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GLD - Gottsberg Leak Detection

Eine Innovation mit System.

Das Gerätesystem GLD im Detail.

GLD - Gottsberg Leak Detection
Molch

Der Leckdetektor GLD 202 ist druck- und explosionsfest gekapselt. Das Gehäuse ist sehr kompakt gebaut. Er läuft in einem dem jeweiligen Rohrdurchmesser angepassten Fahrgestell GLD 303 als Molch durch die zu überprüfende Pipeline. Als Antrieb dient das verpumpte Medium. Die Leckerkennung beruht auf einer akustischen Messmethode. Lecks mit einem Durchflussvolumen von mehr als 5 Litern pro Stunde verursachen in den unter Druck stehenden Rohrleitungen ein charakteristisches Ausströmgeräusch. Nach diesem Geräusch wird im Ultraschallbereich gesucht. Störgeräusche, welche durch Pumpen, Flussläufe, Autobahnen, “singenden” Strommasten, etc. verursacht werden, werden durch die Spektralanalyse als solche erkannt und als ungefährlich eingestuft.

Jedes akustisches Ereignis wird einer Streckenposition des Rohres zugeordnet. Auffällige Geräusche können je nach Systemausstattung bis auf wenige Meter genau lokalisiert werden. Dies geschieht durch Zeit- und Wegmessung. Bei der Wegmessung arbeitet das System mit den ihm bekannten Störgeräuschen. Diese werden als akustische Meilensteine verwendet. Reicht die Anzahl der immer vorhandenen Störungen nicht aus, können zusätzliche GLD 500 Meilensteine eingesetzt werden, der Marker GLD 500 bzw. der Molchmelder GLD 600. Die Marker erzeugen fortwährend ein markantes Ultraschallsignal, welches von der Elektronik des Detektors erkannt wird. Die Molchmelder hingegen erfüllen zwei Funktionen. Sie dienen wie die Marker der Markierung eines bestimmten Punktes im Pipelineverlauf, zusätzlich aber auch der Überwachung des Molchlaufes. Mit Ultraschall wird das Rohr auf vorbeifahrende Molche abgetastet. Wird ein Molch erkannt, wird zum einen ein Signal an die Schaltwarte übermittelt und zum anderen für kurze Zeit ein Markersignal gesendet. Die Anzahl der erforderlichen Marker bzw. Molchmelder richtet sich nach der Länge und dem Lageprofil der Pipeline. Steigungen und Gefälle, die die Laufgeschwindigkeiten des GLD 202 beeinflussen, können akustisch gekennzeichnet werden. Es kann erforderlich sein, solche Abschnitte bei der späteren Auswertung der aufgezeichneten Daten erkennen zu können. Die höchste Genauigkeit bei Distanzmessung wird erreicht, wenn das Fahrgestell mit optionalen Odometerrädern ausgestattet wird. Die Wegdaten der Odometerräder werden mit den bekannten akustischen Meilensteinen abgeglichen. Die Marker können mit der Markerbefestigung GLD 510 an Pipeline-Thredolets befestigt werden. Am flexibelsten ist allerdings die Montage mit der Spannband-Markerführung GLD 520, welche an fast beliebiger Stelle der Pipeline befestigt werden. Die Molchmeldermontage erfolgt grundsätzlich mittels Spannband an der Pipeline.

Schritt für Schritt zum Ergebnis.

Der Betriebsablauf in der Praxis

GLD - Gottsberg Leak Detection
Versuchsdetektor GLD 202 Nr. 000

Zur Vorbereitung eines Pipelinelaufs wird der Detektor GLD 202 in den Aufnahmeschacht des Ladegerätes GLD 406 gesetzt. Die elektrischen Verbindungen zwischen Detektor und Ladegerät werden hergestellt. Es werden die Betriebs- spannungen des GLD 202 überprüft und falls notwendig werden seine Akkus geladen. Ein Entfernen des Gehäusedeckels, also ein Öffnen des Detektors, ist für den Ladevorgang nicht mehr erforderlich.

Nun wird der Detektor mit Hilfe eines PCs parametriert. Die Parameter für Start und Ende der Datenaufzeichnung sowie weitere, die zur Dokumentation des Pipelinelaufs erforderlich sind, werden eingestellt. Anschließend wird ggf. der Schutzdeckel der Steckerverbindung geschlossen.

GLD - Gottsberg Leak Detection
Molchschleuse

Es erfolgt die Montage im Fahrgestell. Die optionalen Odometerräder werden elektrisch am Detektor angeschlossen. Diese Arbeiten finden außerhalb der Gefahrenzone (Ex-Bereich) statt. Der in sein Fahrgestell montierte Detektor entspricht den Anforderungen des Explosionsschutzes. Nach dem Einsetzen in die Schleuse, wird diese geflutet und die Reise durch die Pipeline beginnt.

Am Ziel angekommen, wird der Detektor wieder über eine Molchschleuse aus der Pipeline entnommen und gereinigt. Zurück im Labor kann er dem Fahrgestell entnommen und wieder ins Ladegerät gesetzt werden. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Die gesammelten und gespeicherten Daten werden zum PC übertragen. Die Analysesoftware GLD 700 generiert daraus eine grafische Darstellung. Mögliche Lecks werden angezeigt und unbekannte, undefinierte Schallereignisse können mit speziellen Tools analysiert werden.

Mit Lecks auf einer Wellenlänge?

Die Funktionsweise des Leckdetektors GLD 202.

Der GLD 202 wurde für die Mehrkanal-Spektralanalyse entwickelt. Lecks in Pipelines erzeugen Schallereignisse. Je nach Größe und Form der Lecks handelt es sich um Risse oder Löcher, die abhängig vom Druck, der Art des Mediums und der Temperatur bestimmte Schall-Signaturen aufweisen. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass Lecks im Allgemeinen zu einer Lautstärkeerhöhung im Frequenzbereich zwischen 20 kHz und 40 kHz führen. Genauere Analysen der Firma Gottsberg im Echtbetrieb sowie in umfangreichen Untersuchungen im hauseigenen Prüfstand haben diese Ergebnisse bestätigt und führten darüber hinaus zu folgenden Ergebnissen:

  • Andere Schallquellen, wie Pumpen, Stoß- oder Schleifgeräusche, sowie Flussstörungen im Medium, erzeugen ebenfalls Schallereignisse, deren harmonische Oberwellen im relevanten Bereich liegen.
  • Kurzzeitige Ereignisse, wie Transienten, können mit einer Messung der Fensterbreite von einer Sekunde nicht erfasst werden.

Der GLD 202 verwendet verschiedene Algorithmen für die Multikanal-Frequenzanalyse sowie der Transienten-Erkennung. Dies ermöglicht ihm, zwischen mechanischen Störgeräuschen und hochfrequenten Leckgeräuschen zu unterscheiden. Durch höhere Auflösung sowohl im Frequenz- als auch im Zeitbereich ist der GLD 202 in der Lage eine genauere und sichere Unterscheidung zwischen den verschieden Schallsignaturen vorzunehmen und damit eine verifizierte Leckerkennung zu gewährleisten.

GLD - Gottsberg Leak Detection
Typ 1

Leises Grundrauschen

  • geringe Energie
  • Frequenzen eher niedrig
GLD - Gottsberg Leak Detection
Typ 2

Lautes Grundrauschen

  • Energie größer
  • Frequenzen eher niedrig
GLD - Gottsberg Leak Detection
Typ 3

Anfahrt an Hindernis wie Schleuse oder andere Geräuschquelle

  • steigende Energie
  • Frequenzen eher niedrig
GLD - Gottsberg Leak Detection
Typ 4

Wiederkehrende Peaks

  • typisch für Radgeräusche
  • typisch für Rohrnahtkontakte
  • frequenzen eher niedrig
GLD - Gottsberg Leak Detection
Typ 5

Markersignal

  • zeitlich an- und abschwellend
  • Frequenzen genau definiert
GLD - Gottsberg Leak Detection
Typ 6

Transienten oder Stoßsignale

  • starker Signalanstieg
  • Hüllkurve sinkt exponentiell
  • definierte Vorzugsfrequenz
  • Frequenzhöhe bestimmt das Material (z.B. Gummi oder Stahl)
GLD - Gottsberg Leak Detection
Typ 7

Leckdetektion

  • schnell anschwellend
  • langsam abschwellend
  • Frequenzen überwiegend US
  • keine Grundfrequenzen im hörbaren Schall

Zahlen, Daten, Fakten.

Messwerterfassung und -verarbeitung des Leckdetektors GLD 202.

Schallsignal und Frequenzanalyse

  • analoge Bandbreitenbegrenzung 10-50000 Hz
  • Digitale Samplerate der Messung 100.000 Sps
  • Datenkompression durch Reduktion auf relevante Messdaten 1024 Bytes/sec
  • Aufteilung des Frequenzbereichs auf 50 Kanäle
  • FFTüber 50 Hz - 50 kHz
  • Transienten-Erkennung mit Klassifikation, Fensterbreite 2 ms
  • Marker-Erkennung aus verrauschten Signalen
  • Integral der Energie über 20-40 kHz (Ergebnisse wie MLD 201)
    • Mittelwert über 1000 ms (100 Messungen)
    • Spitzenwert im Intervall von 1000 ms
    • Spitzenwert im 35 kHz- und 72 Hz-Kanal zur Identifikation des Markers

Druck

  • Erfassung mit piezoresistiven Aufnehmer
  • Pipelinedruck 0 bis 80 bar
  • Auflösung 10 bit (< 0,12 bar)
  • Messgenauigkeit 1%

Temperatur

  • Temperatur des Mediums von 0°C bis 40/50°C
  • Auflösung 10 bit (< 0,1°C)
  • Messgenauigkeit 1%

Zeit

  • Datum und Uhrzeit
  • Auflösung 1 s

Weg

  • Zählung der Impulse optionaler Odometer
  • zwei getrennte Kanäle
  • Erkennung der Fahrtrichtung
  • Auflösung < 1m

Akkuspannung

  • Überwachung der Spannung und Umschaltung in den Sleepmodus bei entladenem Akku

Speicherung der Messwerte

  • derzeit auf CF-Karte mit 1 Gbyte (Aufzeichnungsdauer über 200 Stunden)

Nach der Erfassung ist vor der Auswertung.

Die Analysesoftware GLD 700.

Mit der PC Analysesoftware GLD 700 werden vor einem Pipelinelauf dem Detektor seine Betriebsparameter mitgeteilt und nach dem Lauf die gespeicherten Daten ausgelesen, konvertiert und für die grafische Auswertung aufbereitet.

Parametrierung eines Pipelinelaufes

Verschiedene Parameter für die Start- und Stoppbedingungen können gesetzt werden, zusätzlich stehen zur Dokumentation die Laufparameter "Lauf Nr." und "Pipeline Nr." zur Verfügung. Des Weiteren können die tatsächlichen Raddurchmesser von vorhandenen Odometern eingegeben werden.

Alle gesetzten Parameter können zur Dokumentation gedruckt und als Standard- Parametersatz gespeichert werden.

Graphische Auswertung von Datensätzen

Der Datensatz kann als Übersicht über den gesamten Lauf oder im Detail dargestellt werden. Alle Messwerte wie Leck, Druck und Entfernung werden sowohl grafisch als auch numerisch angezeigt.

Suchalgorithmen für Entfernung, Marker- und Leck-Intensität sowie andere Suchalgorithmen unterstützen Sie dabei, interessante Bereiche im Datensatz aufzuspüren. Der Datensatz kann mit Hilfe von einigen Funktionen korrigiert und optimiert werden: Uninteressante Bereiche zu Beginn und am Ende des Datensatzes können abgeschnitten werden.

Markierte Bereiche des Datensatzes können gedruckt oder optional in eine Textdatei exportiert werden, um die Daten mit weiteren Programmen verarbeiten zu können.

Die Entladekurve des Akkumulators zeigt die Änderung der Akkukapazität über die Zeit. Der richtige Zeitpunkt zum Laden des Akkus kann so bestimmt und Pipeline-Läufe mit zu schwachen Akkumulatoren vermieden werden.

Die Graphen für Druck, Speed, Odometer und Suchschwellen für Leck und Marker können unter- drückt werden, um Übersichtlichkeit zu gewinnen.

Auswertung von Selbsttests

Vor jedem Pipeline-Lauf kann ein Selbsttest des Molches durchgeführt werden, um seine korrekte Funktion sicherzustellen. Das Testresultat kann zur Dokumentation gedruckt werden.

Anlegen von Referenzlisten

Referenzlisten können angelegt werden, die verschiedene Typen von Wegpunkten und deren Entfernungen zur Startschleuse enthalten. Diese werden dazu genutzt, um automatisch alle Entfernungen im Datensatz neu zu berechnen.

Vergleich zweier Datensätze

Um zwei Datensätze miteinander vergleichen zu können werden sie horizontal übereinander dargestellt. Auffällige Geräusche können so von Lauf zu Lauf weiter beobachtet und analysiert und ihre Position besser bestimmt werden. Alle von der graphischen Auswertung bekannten Suchalgorithmen werden für beide Datensätze zur Verfügung stehen.

Diagnoseprogramme

Besondere Schallereignisse können mit speziellen Diagnosetools näher betrachtet und ausgewertet werden. Diese Tools vereinfachen die Lecksuche und führen zu sichereren Ergebnissen.

Features

  • Parametrierung des Detektors
    • Eingabe von Laufparametern zur Dokumentation wie Pipelinenummer, Laufnummer, Datum, Uhrzeit
    • Eingabe von Startparametern zur Festlegung des Beginns der Aufzeichnung wie Datum, Uhrzeit, Druck, Position (zurückgelegte Strecke)
    • Eingabe von Stoppparametern zum Beenden der Aufzeichnung wie Laufzeit, Druck, Geräuschintensität, Dauer der Geräuschintensität
  • Auslesen der Daten über USB
  • Grafische Auswertung
  • Darstellung ist variabel
    • Übersichtsdarstellung des gesamten Laufes
    • 10 min Blöcke (Auflösung 1s)
    • Wechsel zwischen beiden Darstellungen per Mausklick
  • Laufbalken zur Orientierung im gesamten Datensatz
  • schnelles Auffinden relevanter Punkte durch Anklicken mit der Maus in der Übersicht oder durch Suchfunktion (Marker, Zeit, Distanz, etc.)
  • Markieren und Drucken einzelner Daten
  • automatische Wegkorrektur anhand einer Referenzliste und aufgezeichneter Marker
  • Einfügen der Kilometrierung bei Betrieb ohne Wegmesseinrichtung (Odometer)
  • Offsetkorrektur Distanz / Setzen Nullpunkt Distanz
  • Vergleich zweier Datensätze mit der Kilometrierung als Bezugspunkt
  • Cursorsteuerung beim Vergleich unabhängig voneinander oder im Verbund
  • feinste Auflösung in der normalen Darstellung 1 Sekunde
  • Darstellung von Spitzen- und Mittelwert des Leckkanals (Ultraschallsignal) sowie Spitzenwert des Markerkanals als Balken
  • Darstellung von Druck, Temperatur und Geschwindigkeit als Linie
  • weitere detaillierte Diagnose mit Tools zur digitalen Signalanalyse- und Verarbeitung
  • Menüführung 3-sprachig
  • Selbsttestfunktion des Detektors
  • Online-Hilfe

Und laufen und laufen und laufen...

Die Fahrgestelle GLD 303.

Der GLD 202 kann für Molchungen ab einem Pipeline-Innendurchmesser von 200 mm eingesetzt werden. Zum Einsatz kommen Fahrgestelle aus elektrisch leitfähigem Spezialkunststoff. In der jüngsten Praxis hat sich ab einer Nenngröße von 300 mm allerdings eine Neuentwicklung aus robustem Edelstahl bewährt: das Fahrgestell GLD 303.



Features

  • Leichte Montage und Demontage des Molches im Fahrgestell
  • Reduzierung der Laufgeräusche und der Körperschallübertragung, deshalb weniger Grundrauschen, weshalb Leck- und Markersignale deutlich besser zu erkennen sind
  • Tragende Teile aus rostfreiem Stahl ermöglichen leichte Reparatur und Nachrüstung durch Schweißen
  • Computerunterstützte Entwicklungs- und Fertigungsmethoden ermöglichen jedes Fahrgestell optimal den speziellen Pipelinebedingungen anzupassen
  • Optionale 3. und 4. Radebene
  • Bergungsgriffe und Prallschutz an allen Gestellen erleichtern Ihrem Fachpersonal die Bedienung
  • Ex-Zulassung nach ATEX, Richtlinie 94/9/EG und den relevanten EN-Normen
  • Kunststoffvariante zugelassen für Zone 0
  • Edelstahlvariante zugelassen für Zone 0

Aus gut wird besser.

Tests des GLD Systems am Versuchsstand

Die Erfahrungen aus der Praxis reichen bei Neuentwicklungen nicht aus. Versuche und Messungen am hausinternen Versuchsstand sind unumgänglich.



GLD - Gottsberg Leak Detection Einstellen des Prüfdrucks
GLD - Gottsberg Leak Detection Schießen des Versuchsstands
GLD - Gottsberg Leak Detection Hydraulisches Prüfaggregat