DE10237980B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohren Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohrleitungen mit den folgenden Schritten:
Fortbewegen eines Inspektionsgerätes mit daran angebrachten Ultraschallgebern und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Meßdaten innerhalb einer Rohrleitung,
Aussenden von Ultraschallsuchimpulsen während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes und Empfang der rückgestrahlten, den erwähnten Suchimpulsen entsprechenden Ultraschallimpulse mit Hilfe der Ultraschallgeber,
Verstärken der den empfangenen Ultraschallimpulsen entsprechenden elektrischen Impulse der Geber,
Umwandeln und Speichern von Messdaten, wobei die Amplitudenwerte für die gewonnenen elektrischen, den rückgestrahlten Ultraschallimpulsen entsprechenden Impulse mit einem Schwellenwert verglichen werden und während der Messungen die nach dem Aussenden eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufene Zeit ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Zeitintervall der Verstärkungsfaktor für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber und der Schwellenwert als vorgegebene Funktionen der Zeit intermittierend geändert werden, dass die Abhängigkeiten der Verstärkungsfaktoren und der Schwellenwerte von der Zeit während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes innerhalb der Rohrleitung aus einer...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschallkontrolle von Rohrleitungen großer Länge, insbesondere von Erdöl-, Erdölprodukt- und Gasfernleitungen, unter Sicherung einer akustischen Verbindung zwischen den Ultraschallgebern und der Wandung der Rohrleitung (zum Beispiel mittels eines Flüssigpfropfens) durch eine darin stattfindende Fortbewegung eines Inspektionsgerätes (eines Defektoskopes) mit daran angebrachten Ultraschallgebern und Mitteln zur Messung, Umwandlung und Eintragung von Mesdaten in einen Digitaldatenspeicher während der Fortbewegung und durch die Verarbeitung der gewonnenen Daten nach Beendigung der Fortbewegung des Inspektionsgerätes mit dem Zwecke der Identifizierung von Wandfehlern der Rohrleitung, der Ermittlung der Parameter der identifizierten Fehler und deren Lage an der Rohrleitung.
  • Aus der DE 33 07 224 C1 ist ein Verfahren zur Ultraschallkontrolle bekannt, mit den folgenden Schritten:
    Bewegen eines Inspektionsgerätes mit daran angebrachtem Ultraschallgeber und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Messdaten,
    Aussenden von Ultraschallsuchimpulsen während der Bewegung des Inspektionsgerätes und Empfang der zurückgestrahlen, den Suchimpulsen entsprechenden Ultraschallimpulsen mit Hilfe des Ultraschallgebers,
    Verstärken der den empfangenen Ultraschallimpulsen entsprechenden elektrischen Impulse der Geber, Umwandeln und Speichern von Messdaten, wobei die Amplitudenwerte für die gewonnenen elektriche, den zurückgestrahlten Ultraschallimpulsen entsprechenden
    Impulse mit einem Schwellenwert verglichen werden und während der Messungen die nach dem Aussenden eines Ultraschallimpulses abgelaufene Zeit (Laufzeiteinheit 30) ermittelt wird,
    Änderung des Verstärkungsfaktors für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber in einem Zeitintervall und intermittierende Änderung des Schwellenwerts als vorgegebene Funktionen der Zeit,
    Ablesen der Abhängigkeiten der Verstärkungsfaktoren und der Schwellenwerte von der Zeit während der Prüfung aus einer Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Digitaldaten,
    Festlegung einer individuellen Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors oder des Schwellenwertes von der Zeit für den Geber synchron mit dem Zeitintervall, binnen welchem Ultraschallimpulse mit Hilfe dieses Gebers empfangen werden.
  • Aus der RU 2042946 , der RU 2108569 und der US 4,162,635 sind Verfahren zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohren bekannt, bei denen innerhalb einer Rohrleitung eine Fortbewegung eines Inspektionsgerätes mit daran angebrachten Ultraschallgebern und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Messdaten stattfindet, wobei der Schritt des Aussendens von Ultraschallimpulsen während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes und des Empfangs der betreffenden rückgestrahlten Ultraschallimpulse erfolgt.
  • Aus der WO 96/13720, der EP 0 304 053 , der US 5,062,300 , der US 5,460,046 , der EP 0 271 670 und der EP 0 616 692 ist ein Verfahren zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohren bekannt, bei dem innerhalb einer Rohrleitung eine Fortbewegung eines Inspektionsgerätes mit daran angebrachten Ultraschallgebern und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Messdaten stattfindet, welches die Schritte des Aussendens von Ultraschallimpulsen während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes, des Empfangs der betreffenden Ultraschallimpulse, die durch die Innen- und Aussenwandung der Rohrleitung rückgestrahlt werden, und des Messens der Laufzeit der genannten Impulse aufweist.
  • Diese Verfahren gestatten zwar Korrosionsschäden wie etwa Metallverluste und Abschichtungen zu entdecken und die Parameter für diese Fehler zu ermitteln, jedoch zur Entdeckung rissartiger Fehler in der Wandung einer Rohrleitung und zur Bestimmung von deren Tiefe benötigt man eine Information über die Amplituden der empfangenen Impulse. Wegen Fehlens solcher Information bei den genannten Verfahren sind diese für die Defektoskopie von Rissen nicht geeignet.
  • Aus der RU 2018817 ist ein Verfahren zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohrleitungen bekannt, bei dem innerhalb einer Rohrleitung eine Fortbewegung eines Inspektionsgerätes mit daran angebrachten Ultraschallgebern und Mittel zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Messdaten stattfindet, welches die Schritte des Aussendens von Ultraschallimpulsen während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes und des Empfangs der den erwähnten Suchimpulsen entsprechenden rückgestrahlten Ultraschallimpulse mit Hilfe der Ultraschallgeber, die Verstärkung der elektrischen, den empfangenen Ultraschallimpulsen entsprechenden Impulse der Geber und die Umwandlung und Speicherung von Messdaten aufweist.
  • Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass aus den empfangenen Ultraschallimpulsen ausgehend von der Ankunftszeit ein Ultraschallspiegelimpuls ausgesondert wird, die elektrischen, den ausgesonderten Ultraschallspiegelimpulsen entsprechenden Impulse zu einer von der Amplitude des Spiegelimpulses abhängigen Steuerspannung umgewandelt werden und mit Hilfe der Steuerspannung der Verstärkungsfaktor für die Verstärkung der durch Fehler rückgestrahlten Impulse gesteuert wird.
  • Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass durch das Verfahren Messfehler beim Messen von Impulsamplituden vermieden werden, die mit einer Ultraschalldämpfung in Ablagerungen an der Innenwand einer Rohrleitung zusammenhängen, deren Dicke in verschiedenen Abschnitten der Rohrleitung unterschiedlich bemessen ist.
  • Der hauptsächliche Nachteil des genannten Verfahrens zeigt sich darin, dass das Verfahren für den Empfang von mehrfach rückgestrahlten Ultraschallimpulsen so gut wie ungeeignet ist, weil es praktisch unmöglich ist, bei der on-line-Betriebsweise unter allen, auf verschiedene Weise mehrfach rückgestrahlten Ultraschallimpulsen mehrere Spiegelimpulse mit vorgegebenen Parametern mit einer für die Bildung der Steuerspannung ausreichenden Qualität auszusondern. Hinzu kommt, dass bei dem vorliegenden Verfahren auf keinerlei Weise die Dämpfung der Ultraschallimpulse in der Wandung einer Rohrleitung und Verluste infolge einer teilweisen Durchlässigkeit der Trenngrenzen der Medien bei mehrfachen Rückstrahlungen durch die Wandung der Rohrleitung beachtet werden.
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren ist durch die US 5,497,661 offenbart. Bei diesem Verfahren zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohrleitungen findet innerhalb einer Rohrleitung eine Fortbewegung eines Messgerätes mit daran angebrachten Ultraschallgebern und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Messdaten statt. Das Verfahren enthält weiterhin die Schritte des Aussendens von Ultraschallimpulsen während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes und des Empfangs der den genannten Suchimpuls entsprechenden Ultraschallimpulse mit Hilfe der Ultraschallgeber, des Verstärkens der elektrischen, den empfangenen Ultraschallimpulsen entsprechenden Impulse der Geber, die Umwandlung und die Speicherung von Messdaten.
  • Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein durch die Innenwand der Rohrleitung rückgestrahlter Ultraschallimpuls und mindestens zwei durch die Außenwand der Rohrleitung rückgestrahlte Ultraschallimpulse empfangen werden und dass die rückgestrahlten Impulse mit Hilfe mindestens eines Ultraschallgebers registriert und dann verstärkt werden.
  • Um Impulse nach der Aussendung eines Suchimpulses zu empfangen, wird ein Zeitfenster mit solcher Breite hergestellt, bei welcher ins Fenster ein durch die Innenwand der Rohrleitung rückgestrahlter Impuls und zwei durch die Außenwand der Rohrleitung rückgestrahlte Impulse eindringen, wobei die empfangenen Impulse digitalisiert werden.
  • Die digitalisierten Impulse werden filtriert und parametrisiert, wobei für jeden genannten rückgestrahlten Impuls die Zeit und die Amplitude in maximaler Größe bestimmt und mit einem digitalen Schwellenwert verglichen werden.
  • Die Zeiten und die Amplituden für die filtrierten und parametrisierten rückgestrahlten Impulse werden in ein Computermodul eingetragen, in welchem für die parametrisierten Impulse die Zeit zwischen der Ankunft eines nächsten, durch die Außenwand der Rohrleitung rückgestrahlten Impulses und der Ankunft eines durch die Innenwand der Rohrleitung rückgestrahlten Impulses bestimmt wird; der parametrisierte Impuls, dessen Amplitude größer oder gleich der Amplitude des vorigen registrierten Impulses ist, wird eingetragen.
  • Man bestimmt die Zeit für den Impulslauf und die Zeit für den Impulslauf in der wand der Rohrleitung und schreibt sie ein, wenn der Zeitabschnitt zwischen einem durch die Innenwand der Rohrleitung rückgestrahlten Ultraschallimpuls und einem ersten durch die Außenwand der Rohrleitung rückgestrahlten Impuls in zulässigen Grenzen mit dem Zeitabschnitt zwischen einem ersten und einem zweiten durch die Außenwand der Rohrleitung rückgestrahlten Impuls übereinstimmt. Dabei werden sämtliche parametrisierte Impulse eingeschrieben, für die die erwähnten Zeitabschnitte in zulässigen Grenzen untereinander nicht übereinstimmen.
  • Bei diesem Verfahren werden sowohl die Zeit vom Zeitpunkt der Aussendung eines Suchimpulses bis hin zum Zeitpunkt des Empfanges der rückgestrahlten Impulse als auch die Amplituden der rückgestrahlten Impulse gemessen, was eine unabdingbare Voraussetzung für die Defektoskopie von Rissen in der Wandung einer Rohrleitung ist. Jedoch für die Defektoskopie von Rissen werden Ultraschallimpulse verwendet, die in einem gewissen Winkel (von etwa 17°) zur Normalen der Innenwand der Rohrleitung ausgestrahlt und durch einen Riß, der mit der Innen- bzw. Außenwand der Rohrleitung einen Winkelreflektor bildet, rückgestrahlt werden. Im vorliegenden Fall entspricht einem rißartigen Fehler nur ein rückgestrahlter Ultraschallimpuls, wobei die Anwendung der im gattungsgemäßen Verfahren angegebenen Bedingung für die Übereinkunft der Zeitabschnitte zwischen den mehrfach rückgestrahlten Impulsen nicht angezeigt ist. Darüber hinaus verringern sich die Amplituden mehrfach rückgestrahlter Ultraschallimpulse je nach der summarischen Dicke der Metallschicht, welche der Impuls durchlaufen hat, und der Anzahl der Reflexionen durch die Trenngrenzen der Medien.
  • Ein Vorteil des gattungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Werte der digitalen Schwelle je nach den Ergebnissen der Impulsselektion durch einen zuvor vorgegebenen Schwellenwert geändert werden. Jedoch für sämtliche rückgestrahlten Impulse, die nur einem Ultrachallsuchimpuls entsprechen, wird ein digitaler Schwellenwert, d.h. ein Schwellenwert für Impulse mit verschiedenen Amplituden im Laufe des Empfanges der einem Suchimpuls entsprechenden Impulse, festgelegt. Dies hat zur Folge, dass der festgelegt Schwellenwert für die ersten Impulse (mit großen Amplituden) erniedrigt und für die letzten (mit kleinen Amplituden) erhöht wird.
  • Hinzu kommt, dass bei der Kontrolle einer aus Rohren mit unterschiedlicher Wanddicke bestehenden Rohrleitung den gleich breiten Fehlern Impulse mit unterschiedlicher maximaler Amplitude entsprechen und die auf diese Weise gewonnene Information über die Fehlerbreite und folglich über die Gefahr verzerrt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohrleitungen bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1 und 12 angegeben.
  • Das beanspruchte Verfahren bzw. die Vorrichtung zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohrleitungen realisiert man auch durch die darin stattfindende Fortbewegung eines Inspektionsgerätes mit daran angebrachten Ultraschallgebern und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Meßdaten, durch die Aussendung von Ultraschallsuchimpulsen während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes und den Empfang der rückgestrahlten Ultraschallimpulse, welche den genannten Suchimpulsen entsprechen, mit Hilfe der Ultraschallgeber, durch die Verstärkung von elektrischen Impulsen der Geber, die den empfangenen Ultraschallimpulsen entsprechen, durch die Umwandlung und Speicherung der Meßdaten, wobei die Amplitudenwerte der erhaltenen elektrischen Impulse, die den rückgestrahlten Ultraschallimpulsen entsprechen, mit einem Schwellenwert verglichen und im Laufe der Messungen die nach der Aussendung eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufene Zeit gemessen wird.
  • Das Verfahren bzw. die Vorrichtung unterscheidet sich von dem Verfahren aus dem Stand der Technik dadurch, dass in einem Zeitintervall der Verstärkungsfaktor für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber und der Schwellenwert diskontinuierlich bzw. intermittierend als vorbestimmte Zeitfunktionen geändert, die Abhängigkeiten der Verstärkungsfaktoren und der Schwellenwerte von der Zeit im Laufe der Fortbewegung des Inspektionsgerätes innerhalb der Rohrleitung aus einer Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Digitaldaten abgelesen werden und eine individuelle Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors und des Schwellenwertes von der Zeit für jeden Geber synchron mit dem Zeitintervall, binnen welchem Ultraschallimpulse mit Hilfe dieses Gebers empfangen werden, festgelegt wird.
  • Eine Abhängigkeit des Schwellenwertes von der Zeit wird als Funktion der Zahl falscher Impulse in einem gewissen vorangegangenen Zeitabschnitt festgelegt, welche Impulse den zuvor festgelegten Schwellenwert (im Zeitpunkt der Registrierung falscher Impulse) übertroffen haben. Als falsche Impulse gelten Geräuschimpulse.
  • Infolgedessen, dass es unter den die zu kontrollierende Rohrleitung bildenden Rohren eine beachtliche Zahl von Rohren geben kann, deren Eigenschaften für die Ultraschallschluckung durch ihren Werkstoff von denen der Mehrzahl der Rohre abweichen, indem der Geräuschpegel der elektronischen Wege eine Charakteristik ist, die sowohl vom Typ der Ultraschallgeber als auch von den individuellen Eigenschaften der Geber des ein und desselben Types abhängig ist, wird die im voraus ausgewählte Abhängigkeit des Schwellenwertes von der Zeit je nach der Wirksamkeit der Verminderung der Menge der einzuschreibenden Daten korrigiert. Eine solche sukzessive Näherung ermöglicht es, die Wirksamkeit der Registrierung von Nutzimpulsen (welche den rückgestrahlten Ultraschallimpulsen entsprechen) in Anpassung an die vorgegebenen Kriterien einzustellen.
  • Das weiter oben angegebene Zeitintervall teilt man in mehrere Zeitzonen ein, das vorbestimmte Schema für die Trennung in Zeitzonen wird nach jedem Suchimpuls benutzt, falsche Impulse werden in jeder Zone zusammengerechnet, ein Schwellenwert für jede Zone wird je nach der Zahl der falschen Impulse festgelegt, die den Schwellenwert in der betreffenden Zone für mehrere Suchimpulse übertroffen haben. Die bevorzugte Zahl der Zeitzonen beträgt mindestens 4 und höchstens 128. Die Zeitzonen sorgen für die Einstellung einer zeitlichen Abhängigkeit der Schwelle. Eine geringe Anzahl der Zonen bewirkt eine grobe Einstellung der Schwelle. Eine große Anzahl der Zonen (eine feine Zersplitterung) ermöglicht eine genauere Einstellung der Schwelle in Abhängigkeit von der Zeit. Die maximale Anzahl der Zeitzonen ist auf die Impulsdauer beschränkt.
  • Das hauptsächliche technische Ergebnis, welches bei der Realisierung der beanspruchten Erfindung erzielbar ist, besteht darin, dass sich die Wahrscheinlichkeit für die Erkennung von Fehlern, insbesondere von rißartigen Fehlern, bei der Kontrolle von Rohrleitungen, welche aus Rohren mit im wesentlichen unterschiedlicher Wanddicke und/oder im wesentlichen mit unterschiedlichen Eigenschaften des Rohrwerkstoffes bestehen, sowie die Genauigkeit der Bestimmung der geometrischen Parameter von Fehlern verbessert.
  • Die Philosophie für die Erzielung des erwähnten technischen Ergebnisses besteht darin, dass eine Änderung des Verstärkungsfaktors je nach der Zeit es ermöglicht, den maximal zugänglichen Bereich eines Analog-Digital-Wandlers sowohl für die Impulse, welche durch eine geringe summarische Wanddicke (bei einer geringen Anzahl von Reflexionen oder bei einem dünnwandigen Rohr) durchgegangen sind, als auch für die Impulse, die eine große summarische Wanddicke (bei einer hohen Anzahl von Reflexionen oder bei einem dickwandigen Rohr) in Anspruch zu nehmen und einen digitalen Schwellenwert je nach der Zahl mehrfacher Reflexionen, welche ein Ultraschallimpuls erfahren hat, unter Beachtung eines intermittierenden Anstieges des Geräuschpegels je nach der nach der Aussendung eines Suchimpulses abgelaufenen Zeit festzulegen.
  • Bei der Suche nach rißartigen Fehlern gestattet das Verfahren elektrische Impulse, die den rückgestrahlten Ultraschallimpulsen entsprechen, gerätetechnisch nach der Amplitude zu normieren. Eine normierte Amplitude von Ultraschallimpulsen, die durch rißartige Fehler rückgestrahlt sind, entspricht in bestimmten Grenzen eindeutig der Tiefe eines Risses oder eines ähnlichen Fehlers, wobei eine solche gerätetechnische Normierung es ermöglicht, Algorithmen für eine Schnellbestimmung der Gefahr wegen Fehlern unter Feldverhältnissen nach Beendigung der Fortbewegung des Inspektionsgerätes zu realisieren.
  • Der Verstärkungsfaktor wird vorzugsweise diskontinuierlich mit einer Periode von 2 bis 20 μs und einem Schritt von max. 0,25 des Anfangswertes des Verstärkungsfaktors geändert.
  • Der Schwellenwert wird vorzugsweise diskontinuierlich mit einer Periode zwischen 1 und 10 μs festgelegt.
  • Die untere Grenze des vorerwähnten Zeitintervalls beläuft sich vorzugsweise auf 3 bis 20 μs und die obere Grenze vorzugsweise auf 40 bis 200 μs.
  • Die Realisierung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ermöglicht eine digitale Steuerung der Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors und des Schwellenwertes von der Zeit willkürlich sowohl vor der Fortbewegung des Inspektionsgerätes als auch im Laufe der Fortbewegung des Inspektionsgerätes innerhalb der Rohrleitung bei Anwendung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung sowohl für die Ermittlung von Fehlern wie etwa Metallverluste durch eine Registrierung mehrfach rückgestrahlter Ultraschallimpulse als auch für die Entdeckung rißartiger Fehler einzuleiten.
  • Man erhöht den Verstärkungsfaktor "K" für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber je nach der angegebenenen Zeit "t", die seit der Aussendung eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufen ist, entsprechend der Funktion der Art: K = c + a∙(t – b)n, wobei "a" einen positiven Wert bedeutet, "n" nicht weniger als 1 ist und "b" die untere Grenze des vorerwähnten Zeitintervalls nicht übertrifft.
  • Bei einer bevorzugten Realisierung ist n gleich 2.
  • Bei einer anderen Ausführungsform erhöht man den Verstärkungsfaktor "K" für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber je nach den Schritten unter Beachtung der erwähnten Zeit, die seit der Aussendung eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufen ist, welcher durch eine Nummer des Schrittes "M" charakterisiert wird, nach einer maximalen Zahl der Schritte "N" und nach dem Anfangswert des Verstärkungsfaktors "K0" entsprechend der Funktion der Art: K = K0∙(1 + a∙2M-N), worin "a" einen positiven Wert bedeutet und "N" mindestens 6 beträgt. Bei einer bevorzugten Realisierung ist "N" gleich 8.
  • Durch die erwähnten Abhängigkeiten wird die empirische Abhängigkeit für die Dämpfung der Ultraschallenergie im über die Rohrleitung geförderten Medium, Ablagerungen und dem Wandmaterial der Rohrleitung im Arbeitszeitintervall des Empfanges von Ultraschallimpulsen approximiert.
  • Eine Änderung des Verstärkungsfaktors geht mit einer periodischen Änderung des Geräuschpegels der elektronischen Wege je nach der Zeit einher. Die Änderung des Schwellwertes je nach der Zeit gestattet es, Bedingungen für die Registrierung der Impulse für jeden Zeitpunkt im einzelnen während des Empfanges rückgestrahlter Ultraschallimpulse zu sichern.
  • Falsche Impulse sind sowohl Geräuschimpulse wie auch Ultraschallimpulse, die durch konstruktive Elemente des Inspektionsgerätes, die Gebergehäuse und -halter rückgestrahlt werden. Auf Grund dessen, dass die Zahl solcher rückgestrahlten Impulse an und für sich nicht groß ist, werden diese Impulse bei der Interpretierung der Daten nach Beendigung der Fortbewegung des Inspektionsgerätes durch einen Begutachter eindeutig identifiziert.
  • Man bestimmt die Abhängigkeit des Schwellenwertes von der Zeit, bei der einem Ultraschallsuchimpuls 8 bis 16 empfangene falsche, den Schwellenwert übertreffende Impulse entsprechen.
  • Die Anwendung des beanspruchten Verfahrens hat ergeben, dass die erwähnten Kriterien dafür günstig sind, um einerseits die unterhalb der Schwelle liegenden Nutzimpulse nicht einzubüßen und andererseits die Elektronik durch die Verarbeitung falscher Impulse nicht zu überlasten.
  • Bei einer der Ausführungsformen des Verfahrens ermittelt man die Zahl falscher Impulse nach Beendigung der Fortbewegung des Inspektionsgerätes und legt die Abhängigkeit des Schwellenwertes von der Zeit für eine spätere diagnostische Fortbewegung fest.
  • Die Analyse der Wirksamkeit der Anwendung von Schwellenwerten für verschiedene Abschnitte einer Fernleitung gestattet es, den Einfluß durch eine Änderung der Parameter der Elektronik und durch eine Typänderung der Rohre in verschiedenen Abschnitten je nach der Fortbewegung des Inspektionsgerätes innerhalb der Rohrleitung zu differenzieren und die wirksamste Abhängigkeit für eine spätere Fortbewegung des Inspektionsgerätes in der Rohrleitung anzuwenden.
  • Die Abhängigkeiten des Verstärkungsfaktors und des Schwellenwertes legt man mit Rücksicht auf das bei der Untersuchung der Rohrleitung geförderte Medium, den Abschnitt der zu untersuchenden Rohrleitung (die Länge des zurückgelegten Weges) und die Wanddicke der Rohrleitung fest. Die Anfangswerte für die Verstärkungsfaktoren ermittelt man für jeden Ultraschallgeber vor der Aussendung von Ultraschallimpulsen in Richtung zur Wandung der zu kontrollierenden Rohrleitung. Dabei erregt man den Ultraschallgeber mittels eines elektrischen Impulses mit vorgegebenen Parametern, welcher somit einen Ultraschallimpuls in Richtung zum Gegenstand mit bekannter Dicke ausstrahlt. Der Ultraschallimpuls wird senkrecht zur dem Geber nahegelegenen Oberfläche des genannten Gegenstandes ausgestrahlt. Danach empfängt man einen betreffenden, durch die vom Geber entfernte Oberfläche des Gegenstandes rückgestrahlten Ultraschallimpuls mit Hilfe desselben Ultraschallgebers. Der Verstärkungsfaktor für die dabei empfangenen Impulse wird sukzessiv entsprechend einem Algorithmus geändert, welcher bei Anwendung der Mittel zur Umwandlung und Speicherung von Daten vor der Erreichung eines Amplitudenbereiches durch den Amplitudenwert bei maximalem Impuls realisiert wird. Die Codes, die den auf diese Weise bestimmten Anfangswerten der Verstärkungsfaktoren entsprechen, werden in die Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Digitaldaten eingetragen. Die untere Grenze des erwähnten Bereiches beträgt vorzugsweise mindestens 0,7 des maximal zulässigen Amplitudenwertes des Impulses und die obere Grenze vorzugsweise 0,8 des maximal zulässigen Amplitudenwertes des Impulses. Bei dem beanspruchten Verfahren vergleicht man die digitalisierten Amplitudenwerte für die erhaltenen elektrischen Impulse mit dem digitalen Schwellenwert. Die Realisierung des angegebenen Algorithmus ermöglicht eine selbsttätige Ermittlung des Anfangswertes von Verstärkungsfaktoren sowohl unmittelbar vor der Fortbewegung des Inspektionsgerätes als auch (bei der Dickenmessung der Rohrleitung) in verfahrenstechnischen Stufen bei der Fortbewegung des Letzteren.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mißt man bei einer Periode die Amplitude des Geräuschimpulses bei einer Betriebsart, bei welcher Suchimpulse und diesen entsprechende rückgestrahlte Ultraschallimpulse fehlen, und legt den Bereich der Analog-Digital-Umwandlung der Amplitudenwerte elektrischer Impulse, die den empfangenen Ultrschallimpulsen entsprechen, als Funktion der gemessenen Amplitude des Geräuschimpulses fest. Die verstärkten elektrischen Impulse, die den empfangenen Ultraschallimpulsen entsprechen, werden einem der Eingänge eines Summierers zugeführt, von dem Ausgang des Summierers her kommen die Impulse am Eingang eines Analog-Digital-Wandlers an, und einem zweiten Eingang des Summierers wird eine Spannung aus dem Analog-Digital- Wandler zugeführt, die von der gemessenen Amplitude eines Geräuschimpulses abhängig ist. Die Spannung wird dem zweiten Eingang des Summierers über ein Tiefpaßfilter zugeführt, die Werte für die Grenze des Bereichs werden aus einer Reihe diskreter Werte abgeleitet, und die Werte der Grenzen des Bereiches werden relativ zum Geräuschimpulspegel festgelegt. Die Realisierung dieser Handlungen ermöglicht es, das Maximum des Bereiches des Analog-Digital-Wandlers zu benutzen, indem von der Analog-Digital-Umwandlung die den Geräuschen der elektronischen Wege entsprechenden Impulse ausgeschlossen werden.
  • Die digitalisierten Parameter für die empfangenen Impulse (welche den Suchimpulsen für jeden Ultraschallgeber entsprechen) werden zu Datenrahmen (für eine Gebergruppe) gruppiert. Die erwähnten Parameter für die empfangenen Impulse beinhalten digitalisierte Amplitudenwerte von Impulsen sowie für jeden Amplitudenwert einschlägige Werte der nach der Aussendung des betreffenden Suchimpulses abgelaufenen Zeit. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beinhalten diese Parameter der empfangenen Impulse digitalisierte Amplitudenwerte der maximalen Impulse und die dem Maximum entsprechende und nach der Aussendung des betreffenden Suchimpulses abgelaufene Zeit. Es ist dabei die Realisierung vorteilhaft, bei welcher der Datenrahmen die genannten Parameter der empfangenen Impulse umfaßt, die 10 bis 1000 Suchimpulsen für jeden Geber aus der Ultraschallgebergruppe entsprechen, wobei für jede der genannten Gebergrupen der nach einer im Inspektionsgerät eingebauten Schaltuhr ermittelte Zeitwert, der eindeutig mit der Zeit der Inbetriebsetzung jedes Gebers aus der genannten Gebergruppe verbunden ist, eingeschrieben wird. Die digitalisierten Daten werden in den Speicher für Digitaldaten durch die Einschreibung mehrerer (100 bis 10000) angegebener Datenrahmen in eine Datei eingetragen, wobei die Zeit für die Eröffnung und Schließung der Datei mit eingetragen wird, die nach einer Uhr eines die Eintragung von Daten in den Speicher steuernden Computers ermittelt wird. Die Zeit nach der Uhr des Computers und die Zeit nach der Schaltuhr werden miteinander und mit der Zeit nach einer außerhalb des Inspektionsgerätes installierten Uhr synchronisiert. Diese Eintragunsform der Daten ermöglicht es, die Einbindung der Meßdaten in die Zeit bei einer Verzerrung eines Teils der Daten während der Umwandlung, Eintragung und Speicherung oder der Ablese eindeutig wiederherzustellen und die Ursache für die Störung zu erkennen.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform eines Ultraschall-Defektoskops für den Einsatz innerhalb von Rohren;
  • 2 zeigt ein Schema, das den Gang von entsprechend der Normalen der Innenwand einer Rohrleitung ausgesendeten Ultraschallsuchimpulsen veranschaulicht;
  • 3 zeigt ein Schema, das den Gang von unter einem Winkel zur Normalen der Wand einer Rohrleitung ausgesendeten Ultraschallsuchimpulsen veranschaulicht;
  • 4 zeigt eine mittels eines Inspektionsgerätes gemessene Abhängigkeit der Wanddicke einer Rohrleitung von dem innerhalb der Rohrleitung zurückgelegten Weg in einem Abschnitt der untersuchten Rohrleitung;
  • 5 zeigt eine Abhängigkeit der Amplitude eines elektrischen Impulses, der einem durch einen rißartigen Fehler rückgestrahlten Ultraschallimpuls entspricht, von der Tiefe des Fehlers;
  • 6 zeigt ein Schema für die Ultraschallecholotung, die Registrierung von rückgestrahlten Ultraschallimpulsen, die Umwandlung und die Speicherung von Meßdaten;
  • 7 zeigt eine Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors für die Verstärkung der den empfangenen Ultraschallimpulsen entsprechenden elektrischen Impulse von der Zeit;
  • 8 zeigt eine graphische Darstellung von gemessenen Daten zur Wanddicke einer Rohrleitung für einen Abschnitt der untersuchten Rohrleitung, die Schweißnähte identifizieren läßt; und
  • 9 zeigt eine graphische Darstellung von gemessenen Daten zur Wanddicke einer Rohrleitung für einen Abschnitt der untersuchten Rohrleitung, die Metallkorrosionsverluste erkennen läßt.
  • Zur Lösung der Aufgabe einer Verbesserung der Aussagekräftigkeit der Kontrolle innerhalb von Fernleitungen wurden Ultraschall-Defektoskope (Inspektionsgeräte) zur Untersuchung von Erdöl-, Gas-, Kondensat- und Erdölproduktleitungen mit einer Nennweite zwischen 10'' und 56'' entwickelt und gebaut. Die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gebauten Inspektionsgeräte halten einem Druck von bis zu 80 atü stand, weisen eine Passierbarkeit von ca. 85 % der Nennweite auf, sind bei Temperaturen des geförderten Mediums zwischen 0° C und +70° C betreibbar und besitzen einen minimalen passierbaren Krümmungsradius von ca. 1,5 des Durchmessers der Rohrleitung. Bei den Inspektionsgeräten sind folgende Arten des Explosionsschutzes realisiert: "Druckfeste Kapselung", "Eigensicherer elektrischer Stromkreis", "Besonderer Explosionsschutz", wobei sich der Strombedarf der Inspektionsgeräte auf max. 9A beläuft.
  • Ein Ultraschall-Defektoskop zur Untersuchung einer Rohrleitung mit 38'' bis 56'' Durchmesser und einer Wanddicke zwischen 4 und 30 mm in deren Innerem ist in einer konstruktiven Ausführung in 1 gezeigt und besitzt ein Gehäuse 1, welches eine druckfeste Kapselung ausbildet, in welcher eine Speisungsquelle und elektronische Geräte zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von gewonnenen Meßdaten untergebracht sind, die auf einem Bordcomputer beruhen, der den Betrieb des Inspektionsgerätes während seiner Fortbewegung innerhalb einer Rohrleitung steuert. Als Speisungsquelle kommen Akkumulatorenbatterien oder galvanische Batterien mit einer Gesamtkapazität von ca. 1000 Ah in Frage.
  • Im Heckteil des Inspektionsgerätes sind Ultraschallgeber 2 angebracht, die abwechselnd Ultraschallimpulse aussenden und empfangen. Am Gehäuse des Inspektionsgerätes angebrachte Polyurethanmanschetten 3 sorgen für die Zentrierung des Inspektionsgerätes innerhalb der Rohrleitung und für dessen Fortbewegung mittels eines Stromes des über die Rohrleitung geförderten Mediums.
  • Die Räder der am Defektoskopgehäuse montierten Odometer 4 werden gegen die Innenwand der Rohrleitung gedrückt. Bei der Fortbewegung des Inspektionsgerätes erzeugen die Odometer Impulse, deren Zahl zum durch die Odometer gemessenen Abstand proportional ist, wobei die Impulse der Odometer in einer Schaltung verarbeitet werden, die für die Anpassung der Zeit der Inbetriebsetzung von den Ultraschallgebern an die Anzeige der Odometer sorgen, wobei die Information über die durch die Odometer gemessene Länge des zurückgelegten Weges in den Speicher des Bordcomputers eingetragen wird, so dass nach Beendigung der diagnostischen Fortbewegung und nach der Verarbeitung der gesammelten Daten die Lage von Fehlern an der Rohrleitung und jeweils die Stelle für eine spätere Ausbaggerung und die Instandsetzung der Rohrleitung ermittelt werden.
  • Man bringt das Inspektionsgerät in die Rohrleitung und beginnt die Förderung des Produktes (des Erdöles, der Erdölprodukte) über die Rohrleitung. Im Zuge der Fortbewegung des Ultraschall-Defektoskops innerhalb der Rohrleitung strahlen die Ultraschallgeber intermittierend Ultraschallimpulse aus.
  • Bei der Lösung der Aufgabe für die Ultraschalldickenmessung werden Ultraschallimpulse 24, 2, senkrecht zur Innenfläche der Rohrleitung gesendet. Diese Impulse werden z. T. durch die Innenwand der Rohrleitung 21, die Außenwand der Rohrleitung 22 oder durch den Bereich eines Fehlers 23 wie etwa einer Metallabschichtung in der Wand des Rohres, rückgestrahlt. Zum Teil gehen die Ultraschallimpulse 29 durch die Trenngrenze der Medien durch, die durch die Außenwand der Rohrleitung gebildet ist.
  • Nach Beendigung des Aussendens von Ultraschallimpulsen schalten die Ultraschallgeber auf den Empfang der rückgestrahlten Impulse um und empfangen die Impulse 25, die durch die Innenwand zurückgestrahlt werden, und die Impulse 27, 28, die durch die Außenwand des Rohres zurückgestrahlt werden, oder Impulse 26, die durch den erwähnten Bereich eines Fehlers in der Wand zurückgestrahlt werden.
  • Um Risse in der Wand einer Rohrleitung zu entdecken, werden die Ultraschallimpulse 32, 3, in einem Winkel zwischen 15 und 21° (vorteilhafterweise zwischen 17 und 19°) zur Normalen der Oberfläche der Rohrleitung ausgestrahlt. Diese Impulse werden teilweise durch die Innenwand der Rohrleitung 21, die Außenwand der Rohrleitung 22 oder durch einen rißartigen Fehler 31 rückgestrahlt. Zum Teil gehen die Ultraschallimpulse 33 durch die Trenngrenze der Medien durch oder werden durch 34 rückgestrahlt, indem sie den rückgestrahlten Nutzimpuls 35 abschwächen.
  • Nach Aussendung von Ultraschallimpulsen schalten die Ultraschallgeber auf den Empfangsbetrieb um und empfangen die Impulse 35, die durch den rißartigen Fehler 31 zurückgestrahlt werden.
  • 4 veranschaulicht eine Abhängigkeit der Wanddicke einer Rohrleitung über die Länge der Letzteren. Die Abschnitte 41, 42 und 43, 4, entsprechen den Abschnitten der Rohrleitung, in denen Rohre mit unterschiedlicher nominaler Wanddicke verwendet sind, und zwar: 10 mm beim Abschnitt 41, 8,2 mm beim Abschnitt 42 und 10 mm beim Abschnitt 43. Die Differenz in Bezug auf die Nominaldicke beläuft sich im vorliegenden Fall auf etwa 20 %, wobei die durch einen Fehler in der Wand der Rohrleitung mit geringerer Dicke rückgestrahlten Ultraschallimpulse weniger gedämpft werden als die durch einen Fehler in der Wand der Rohrleitung mit größerer Dicke rückgestrahlten Impulse, wobei bei einem Festwert des Verstärkungsfaktors den Fehlern mit gleichen geometrischen Parametern in den Wänden unterschiedlicher Dicke verschiedene Amplitudenwerte der empfangenen Impulse entsprechen würden.
  • Eine sukzessive Inbetriebsetzung und Abfrage der Ultraschallgeber 61, die durch Generatoren 71 erregt werden, wird mit Hilfe eines Multiplexers 70, welcher für eine sukzessive Inbetriebsetzung der Generatoren 71 sorgt, und eines Summierers 60, der für eine sukzessive Abfrage der Geber verantwortlich ist, realisiert. Ein Signal zur Inbetriebsetzung eines Gebers, das an den Eingang des Multiplexers 70 gelangt, initiiert die Generatoren 71, die jeweils aufeinanderfolgend die Ultraschallgeber 61 mit Hilfe eines Impulses mit 300 V Spannung erregen. Darüber hinaus kommt ein Signal zur Inbetriebsetzung des Gebers am Steuereingang des Summierers 60 an und synchronisiert den Empfang von Impulsen der Geber 61. Ein Signal (Impuls) des Gebers 61 wird über den Summierer 60 einem regelbaren Verstärker 75 zugeführt, von dessen Eingang her der Impuls des Gebers über einen logarithmischen Verstärker 76 an einen der Eingänge eines Summierers 77 gelangt. Der Verstärkungsfaktor des regelbaren Verstärkers 75 wird mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers 83 eingestellt, der durch ein Modul zur Umwandlung von Digitaldaten gesteuert wird. Vom Ausgang des Summierers 77 her kommt der Impuls bei einem Analog-Digital-Wandler 78 an, wo die Impulsamplitude einer Analog-Digital-Umwandlung ausgesetzt wird, wobei digitalisierte Amplituden aus dem Analog-Digital-Wandler 78 einem Modul zur Umwandlung von Digitaldaten 79 und einem der Eingänge einer Schaltung zum Messen des Geräuschpegels 85 zugeführt werden und an einen zweiten Eingang der Schaltung 85 eine Referenzspannung aus dem Modul zugeführt wird. Ein Wert gelangt vom Ausgang 85 an den Eingang eins Codeformers 86 eines Digital-Analog-Wandlers 87. Ein Analogwert wird aus einem Digital-Analog-Wandler 87 über ein Tiefpaßfilter 88 einem zweiten Eingang des Summierers 77 zugeführt. Einem dritten Eingang des Summierers 77 wird ein wert der unteren Grenze des Digitalisierungsbereichs vom Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 78 zugeführt. Die im Modul 79 umgewandelten Digitaldaten werden einem Bordcomputer 80 zugeführt, in welchem die Daten in einen Digitaldatenspeicher 81 eingetragen werden, wobei die Daten in Dateien unter Einschreibung der Eröffnungs- und Schließungszeit einer Datei nach einer Schaltuhr 82 eingetragen werden. Die Schaltuhr 82 wird mit einem Taktgenerator 84 synchronisiert.
  • Um den Abtastungsbetrieb (Aussendungsbetrieb von Suchimpulsen) zu synchronisieren, besteht eine Schaltung 94 zur Verarbeitung von Daten der Odometer 91, 92, 93, 6. Die Ausgänge der Odometer 91, 92, 93 sind an die Eingänge der Schaltung 94 geschaltet, wobei der Ausgang der Schaltung 94, der für die Inbetriebsetzung der Ultraschallgeber verantwortlich ist, an einen der Eingänge der Schaltung 79 geschaltet ist, deren Ausgang, der für die Aussendung von Ultraschallimpulsen verantwortlich ist, an den Eingang des Multiplexers 70 und den des Summierers 60 geschaltet ist. Die Daten, die den Verarbeitungsbetrieb der Daten der Odometer in der Schaltung 94 bestimmen, gelangen aus der Schaltung 79 an die Schaltung 94, und aus der Schaltung 94 kommen die umgewandelten Daten der Odometer bei der Schaltung 79 an. Der Ausgang der Schaltuhr 84 ist ebenfalls einem der Eingänge der Schaltung 94 zugeordnet.
  • Bei der Reflexion eines Ultraschallimpulses durch einen rißartigen Fehler charakterisiert die maximale Impulsamplitude die Tiefe eines Risses. 5 zeigt eine Abhängigkeit der Amplitude "U" eines maximalen elektrischen Impulses, welcher einem durch einen rißartigen Fehler rückgestrahlten Ultraschallimpuls entspricht, von der Tief eines Fehlers "d" bei einer vorbestimmten Ultraschalldämpfung Auf Grund dessen, dass die bei der Untersuchung einer Rohrleitung empfangenen Ultraschallimpulse einen unterschiedlich langen Weg zurücklegen und folglich in unterschiedlichem Maße gedämpft werden, normiert man die Amplitude der elektrischen, den empfangenen Ultraschallimpulsen entsprechenden Impulse durch eine Änderung des Verstärkungsfaktors je nach der nach der Aussendung eines Suchimpulses abgelaufenen Zeit.
  • In einem Zeitintervall zwischen 8,4 μs und 56,6 μs erhöht man den Verstärkungsfaktor "K" für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber diskontinuierlich bei einem Schritt von 8,4 μs (in 8 Schritten), so dass sich der Maximalwert "K" auf etwa 1,5∙K0 beläuft.
  • Bei einer der möglichen Ausführungsformen erhöht man den Verstärkungsfaktor "K" als Funktion der Art: K = K0∙(1 + 2(M-9)∙sgn (M – 1)), wobei K0 einen Anfangswert des Verstärkungsfaktors (bei einem 1. Schritt) und "M" eine Schrittnummer (M=[(t – t0)/dt + 1] bedeutet, worin "t0" gleich 8,4 μs ist und eine Zeit bedeutet, die nach der Aussendung eines Ultraschallimpulses abgelaufen ist, mit welchem die Verstärkung von Impulsen anfängt, "dt" eine zeitliche Schrittlänge ist, die gleich 8,4 μs ist, so dass der Maximalwert "K" 1,5∙K0 beträgt, wobei die Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors "K" der Impulse von der nach der Aussendung eines Suchimpulses abgelaufenen Zeit "t" in 7 durch eine Kurve 110 wiedergegeben ist. Hierbei beträgt eine maximale Änderung des Verstärkungsfaktors "K" 0,25∙K0. Eine solche Ausführung zeichnet sich durch die einfachste gerätetechnische Realisierung z.B. auf Grundlage nur eines Zählers aus.
  • Bei einer anderen möglichen Ausführungsform erhöht man den Verstärkungsfaktor "K" der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber je nach der angegebenen, nach der Aussendung eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufenen Zeit "t" und nach der Schrittnummer "M" entsprechend der Funktion der Art: K = K0∙(1 + 0,01∙(M – 1)2), M = [(t – t0)/dt + 1],wobei t0 gleich 8,4 μs ist und eine nach der Aussendung eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufene Zeit bedeutet, mit welchem die Verstärkung der Impulse anfängt, und "dt" eine zeitliche Schrittlänge von 8,4 μs bedeutet. Hierbei beläuft sich der Maximalwert des Verstärkungsfaktors "K" auf 0,13∙K0. Die Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors "K" von der nach der Aussendung eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufenen Zeit "t" ist in 7 durch eine Kurve 111 gezeigt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform erhöht man den Verstärkungsfaktor der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber unter Beachtung der angegebenen, nach der Aussendung eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufenen Zeit entsprechend einer tabellarischen Funktion der Schrittnummer. Die tabellarische Funktion bestimmt man unter Laborverhältnissen mit Rücksicht auf den Mediumtyp (Wasser, Erdöl, Kerosin, Dieselmotorenöl od. dgl.).
  • Den Schwellenwert verändert man diskontinuierlich bei einem Schritt von 4,2 μs als vorbestimmte Zeitfunktion mit Rücksicht auf den Geber, dessen Impulse im vorliegenden Zeitpunkt verarbeitet werden.
  • Die Abhängigkeit der Verstärkungsfaktoren und der Schwellenwerte von der Zeit wird im Zuge der Fortbewegung des Inspektionsgerätes innerhalb einer Rohrleitung aus einer Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Digitaldaten (Modulen des Bordcomputers) abgelesen, wobei eine individuelle Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors und des Schwellenwerts von der Zeit für jeden Geber synchron mit einem Zeitintervall, binnen welchem Ultraschallimpulse mit Hilfe dieses Gebers empfangen werden, festgelegt wird.
  • Die Anfangswerte für die Verstärkungsfaktoren werden für jeden Ultraschallgeber vor der Aussendung von Ultraschallimpulsen in Richtung zur Wand der zu untersuchenden Rohrleitung wie folgt bestimmt. Man erregt den Ultraschallgeber mittels eines elektrischen Impulses mit 300 V Spannung, welcher auf diese Weise einen Ultraschallimpuls in Richtung zu einer Stahlplatte bekannter Dicke aussendet. Dann empfängt man mit Hilfe desselben Gebers den Ultraschallimpuls, der durch die vom Geber entfernte Oberfläche der Stahlplatte rückgestrahlt wird. Man erhöht sukzessiv den Verstärkungsfaktor bei Anwendung der realisierten Mittel zur Umwandlung und Speicherung von Daten mit Hilfe eines Algorithmus so lange, bis der Amplitudenwert für den maximalen Impuls einen Bereich zwischen 0,7 und 0,8 des maximal zulässigen Amplitudenwerts eines Impulses (von 1 V) erreicht wird. Die Codes des Digital-Analog-Wandlers, die den auf diese Weise ermittelten Anfangswerten der Verstärkungsfaktoren entsprechen, werden in den operativen Speicher einer programmierbaren logischen Integralschaltung für das Betreiben des Inspektionsgerätes eingetragen und in einem Peripheriespeicher in Form von Dateien für eine spätere Verwendung aufbewahrt.
  • Für eine erste Fortbewegung des Inspektionsgerätes werden Schwellenwerte vorgegeben, die sich bei der technologischen Einstellung des Inspektionsgerätes ergeben haben. Ausgehend von den Ergebnissen der Fortbewegung des Inspektionsgerätes bestimmt man nach der Aussendung von Suchimpulsen Zeitzonen mit einer Länge von 4,2 μs, in denen die Zahl von Geräuschimpulsen in einem Bereich 8 bis 16 gelegen ist. Wenn die Zahl der Geräuschimpulse den erwähnten Bereich übertrifft, erhöht man den programmierbaren Schwellenwert für diese Zeitzone bei einem Schritt zwischen 4 und 5 mV. Wenn die Zahl der Geräuschimpulse weniger ist als der angegebene Bereich, wird der programmierbare Schwellenwert für diese Zeitzone bei einem Schritt zwischen 4 und 5 mV verringert. Die Zahl der Zeitzonen ist gleich 16. Man vergleicht dabei die digitalisierten Amplitudenwerte der erhaltenen elektrischen Impulse mit dem digitalen Schwellenwert.
  • Die nächste Fortbewegung des Inspektionsgerätes findet bei Anwendung der gefundenen Schwellenwerte für jede der Zeitzonen statt, die im operativen Speicher der programmierbaren logischen Integralschaltung eingeschrieben sind.
  • Bei einer der Ausführungsformen des beanspruchten Verfahrens werden die erwähnten eingeschriebenen Werte während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes entsprechend dem weiter oben beschriebenen Algorithmus korrigiert.
  • Entsprechend dem durch die Software des Bordcomputers realisierbaren Algorithmus werden die digitalisierten Meßdaten einer Gebergruppe zu Datenrahmen vereinigt, wobei in einen Datenrahmen die Parameter der empfangenen, den Suchimpulsen jedes Ultraschallgebers entsprechenden Impulse und die Zeit nach der Schaltuhr, die eindeutig mit der Zeit der Ausstrahlung der erwähnten Suchimpulse verbunden ist, eingetragen werden. Diese Parameter der empfangenen Impulse beinhalten digitalisierte Amplitudenwerte der Impulse und der nach der Aussendung des betreffenden Suchimpulses abgelaufenen Zeit für jeden Amplitudenwert. Die Parameter der empfangenen Impulse enthalten digitalisierte Amplitudenwerte von maximalen Impulsen und die maximale, nach der Aussendung des betreffenden Suchimpulses abgelaufene Zeit.
  • Der Datenrahmen beinhaltet die erwähnten Parameter für die empfangenen, den Suchimpulsen jedes Gebers aus der Ultraschallgebergruppe entsprechenden Impulse, wobei für jede erwähnte Gebergruppe Werte der Zeit nach der Schaltuhr, welche Zeit eindeutig mit der Zeit der Inbetriebsetzung jedes Gebers aus der genannten Gebergruppe verbunden ist, eingeschrieben werden.
  • Die digitalisierten Daten trägt man in den Digitaldatenspeicher ein, indem in die Datei 20 die erwähnten Datenrahmen und die Zeit für die Eröffnung und Schließung der Datei eingeschrieben werden, wobei die Zeit nach der Uhr des die Eintragung der Daten in den Speicher steuernden Computers bestimmt wird.
  • Die Zeit nach der Uhr des Computers und dieselbe nach der Schaltuhr werden miteinander und mit der Zeit nach einer außerhalb des Inspektionsgerätes angeordneten Schaltuhr vor und nach der Fortbewegung des Inspektionsgerätes synchronisiert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes sowohl Messungen für die Ermittlung der Dicke als auch solche für die Suche nach rißartigen Fehlern vorgenommen.
  • Um die gleiche Zeit werden je mehrere Geber (eine Untergruppe von Gebern) unter Sicherung eines Intervalls zwischen den einzusetzenden Untergruppen in Betrieb gesetzt. Die Zeitspanne zwischen den benachbarten Impulsen der Odometer entspricht einem Abschnitt der durch die Odometer gemessenen Distanz von etwa 3 mm. Während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes bestimmt man die Geschwindigkeit des Letzteren innerhalb der Rohrleitung und prüft die Bedingung, die darin besteht, dass die Geschwindigkeit des Inspektionsgerätes nicht weniger als 0,1 m/s und nicht mehr als 1,5 m/s beträgt.
  • Sollte diese Bedingung nicht erfüllt sein, werden die Ultraschallgeber bei Anwendung der vorgegebenen Periode in Betrieb gesetzt.
  • Nach Beendigung der Kontrolle des vorbestimmten Abschnitts der Rohrleitung wird das Inspektionsgerät aus der Rohrleitung herausgezogen, und die bei der diagnostischen Fortbewegung des Inspektionsgerätes gesammelten Daten werden einem außerhalb des Inspektionsgerätes befindlichen Computer zugeführt.
  • Eine spätere Analyse der eingeschriebenen Daten ermöglicht es, Wandfehler der Rohrleitung zu identifizieren und deren Lage an der Rohrleitung mit dem Zwecke der späteren Reparatur der beschädigten Abschnitte der Rohrleitung zu bestimmen.
  • In 8 und 9 sind Fragmente einer grafischen Darstellung von Daten gezeigt, die bei einer diagnostischen Fortbewegung des Inspektionsgerätes gewonnen wurden, welche Darstellung Besonderheiten der Rohrleitung und Fehler in deren Wand erkennen lässt. An einer Achse L, 8 und 9, ist die Länge einer Rohrleitung längs ihrer Achse und an einer Achse LP die Umfangslänge in einer Schnittebene der Rohrleitung abgetragen. Die schwarzen Punkte auf der Abbildung geben an, dass an diesen Stellen des Rohres die Abweichung der gemessenen Wanddicke des Rohres von der Nenndicke für diesen Abschnitt der Rohrleitung den Schwellenwert übertrifft. In 8 sind charakteristische Besonderheiten von Rohrleitungen wie Längsschweißnähte 151 und 152 von Rohren, eine Schweißnaht zwischen Rohren 153 und ein Rohrbelüfter erkennbar. 9 zeigt typische Korrosionsschäden 161 von Rohrleitungen, welche durch die Durchführung der Ultraschall-Defektoskopie gemäß dem beanspruchten Verfahren bzw mittels der beanspruchten Vorrichtung identifizierbar sind.

Claims (22)

  1. Verfahren zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohrleitungen mit den folgenden Schritten: Fortbewegen eines Inspektionsgerätes mit daran angebrachten Ultraschallgebern und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Meßdaten innerhalb einer Rohrleitung, Aussenden von Ultraschallsuchimpulsen während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes und Empfang der rückgestrahlten, den erwähnten Suchimpulsen entsprechenden Ultraschallimpulse mit Hilfe der Ultraschallgeber, Verstärken der den empfangenen Ultraschallimpulsen entsprechenden elektrischen Impulse der Geber, Umwandeln und Speichern von Messdaten, wobei die Amplitudenwerte für die gewonnenen elektrischen, den rückgestrahlten Ultraschallimpulsen entsprechenden Impulse mit einem Schwellenwert verglichen werden und während der Messungen die nach dem Aussenden eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufene Zeit ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zeitintervall der Verstärkungsfaktor für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber und der Schwellenwert als vorgegebene Funktionen der Zeit intermittierend geändert werden, dass die Abhängigkeiten der Verstärkungsfaktoren und der Schwellenwerte von der Zeit während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes innerhalb der Rohrleitung aus einer Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Digitaldaten abgelesen werden und eine individuelle Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors und des Schwellenwertes von der Zeit für jeden Geber synchron mit dem Zeitintervall, binnen welchem Ultraschallimpulse mit Hilfe dieses Gebers empfangen werden, festgelegt wird, dass die digitalisierten Amplitudenwerte der gewonnenen elektrischen Impulse mit dem digitalen Schwellenwert verglichen werden, dass die Abhängigkeit des Schwellenwerts von der Zeit als Funktion der Zahl falscher Impulse innerhalb eines vorangegangenen Zeitabschnittes festgelegt wird, welche den im Zeitpunkt der Registrierung eines falschen Impulses festgelegten Impuls übertroffen haben, dass das Zeitintervall in mehrere Zeitzonen eingeteilt und das vorbestimmte Schema für die Einteilung in Zeitzonen nach jedem Suchimpuls benutzt wird, dass die Zahl der Zeitzonen nicht weniger als 4 und nicht größer als 128 ist; und dass während der Fortbewegung des Inpektionsgeräts die falschen Impulse für jede Zeitzone zusammengerechnet werden und der Schwellenwert für jede Zone je nach der Zahl der die Schwelle übertreffenden falschen Impulse in der betreffenden Zone für mehrere Suchimpulse festgelegt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor bei Anwendung einer Periode zwischen 2 und 20 μs und eines Schrittes, der max. 0,25 des Anfangswertes des Verstärkungsfaktors beträgt, intermittierend geändert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor intermittierend bei einer Periode zwischen 1 und 10 μs festgelegt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Grenze des im Anspruch 1 angegebenen Zeitintervalls zwischen 3 und 20 μs und die obere Grenze des Intervalls zwischen 40 und 200 μs beträgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor "K" für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber je nach der angegebenen, nach der Aussendung eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufenen Zeit "t" nach der Funktion der Art K = c + a∙(t – b)n erhöht wird, worin "a" einen positiven Wert bedeutet, "n" nicht weniger als 1 ist und "b" einen Wert bedeutet, der die untere Grenze des im Anspruch 1 angegebenen Zeitintervalls nicht übertrifft.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass "n" gleich 2 ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor "K" für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber je nach den Schritten unter Beachtung der angegebenen Zeit, welche nach der Aussendung eines durch die Schrittnummer "M" charakterisierten Ultraschallsuchimpulses abgelaufen ist, der maximalen Zahl der Schritte "N" und des Anfangswertes des Verstärkungsfaktors "K0" nach der Funktion der Art: K = K0∙(1 + a∙2M-N) erhöht wird, worin "a" einen positiven Wert bedeutet und "N" nicht weniger als 6 ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die falschen Impulse Geräuschimpulse sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abhängigkeit des Schwellenwertes von der Zeit festgelegt wird, bei der einem Ultraschallsuchimpuls 8 bis 16 empfangene falsche, die Schwelle übertreffende Impulse entsprechen.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der falschen Impulse nach Beendigung der Fortbewegung des Inspektionsgerätes bestimmt und eine Abhängigkeit des Schwellenwertes von der Zeit für eine spätere diagnostische Fortbewegung des Inspektionsgerätes festgelegt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalisierten Parameter der empfangenen Impulse zu Datenrahmen gruppiert werden, wobei diese Parameter digitalisierte Amplitudenwerte der Impulse und der nach der Aussendung des betreffenden Suchimpulses abgelaufenen Zeit für jeden Amplitudenwert beinhalten, der Datenrahmen die Parameter der empfangenen Impulse, die 10 bis 1000 Suchimpulsen für jeden Geber aus der angegebenen Gebergruppe entsprechen, umfasst, für jede angegebene Gebergruppe Werte der Zeit eingeschrieben werden, die nach einer im Inspektionsgerät eingebauten Schaltuhr bestimmt wird und mit der Zeit der Inbetriebsetzung jedes Gebers aus der angegebenen Gebergruppe eindeutig verbunden ist, die digitalisierten Werte in einen Digitaldatenspeicher eingetragen werden, indem in eine Datei mehrere Datenrahmen sowie die Eröffnungs- und Schließungszeit der Datei eingeschrieben werden, die angegebene Zeit nach einer Uhr eines die Eintragung von Daten in den Speicher steuernden Computers bestimmt wird und die Zeit nach der Uhr des Computers und die Zeit nach der Schaltuhr miteinander und. mit der Zeit nach einer außerhalb des Inspektionsgerätes angeordneten Schaltuhr synchronisiert werden.
  12. Vorrichtung zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohrleitungen mit einem Inspektionsgerät mit daran angebrachten Ultraschallgebern und Mitteln zur Messung, Verarbeitung und Speicherung von Messdaten während der Fortbewegung innerhalb einer Rohrleitung, welche dazu ausgelegt ist, Ultraschallsuchimpulse während der Fortbewegung auszusenden und die rückgestrahlten, den Suchimpulsen entsprechenden Ultraschallimpulse mit Hilfe der Ultraschallgeber zu empfangen, die den empfangenen Ultraschallimpulsen entsprechenden elektrischen Impulse der Geber zu verstärken, die Messdaten umzuwandeln und zu speichern, wobei die Amplitudenwerte für die gewonnenen elektrischen, den rückgestrahlten Ultraschallimpulsen entsprechenden Impulse mit einem Schwellenwert verglichen werden und während der Messungen die nach dem Aussenden eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufene Zeit zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, in einem Zeitintervall den Verstärkungsfaktor für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber und den Schwellenwert als vorgegebene Funktionen der Zeit intermittierend zu ändern, dass die Abhängigkeiten der Verstärkungsfaktoren und der Schwellenwerte von der Zeit während der Fortbewegung des Inspektionsgerätes innerhalb der Rohrleitung aus einer Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Digitaldaten abgelesen und eine individuelle Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors und des Schwellenwertes von der Zeit für jeden Geber synchron mit dem Zeitintervall, binnen welchem Ultraschallimpulse mit Hilfe dieses Gebers empfangen werden, festgelegt werden, dass die digitalisierten Amplitudenwerte der gewonnenen elektrischen Impulse mit dem digitalen Schwellenwert verglichen werden, dass die Abhängigkeit des Schwellenwerts von der Zeit als Funktion der Zahl falscher Impulse innerhalb eines vorangegangenen Zeitabschnittes festgelegt wird, welche den im Zeitpunkt der Registrierung eines falschen Impulses festgelegten Impuls übertroffen haben, dass das Zeitintervall in mehrere Zeitzonen eingeteilt und das vorbestimmte Schema für die Einteilung in Zeitzonen nach jedem Suchimpuls benutzt wird, dass die Zahl der Zeitzonen nicht weniger als 4 und nicht größer als 128 ist und dass während der Fortbewegung des Inspektionsgeräts die falschen Impulse für jede Zeitzone zusammengerechnet werden und der Schwellenwert für jede Zone je nach der Zahl der die Schwelle übertreffenden falschen Impulse in der betreffenden Zone für mehrere Suchimpulse festgelegt wird.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor bei Anwendung einer Periode zwischen 2 und 20 μs und eines Schrittes, der max. 0,25 des Anfangswertes des Verstärkungsfaktors beträgt, intermittierend geändert wird.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor intermittierend bei einer Periode zwischen 1 und 10 μs festgelegt wird.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Grenze des im Anspruch 1 angegebenen Zeitintervalls zwischen 3 und 20 μs und die obere Grenze des Intervalls zwischen 40 und 200 μs beträgt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor "K" für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber je nach der angegebenen, nach der Aussendung eines Ultraschallsuchimpulses abgelaufenen Zeit "t" nach der Funktion der Art K = c + a∙(t – b)n erhöht wird, worin "a" einen positiven Wert bedeutet, "n" nicht weniger als 1 ist und "b" einen Wert bedeutet, der die untere Grenze des im Anspruch 1 angegebenen Zeitintervalls nicht übertrifft.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass "n" gleich 2 ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor "K" für die Verstärkung der elektrischen Impulse der Ultraschallgeber je nach den Schritten unter Beachtung der angegebenen Zeit, welche nach der Aussendung eines durch die Schrittnummer "M" charakterisierten Ultraschallsuchimpulses abgelaufen ist, der maximalen Zahl der Schritte "N" und des Anfangswertes des Verstärkungsfaktors "K0" nach der Funktion der Art: K = K0∙(1 + a∙2M-N) erhöht wird, worin "a" einen positiven Wert bedeutet und "N" nicht weniger als 6 ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die falschen Impulse Geräuschimpulse sind.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abhängigkeit des Schwellenwertes von der Zeit festgelegt wird, bei der einem Ultraschallsuchimpuls 8 bis 16 empfangene falsche, die Schwelle übertreffende Impulse entsprechen.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der falschen Impulse nach Beendigung der Fortbewegung des Inspektionsgerätes bestimmt und eine Abhängigkeit des Schwellenwertes von der Zeit für eine spätere diagnostische Fortbewegung des Inspektionsgerätes festgelegt wird.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalisierten Parameter der empfangenen Impulse zu Datenrahmen gruppiert werden, wobei diese Parameter digitalisierte Amplitudenwerte der Impulse und der nach der Aussendung des betreffenden Suchimpulses abgelaufenen Zeit für jeden Amplitudenwert beinhalten, der Datenrahmen die Parameter der empfangenen Impulse, die 10 bis 1000 Suchimpulsen für jeden Geber aus der angegebenen Gebergruppe entsprechen, umfasst, für jede angegebene Gebergruppe Werte der Zeit eingeschrieben werden, die nach einer im Inspektionsgerät eingebauten Schaltuhr bestimmt wird und mit der Zeit der Inbetriebsetzung jedes Gebers aus der angegebenen Gebergruppe eindeutig verbunden ist, die digitalisierten Werte in einen Digitaldatenspeicher eingetragen werden, indem in eine Datei mehrere Datenrahmen sowie die Eröffnungs- und Schließungszeit der Datei eingeschrieben werden, die angegebene Zeit nach einer Uhr eines die Eintragung von Daten in den Speicher steuernden Computers bestimmt wird und die Zeit nach der Uhr des Computers und die Zeit nach der Schaltuhr miteinander und mit der Zeit nach einer außerhalb des Inspektionsgerätes angeordneten Schaltuhr synchronisiert werden.
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