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Verfahren zur ununterbrochenen uberwachung
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von unter Druck stehenden Rohrfernleitungen.
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1. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ununterbrochenen Uberwachung
der Dichtheit und der Isolation von unter Druck stehenden Rohrfernleitungen unter
Anwendung elektrischer Meßmethoden.
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2. Im Erdreich verlegtc Rohrleitungen, die insbesondere grundwassergefährdende
Flüssigkeiten führen, bedürfen ständig der sorgsamsten überwachung. Aus Gründen
des Umweltschutzes und aus Gründen der durchweg Rostspieligen und lentierigell'
Beseitigung von Schäden als Folge des Austritts von Flüssigkeiten aus undichten
oder beschädigten Rohrleitungen werden an die Überwachungseinrichtungen hohe Anforderungen
gestellt. Im Hinblick'auf Korrosionsschäden ist eine einwandfreie Isolation der
Rohrleitung unbedingt erforderlich. Ihre ständige Uberwachung ist darum unerlaßlich.
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Eine allen Anforderungen genügende Überwachung muß ununterbrochen
und ohne Abhängigkeit vom Betriebszustand der Fernleitung 'örderbetrieb, Förderruhe)
erfolgen. Ihre Durchführung sollte keine besonderen Betriebsrnaßnahtnen notwendig
machen.
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Die Inangriffnahme von Sofortmaßnahmen im Schadensfalle (Einstellung
des E'örderbetriebes, Schließen der Absperrorgane der Leitung usw.) bedingt die
unverzügliche
Schadensmeldung an eine ständig besetzte Überwachungsstelle der Fernleitung. Hierbei
ist es wichtig, daß neben der Meldung des Schadens auch der Schadensort angezeigt
wird. Auf jeden r'all aber sollte es möglich sein, den Schadensort ohne größeren
Zeitverlust von der überwachungsstelle aus zu erfassen. Je kürzer die Zeiten zwischen
deln Eintritt des Schadens und der Durchführung der Sofortmaßnahmen sind, desto
kleiner sind die Verlustmengen an Förderflüssigkeit und die auftretenden Umweltschdden
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Für derartige Leitungsüberwachungen werden aus Gründen der Sicherheit
durchweg 2 voneinander unabhängige Systeme gefordert. Darum mua ein neues Verfahren
zuverlässig und sinnvoll mit einem anderen evtl. bekannten Verfahren kolabiniert
werden Können.
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Es Es sind Verfahren der verschiedensten Art bekannt, die für Zwecke
von Leitungsüberwachungen angewendet werden. Im vorliegenden Falle bleiben solche
Verfahren außer Betracht, die nicht der ununterbrochenen Überwachung dienen oder
deren Anwendung mit hohem Zeitaufwand verbunden sind; jedoch seien der Vollständigkeit
halber genannt: Prüf- und Untersuchungsverfahren mittels Einsatz von Molchen, akustische
frWifverfahren, Differenzdruckmeßverfahren, Streckenabfalldruckmeßverfahren, Mengenvergleichsverfahren.
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Die drei letztgenannten Verfahren werden häufig zusammen angewendet.
Durch die erreichbare Meligenauigkeit können aber nur Leckagen ab einer bestimmten
Größenordnung erfaßt werden. bei Mineralöl
als fordergut kommt erschwerend
hinzu, daß Temperaturanderungen mit großeren Druckänderungen verbunden sind.
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Dem secar@ nach Erfassung such gleinster Leckagen mit Ortung der Schadensstelle
zu entsorechen, tührte zur Entwicklung von Verfahren, denen eine Eaterial -vränderung
durch die austretende Schadflüssigkeit zugrunde liegt: 3.1 Entlan@ der Rohrleitung
wird ein unter Druck stehencer Schlauch geführt, dessen Wandung unter Einwirkung
der austretenden Schadflüssigkeit entfestigt wird, Er platzt schließlich nahe der
Schadensstelle, wobei der Druck der Flüssigkeit in Schlauchinnern abfällt. Der Druckabfall
bewirkt die Auslösung der Schadensmeldung. Aus dem Druckabfallverhalten in den Schlauchstrecken
beidseits der Schadensstelle kann auf deren Lage geschlossen werden. Deutsche Patentschrift
Nr. 1025 102.
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2 Längs der Rohrleitung werden ein bzw. mehrere Meldeleiter geführt,
die untereinander bzw. mit der Rohrleitung Kondensatoren bilden. Die austretende
Schadflüssigkeit verändert die dielektrisotien Ligenschaften der Leiterisolation.
Die dadurch bedingte Änderung der Kapazität wird zur Auslösung der Alarmmeldung
benutzt. Der Schadensort wird elektrisch eingemessen. Offenlegungsschrift Nr. P
24 58 055.0.
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j.D Längs und unter der Rohrleitung, werden elektrische Meldeleitungen
geftihrt, deren Isolation
unter Einwirkung der austretenden Schadilüssigkeit
aufquillt. Der dadurch hervorgerufene Kontakt zwischen den Leitern bzw. zwischen
Leiter und Rohrwand bewirkt die Auslösung der sieldung.
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Die Schadensstelle kann ähnlich den0 Verfahren nach (3.2) ermittelt
werden. Deutsche Patentschrift Nr. 1103 636.
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3.4 Eine Weiterenrtwicklung des Verfahrens nach (3.3) wird in der
Offenlegun;sschrift Az. P 24 53 215. dargelegt. Niernach werden längs eines zur
Rohrleitung geführten mehradrigen Kables parallel Meßstreifen gleicher Länge angeordnet,
die ihre elektrische Leitfähigkeit durch. leitfähiges Pulver erhalten. Dic austretende
Schadflttssigkeit quillt das Pulver auf und vermindert dadurch die Leitfähigkeit
des betroffenen otreifens sehr stark. Zwischen Je 2 ließstreifen -ihre Länge wird
als Beispiel mit 5 m angegeben -ist ein Schalrtgerät in integrierter schaltung angeordnet.
über eine Auswerteschaltung erfolgt die Auslösung der Alarmmeldung, wenn der Leitwert
eines abgefragten Meßstreifens unter den Sollwert gesunken ist. Da die örtliche
Lage der Meßstreifen bekannt ist, gibt der die Alarmmeldung auslösende Streifen
zugleich die Lage der Schadens stelle an.
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4. Es ist bis heute kein Verfahren bekannt, das zugleich mit der Überwachung
der Dichtheit der Rohrleitung auch die Isolation der Leitung überwacht. Zwar kann
bei Rohrfernleitungen, die mit aus Gleichrichtern gespeisten Korrosionsschutzanlagen
versehen sind, bei außergewöhnlichem Anstieg des Schutzstromes auf eine
"mögliche"
Schadensstelle in der Isolation der Rohrleitung im Einflußbereich der Schutzanlage
geschlossen werden. Solche Veränderungen werden aber nur im Zuge von Leitungsbegehungen
festgestellt. Isolationsschäden können hierbei lange Zeit unerkannt bleiben.
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Die bei den vorbezeichneten Verfahren (3.1 bis 3.4) angewandte indirekte
Erfassungsmethode ist fragnirdig. Ihr Wirkungserfolg hangt von zu vielen, unbeeinflußbaren
aktoren ab. Selbst dann, wenn im lle einer Leckage die erhoffte Materialveränderung
cintritt, geht vom Austritt der Schadflüssigkeit bis zur Auslösung der Alarmmeldung
zu viel kostbare Leit verloren. Als Beispiel hierzu muß auf das Verfahren nach (3.1)
verwiesen werden, das heute in der Praxis nicht mehr angewendet wird.
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b. Autgabe dcr Erfindung ist es, unter Vermeidung der vorbezeichneten
Mängel eine zuverlässige und ununterbrochene uberwachung der Dichtheit und der Isolation
von Itohrferr.leitungen zu erreichen, wobei im Schadensfalle unabhängig von der
Größe des Schadens (kleinste Leckage bis zum Rohrbruch) und vom Betriebszustand
der Fernleitung die Meldung des Schadens mit Anzeige der Schadensstelle unverzüglich
in einer Überwachungsstelle der Fernleitung erfolgt.
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In Verbindung mit einer digitalen Mengenvergleichsmessung soll mittels
der Erfindung erreicht werden, daß ab einer festzulegenden Mindestverlustmenge der
Förderbetrieb selbsttätig unterbrochen wird und die fernbetätigten Absperrorgane
(Streckenschieber) der Fernleitung selbsttätig geschlossen werden. Unnötige
Betriebsunterbrechungen
sollen weitgehendst vermieden werden.
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6. Die AufgaDe wird mittels der srfindung, wie folgt, gelöst: Die
Rohrisolation wird als oberwachungsorgan derart ausgebildet, daß sowohl schäliche
Veränderungen (Rohrbruch, Lecitage) in deni von ihr umschlossenen Raum als auch
ihre Beschädigung von außen zur Alarnauslösung führt. Zugleich mit der Alarmmeldung
erfolgt eine Anzeige über die Lage der Schadensstelle.
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Zu diesem Zweck wird die Isolation als bandförmiger Kondensator beliebiger
Länge ausgebildet und erhalt gemäßAufbau und Funktion die Bezeichnung "Kondensatorband".
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Das Kondensatorband besteht aus einem dehnungsfahigen Material mit
hoher Zerreißestigkeit un@ guten dielektrischen Eigenschaften, in das mehrere Metallfoliebänderd
als Kondensatorschichten vollisoliert eingebettet sind. Ihre Anzahl richtet sich
nach der gewünschten Größe der Kapazität. Die Metallfoliobänder sind quer zu ihrer
Längsrichtung perforiert.
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Das Kondensatorband wird spiralförmig und lückenlos um die zu überwachende
Rohrleitung gelegt. Die Rånder der Windungen werden nilteinander verklebt bzw.
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verschweißt, so das für die Rohrleitung eine geschlossene, feste
ilülle entsteht. Line äußere Unimantelung schützt das Kondensatorband gegen Beschädigungen
von außen.
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Das Kondensatorband wird gleichmäßig auf die Rohrleitung aufgebracht,
so daß weitgehendst gleichen
Läge enwerten der Rohrleitung gleiche
Kapazitätswerte entsrechen. Entsprechendes gilt für die Langswiderstandswerte der
Kondensatorschichten.
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is hat sich insbesondere bei Verwendung von Kunstharz (Z.B. @@oxydharz)
als Rohrisolationsmittel gezeigt, daß im Schadensfalle die Rohrisolation an der
Schadensstelle sich unter dem Druck der aus der Rohrleitung ausgetretenen Flüssigkeit
(Schadflüssigkeit) von der Rohrwand abhebt und schließlich aufplatzt. Die Wirkung
des Kondensatorbandes besteht darin, daß der Bandködrper sich unter dern Druc; der
Schadflüssigkeit infolge seiner Elastizität ausdehnt. Die Kondensatorschichten machen
diese Dehnung aber nicht mit und reißen in der nächstgelegenen Ferformation auseinander.
Damit sinkt schlagartig der kapazitive Meßwert des kondensatorbands ent weder auf
die beidcn Teilwerte der durch die achadensstelle ontstandenen Teikapazitäten bei
Erhaltung der Kondensatoreigenschaften in der Schadensstelle oder auf den ert "O",
wenn die zondensatorschichten untereinander oder mit der Rohrleitung oder mit der
Erde Kontakt bekommen haben. Die Kapazitat des Kondensatorbandes wird lfd. überwacht.
Das Absinken des Meßwertes bewirkt die Alarmauslösung.
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Das Absinken des Meßwertes erfolgt auch dann, wenn das Kondensatorband
von außen beschädigt wird.
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Die Lage der Schadensstelle ergibt sich, bei Erhaltung der Kondensatoreigenschaften
in der Schadensstelle, aus den Meßwerten der durch die Schadensstelle gebildeten
Teilkapazitäten, andernfalls aus den Widerstandswerten der Teillängen der
Kondensatorschichten.
Ergänzend sei daraul hingewiesen, daß Rohrfernleitungen mit höheren betriebsdrücken
(es werden Drücke von @0 ko und mehr angewendet) aus Gründen der bichertzeit durchweG
init 100 cni Erdüberdeckung verlegt werden. In dieser Verlegetiefe treten größere
Temperaturschwankungen ganz selten in nur dußerst extremen ällen auf. Im vorliegenden
Fallc können die temperaturabhängigen elektrophysikalischen Faktoren als konstant
angenommen werden.
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7. Um die durch das Kondensatorband gegebenen Möglichkeiten zur Erfüllung
der gestellten Aufgabe voll auszuschöpfen, ist die wahlweise Erfassung der Kapazität
desKondensatorbandes oder des Ohm'schen Widerstandes der Kondensatorschichten vom
Anfang oder vom Ende der FErnleitung aus notwendig. Das trifft auch sinngemäß für
die Streckenabschnitte solcher Fernleitungen zu, die durch Schieberstationen in
zwei und mehr Abschnitte unterteilt werden.
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Zwecks Erzielung einerd vollkommenen Leitungsüberwaschung werde die
vorbezeichneten i4eßeinrichtungen ues Kondensatorbandes durch eine Mengenvergleichsmeßeinrichtung
mit Durchflußmengenmessern in der Rohrfernleitung ergänzt.
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7.1 Kapazitäts- und Widerstandsmeßeinrichtungen: Ain Anfang und Ende
der Rohrfernleitung, entsprechend auch am Anfang und Ende der Streckenabschnitte,
sind Kapazitäts- und Widerstandsmeßeinrichtungen angeordnet, die über Fernschaltorgane
von der Warte aus (Überwachungsstelle der Fernleitung) wahlweise auf das Kondensatorband
geschaltet
werden können. Die Eeßwerte werden über Analog-/Digitalumsetzer, Fernübertragersystem
und Fernmeldeleitung (Betriebsfernmeldekabel oder ivostnetz) er Auswerte- und Befehlswarte
in der @berwachungsstelle der Fernleitung zugeführt. Für die Zeit der oberwachung
liegen die kapazitatsmeßeinrichtungen der Fernleitungsanfange an der warte. Angezeigt
wird der Dauerwert des ungestörten Kondensatorbandes bzw. die Dauerwerte der den
Strockonabschnitten zugeordnoton Kondensatorbander, Zu Prüfzwecken werden von Leit
zu Zeit die @eßeinrichtungen der Gegenstationen (Leitungsende) und die Widerstandsmeßeinrichtungen
aufgeschaltet. Die Meßwerte werden digital ausgegeben und zur Kontrolle miteinander
verlglichen.
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Im Schadensfalle (Rohrbruch oder Leckage) wird das kondensatorband
zumindst in seinem elektrischen Teil goteilt. In der Warte wird anstelle der Gesamtkapazität
nur noch die Teilkapazität der anliegenden Leitungsseite angezeigt. bei Umschaltung
aur die Gegenmeßstelle erfolgt Anzeigc der Teilkapazität der anderen Leitungsseite
und dient gleichzeitig zur Kontrolle, Fällt die Kapazität auf den wert "O" ab, dann
ist diese weite in der Schadensstelle in seinen Wondensatorschichten kurzgeschlossen
oder geerdet.
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Für diesen Fall werden durch Umschaltung die Teilwiderstände ermittelt.
Aus den Teilkapazitäten bzw. aus den 'leilwiderständen wird die Lage der Schadensstelle
entweder tabellarisch ermittelt oder über Rechner unter Verwendung der otreckenkilonle-tricrung
der Fernleitung direkt digital (z.B. Schadensstelle bei Icm 27,527) angezeigt. Den
Verfahren liegen tolgende
Zusammenhänge zugrunde: Es seien L =
Läge derf Rohrfernleitung (in Streckenkilometrierung) C = Kapazitat in µ @ des @ondensatorbandess
der Rohrfernleitung @ = widerstand in # dr @on@@as@@orschichten (W.iccrstand von
Ro@@ und Erde hierbei vernachlässigbar) ferner 1A und 1E die durch die schadensstelle
gebildeten Teillangen der @ohrternleitung (@ = 1A + 1E), cA und cB die zugeordneten
@eilka@ezitäten, rA und rB die zu@eordueton Teilwiderstände. Daraus ergeben sic@
folgende Zusammenhänge: 1A : L = cA : C = rA : R oder 1E : L = cE : C = rE : R.
Bei Fernleitungen mit mehreren Streckenabschnitten gelten diese Zusammenhänge entsprechend
für jeden Abschnitt.
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Bei unterteilten Fernleitungen erfolgt die Schedensmeldung nur für
den betroffenen Abschnitt und erleichtert dadurch in den meisten Fällen den Einsatz
der Sofortmaßmahmen.
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7.2 Das sKondensatorband-Verfahren allein sagt nichts über Art und
Umfang des Schadens aus. Um insbesondere eine unerwünschte Betriebsunterbrcc.@ung
bei Beschädigungen der Rodrisolation bei dichter Rohrleitung zu vermeiden, erfolgt
Ergänzung durch Mengenvergleichsmeßeinrichtungen.
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Am Anfang und Ende der Rohrfernleitung werden
@urchilußmengen@cseinrichtungen
mit @igitaler @@@wertausn@e angeordnet. @ic Mobwerto verden, ants@reonen@ den Austubrungen
nach (@ 1) der crte zugc@ührt un@ in eine @engenci@ferenzmebaulage mi@ billeronzanzeige,
einstellparen @öschiatervallen und Löschmengen gegeoen.
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@i@ Eengen@i@ erenz@@deinrichtung bewirkt in Verbindung mit den @inrichtungen
nach (7.1) der @arts neben @er Alarmauslösung über Folgeschaltungen die @bschaltung
der Förder u@ an und das Schlieben der Streckenschieber.
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@. Durch @i@ Er@indung werden Folgende @orteile erzielt: @.1 Die
uberwachung der Sichtheit un@ dor Isolation der Rohrlernleitung erfolgt ununterbrochen
und unabhängi@ vn Eetriebszustand (Förderrune, Förderbetricb) der Fernleitung und
errrordert keine besonderon @etriebsmafin@hmen.
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@.2 Das Velahren eriaßt alle Leitungsschäden von der kleinsten Leckage
bis zum Rohroruch und @eschädigungen der Isolation der Rohrleitung.
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@.3 @eder Schaden wird unverzüglich mit Angabe des Schadensortes
angezeigt, wobei gleichzeitig Aussage darüber erlolgt, ob es sich nur um einen isolationsschaden
oder um einen Rohrschaden mit Flüssigkeitsaustritt handelt. Im letzteren Falle wird
zudem die Menge der austretenden Flüsigkeit angezeigt. Die zuverlässige Ausgabe
von Schaltbefehlen zur Abschaltung der Förderpumpen und zum Schließen der
Streckenschieber
bei Rohrbruch oder Leckagen mit Flüßigkeits= verlusten mit mehr als 0,25 i0 der
Fördermenge ist gegeben.
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Unerwünschte Betriebsunterbrechungen werden weitgehendst ver= mieden.
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8.4 Die Überwachung beschränkt sich nicht nur auf im Erdreich ver
legte Rohrleitungen und auf metallische Rohre.
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8.5 Die Überwachung ist nicht von der Art der geförderten Flüssig
keit abhängig. Dei genügend hohem Auslösedruck des geförderten Mediums bei Eintritt
des Schadens, kann das Verfahren auch bei Gasfernleitungen angewendet werden.
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8.6 Das Verfahren macht weitere Einrichtungen zur PrUfung der Dichtheit
der Rohrfernleitung überflüßig.
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8.7 Der Kathodenschutz (elektrische Drainageverfahren) kann ent=
fallen. Hierbei sei darauf hingewiesen, daß insbesondere der aus Gleichrichtern
gespeiste Kathodenschutz der eigenen Fern= leitung Gefahren für unter Flur liegende
metallische Fremdin= stallationen darstellen kann.
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8.8 Die Verwendung des Kondensatorbandes als Schutzisolatlon bei
elektrischen Erdkabeln ermöglicht die rechtzeitige Erkennung von Beschädigungen
des Kabelmantels die durch äußere Ein flüsse bewirkt werden0 9. Ausführungsbeispiele
werden in der beigefügten Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben:
F4rl 1 zeigt einen Abschnitt des Kondensatorbandes (1) in Drauf= sicht, Figure 2
diesen im Längsschnitt. In den Körper (2) des Kon= densatorbandes (1) sind die Kondensatorschichten
(3) - im vorlie= genden Beispiel 2 Schichten - eingebettet. Die beiden Schichten
(3) sind durch eine Isolierschicht (5) elektrisch voneinander getrennt. Sie sind
quer zu ihrer Längsrichtung in regelmäßigen Ab= ständen perforiert (4).
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Figur 3 zeigt im (Auerschnitt den Ausschnitt eines Rohres einer Rohrfernleitung.
Das Rohr (6) ist in seiner ganzen Länge mit einem Kondensatorband (1) spiralförmig,
lückenlos umwickelt, das wiederum durch eine äußere Ummantelung (7) geschützt wird0
Die übrigen Bezeichnungen entsprechen denen der Figuren 1 und 2.
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Figur 4 stellt das Schema einer mittels Kondensatorband-Ver= fahrens
überwachten Rohrfernleitung darO Im Beispiel ist die Fernleitung durch eine Streckenschieberstation
(U) in die Strek= kenabschnitb I und II unterteilt. Die Bezeichnungen (A) und (E)
bedeuten Anfang und h'nde der Fernleitung bzw. Anfang und Ende der Streckenabschnitte0
Die Rohrfernleitung (6) kann durch die Streckenschieber (lo) fernbetätigt von der
Warte (14) aus über die Folgeschaltorgane (18) abgesperrt werden. An den (A)- und
(E)-Stellen der Fernlei, tung sind Kapazitäts= (11) und Widerstandsmeßeinrichtungen
(12) mit Uma und Fernschaltorganen sowie analog/digital-Umsetzern angeordnet. Die
Kondensatorschichten (3) des Kondensatorbandes (1) können von der Warte aus wahlweise
auf eine Kapazitäts= oder Wider standsmeßeinrichtung geschaltet werden. Die Meßwerte
werden digi= tal über Fernübertrager (13) und Fernmeldeleitung (9) zur Warte übertragen,
hier ausgewertet und digital angezeigt, wobei die Einrichtungen (15) der kapazitiven,
(16) der Ohm'schen Auswertung dienen. Die den Meßwerten nach (15) bzw. nach (16)
zugeordneten Längenwerte, insbesondere im Schadensfalle zur Ortung der Schadensstelle,
werden über Rechner mit Bezug auf die Streckenkilome.
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trierung ermittelt und über (17) digital angezeigt.
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Anfang und Ende der Rohrfernleitung sind weiterhin mit digitalen Mengenmeßeinrichtungen
(2o) und Durchflußmengenmessern (19) aus gerüstet. Die Mengenmeßwerte werden über
Fernübertrager (13) und Fernmeldeleitung (9) gleichfalls zur Warte (14) übertragen
und ausgewertet. Die Durchflußmengen werden über (21), eiene etwaige Förderverlustmenge
über (22) - Rohrbruch, Leckage - angezeigt.
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Unterschreiten die kapazitiven Meßwerte nach (15) die Sollwerte, dann
erfolgt Alarmanslösung. Bei Nergenverlustanzeige nach (22) werden über die Folgeschaltorgane
(18) die Förderpumpen abge schaltet und die Streckenschieber (lo) geschlossen. Die
Anzeige (17) zeigt in Steckenkilometrierung die Lage der Schadensstelle an.
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Verfahren zur ununterbrochnen Uberwachung von unter Druck stehenden
Rohrfernleitungen Inhaltsübersicht Blatt Nr.
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1. Anwendungsgebiete der Erfindung . . , . . . . . . . . . . . @ 1
2. Zweck der Erfindung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 2 3. Stand
der Technik . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . 2 - 4 4. Kritik des Standes
der Technik § . . . . . . . . . . . . . . . 4 - 5 5. Aufgabe der Erfindung . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 5 - 6 6. Lösung der Aufgabe mittels der Erfindung
(Oberbegriff) . . . . 6 - 8 7. Ergänzungen zum Hanptgegenstand der Erfindung (Unterbegriffe)
8 - 11 8. Durch die Erfindung erzielbare Vorteile . . , . . . . . . . 11 - 12 9.
Beschreibung der Erfindung anhand von Beispielen mit Hinweis auf die beigefügte
Zeichnung . . . . . . . . . ...... 12 - 14 Paatentansprüche ......................
15 - 17 Zeichnung - 1 Blatt -