verringerung der Messgenauigkeit führt. 2.3 Technik zur Erkennung von Magnetlecks
Unter Magnetleck versteht man die Situation, in der ein Rohr unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes magnetisiert wird. Wenn das Rohr intakt ist, sind die Magnetfeldlinien gleichmäßig im Rohr verteilt. Sollten jedoch Defekte an der Innen- oder Außenwand des Rohres vorhanden sein, dann verformen sich die Magnetfeldlinien. Ein Teil der Magnetfeldlinien dringt durch die Rohrwand – dadurch entsteht ein Magnetleck. Die Magnetflussdurchlässigkeitsprüfung ist eine Methode, bei der mithilfe von Sensoren, die eng an der Rohrwand angebracht sind, der Magnetfluss erfasst wird. Die erfassten Signale werden anschließend durch Filterung, Verstärkung sowie Umwandlung in digitale Werte aufgezeichnet. Schließlich werden diese Daten mittels Software analysiert, um festzustellen, ob es Defekte gibt. Derzeit gilt die Magnetflussprüfung weltweit als eine der besten Methoden zur Überprüfung von Rohrleitungen. Sie ermöglicht es nicht nur, Lecks in den Rohrleitungen zu erkennen, sondern auch, den Grad der Korrosion festzustellen. Dadurch kann eine fundierte Entscheidung für die Reparatur der Rohrleitungen getroffen werden. **Dies verringert die Willkür bei den Reparaturen und spart somit Kosten.** 2.4 Dezentrale Glasfaser-Technologien zur Detektion von Leckagen: Die Glasfasersensorik erlangte in den 1970er Jahren Aufmerksamkeit, als die Kommunikation über Glasfasern rasch voranschritt. Die Glasfaser-Leckdetektionstechnik basiert hauptsächlich auf den Veränderungen in der Verteilung des rückgestreuten Lichts der Glasfaser, um Veränderungen in den zu messenden Größen wie Dehnungen oder der Temperatur in der Umgebung der Glasfaser zu analysieren. Das zurückgestreute Licht wird wiederum in elastisches und inelastisches Streulicht unterteilt, wobei das elastische Streulicht das Rayleigh-Streulicht umfasst und das inelastische Streulicht das Raman-Streulicht sowie das Brillouin-Streulicht umfasst. Durch die unterschiedlichen Eigenschaften des gestreuten Lichts können verschiedene Sensoren entwickelt werden. Zum Beispiel: OTDR-Sensoren, die mithilfe der rückwärtsgerichteten Rayleigh-Streuung entwickelt wurden, B-OTDR- und B-OTDA-Sensoren, die mithilfe der Brillouin-Streuung entwickelt wurden, sowie R-OTDR-Sensoren, die mithilfe der Raman-Streuung entwickelt wurden. Der FBG-Sensor ist ein neues, vollständig aus Glasfaser bestehendes passives Bauelement, das in den 1990er Jahren entwickelt wurde. Er ermöglicht die Online-Überwachung von Gasleitungen. Dabei wird hauptsächlich die Methode der Langwellenmodulation verwendet, um Auswirkungen der Lichtstärke sowie Probleme wie Unklarheiten bei der Phasenmessung durch interferierende Glasfaserwellen zu vermeiden. Unter Nutzung der Eigenschaften der quasidistributeden Glasfasergratinge, die eine Überwachung über große Entfernungen ermöglichen, kann ein Lichtkabel entlang der Rohrleitungen verlegt werden. Die FBG dienen dabei als Sensoren, um Dehnungssignale entlang der Gasrohre zu erfassen. Durch die Analyse und Verarbeitung dieser Signale lässt sich der Ort von Leckagen in den Transportrohren ermitteln. Der Vorteil der verteilten Glasfaser-Leckdetektion besteht darin, dass jeder Punkt auf der Sensorglasfaser in der Lage ist, Signale zu übertragen, wodurch kontinuierliche Informationen gewonnen werden können. Es ist möglich, den Ort des Lecks zu bestimmen – mit hoher Genauigkeit. Die Erkennungsreichweite ist groß und die Empfindlichkeit sehr hoch. Obwohl die verteilte Glasfaser-Leckortung viele Vorteile hat, gibt es dennoch einige dringend zu lösende Probleme. (1) Der Einfluss des Schallsignaldrucks am Leckpunkt auf das Licht. (2) Die Empfindlichkeit der Glasfaser gegenüber Schallsignalen. (3) Das Alterungsproblem des Umhüllungsmaterials der Glasfaser. (4) Probleme mit den Algorithmen zur Verarbeitung der Detektionssignale. (5) Verluste an Lichtstärke im Lichtweg. Derzeit befindet sich die Forschung zu Glasfaser-Technologien zur Erkennung von Leckagen in unserem Land noch in einer Anfangsphase. Zudem handelt es sich bei den meisten Leckagen in den Gasleitungen um kleine Leckagen. Gegen solche kleinen Leckagen ist die OTDR-Technologie praktisch nutzlos. In einem Fall einer umfassenden Glasfaserverlegung müssen außerdem Faktoren wie die Alterung der Materialien sowie deren Lebensdauer und Kosten berücksichtigt werden. Daher hat die Technologie der verteilten Glasfaserüberwachung noch großes Entwicklungspotenzial. 2.5 Technologie zur Erkennung von Leckagen mit Geruchssensoren: Die Technologie der Geruchssensoren nutzt die Reaktion der Sensoren auf die chemischen Bestandteile im Erdgas, um Signale zu erzeugen. Anhand dieser Signale kann anschließend analysiert werden, ob es Leckagen in den Rohrleitungen gibt. Durch das Anbringen von Geruchssensoren in bestimmten Abständen an den Rohren entsteht ein Sensornetzwerk, mit dem die Rohre in Echtzeit überwacht werden können. Wenn es zu einem Gasleck kommt, reagieren die Sensoren darauf. Aber die Forschung zu dieser Technologie befindet sich derzeit noch in einem frühen Stadium – es handelt sich dabei um eine unzureifte Technologie. Deshalb wird sie noch nicht in der Produktion eingesetzt. 2.6 Intelligente Technologie zur Erkennung von Leckagen in der Schutzschicht Für die intelligente Schutzschichtmethode wird ein Sicherheitskontrollkreis in die Schutzschicht der Gasleitungen eingebaut. Sollte es zu einer Leckage kommen, wird die Schutzschicht unweigerlich beschädigt. Ob die Schutzschicht intakt ist, kann anhand des Widerstandswerts des Kontrollkreises ermittelt werden. Die Vorteile dieser Überprüfungsmethode sind: (1) hohe Empfindlichkeit, (2) hohe Genauigkeit bei der Ortung, (3) niedrige Kosten für die Übertragung und Sensorentechnik sowie (4) einfache Wiederherstellung des Systems. Nachteile sind: (1) Diese Prüfmethode ist stark von Umweltfaktoren abhängig; Veränderungen der Temperatur und Feuchtigkeit können die Widerstandskraft beeinflussen und zu falschen Alarmen führen. (2) Die Installation des Systems erfordert hohe Kosten. 2.7 Leckdetektionstechniken auf der Grundlage von Schallwellen in Rohrleitungen In den letzten Jahren sind Schallwellen aufgrund ihrer einzigartigen Signalmerkmale zu einem Schwerpunkt der Forschung im Bereich der Leckdetektion in Rohrleitungen geworden. Studien haben gezeigt, dass die durch Lecks in den Rohrleitungen entstehenden Niedrigfrequenz-Signale über große Entfernungen innerhalb der Rohrleitungen übertragen werden können. Zudem weichen die Eigenschaften dieser Signale von denen der Signale ab, die durch Störungen im Betrieb entstehen. Bereits in den 1990er Jahren nutzten Jolly und andere Schallwellen, um Lecks in Rohrleitungen aufzudecken. Hua Ke und seine Kollegen entwickelten im Jahr 2009 ein System zur Erkennung und Lokalisierung von Leckagen in Gasleitungen, das auf Schallwellen beruht – mit sehr guten Ergebnissen. Das Prinzip der Leckageerkennung auf Basis von Schallwellen im Rohr lautet: Mithilfe der durch Schallsensoren, die an den Anfangs- und Endstellen des Rohrs angebracht sind, erfassten Schallwellensignale wird anhand einer detaillierten Analyse der Signalmerkmale festgestellt, ob es zu einer Leckage im Rohr kommt. In Experimenten hat sich diese Methode als äußerst präzise bei der Ortung erwiesen. Zudem ist sie einfach in der Anwendung und kann auch kleine Lecks erkennen. Allerdings kann im tatsächlichen Einsatzumfeld aufgrund von starkem Lärm die Präzision der Messungen beeinträchtigt werden. Außerdem ist die Methode bei der Überprüfung langer Rohrleitungen nicht besonders effektiv. Deshalb wird sie bisher noch nicht weit verbreitet im praktischen Einsatz eingesetzt. 2.8 Gasbildgebende Leckdetektionstechniken: Der Grundsatz der Gasbildgebung beruht darauf, ob es aufgrund der Schwierigkeiten bei der Bildgebung von Gasen unter optischen Bedingungen möglich ist, festzustellen, ob in den Rohrleitungen Lecks vorliegen. Diese Technologie kann nicht nur Lecks in Oberflächen-Gasleitungen erkennen, sondern auch solche in unterirdischen Gasleitungen. 2.9 Feldbild-Methoden zur Detektion von Leckagen, ursprünglicher Name: Field-Signature-Method, abgekürzt FSM. Diese Technologie kann nicht nur Lecks in Rohrleitungen erkennen, sondern auch den Grad der Korrosion sowie geringfügige Schäden wie Risse bereits vor dem Auftreten eines Lecks feststellen. Der Mechanismus besteht darin, dass ein elektrisches Feld entsteht, wenn Strom in den Leiter fließt. Dieses elektrische Feld weist einen einzigartigen „Fingerabdruck“ auf – das sogenannte Feldbild. Anhand der Veränderungen im erfassten Elektrofeldabdruck wird festgestellt, ob es Schäden oder Lecks in den Rohrleitungen gibt. Diese Technologie ermöglicht die Erkennung des Korrosionsgrades von Rohrleitungen. Sie weist Vorteile wie eine hohe Empfindlichkeit und einen großen Überwachungsbereich auf und eignet sich daher hervorragend zur Überwachung von Langstrecken-Gasrohren. 3 Fazit: Mit der allmählichen Abnahme der weltweiten Ölreserven und dem zunehmenden Energiebedarf der Menschen wird Erdgas unweigerlich zur wichtigsten Energiequelle der Zukunft werden. Bei Gasleitungen ist die Detektion von Leckagen besonders wichtig. Mit dem Fortschritt und der Entwicklung der Technologie werden die Methoden zur Fehlererkennung in Zukunft stärker auf Künstliche Intelligenz ausgerichtet sein, und die Anforderungen an die Empfindlichkeit der Geräte werden ebenfalls zunehmen. Die Kombination verschiedener Prüfverfahren, um die Nachteile eines einzelnen Verfahrens auszugleichen, macht die Rohrleitungsleckageerkennungstechnologie weiter verbessert. Die Erkennung und Lokalisierung kleiner Lecks in langen Erdgasleitungen bleibt ein Schwerpunkt zukünftiger Forschung. Mit der Entwicklung der Wissenschaft und Technologie werden zahlreiche neue Technologien im Bereich der Leckortung eingesetzt, was sicherlich neuen Schwung in die Forschung zu Lecks in Gasleitungen bringen wird.