Sicher Leckagen erkennen

Andreas Lucas

Beim Transport von umweltgefährdenden Stoffen in Rohrleitungen gilt es Leckagen zum Schutz von Grund- und Oberflächenwasser, Personen oder Anlagen effektiv zu vermeiden. Die hierfür geltenden Sicherheitsanforderungen beim Errichten und Betrieb von Rohrleitungen für wassergefährdende Stoffe beschreibt das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) sowie die Anlagenverordnungen (VAwS) und Verwaltungsvorschriften (VVAwS) der einzelnen Bundesländer. Die nachfolgenden Betrachtungen gelten für oberirdisch verlegte und zu beheizende Leitungen. Hierzu zählen auch Leitungen, die in begehbaren Kanälen unter der Erde verlegt sind.

Bisher wurde bei Rohrleitungen mit hohem Gefährdungspotential ein zusätzlicher Schutz mit einer doppelwandigen Rohrkonstruktion erreicht (Abb. 1). Sind Rohrleitungen auf Rohrbühnen verlegt, werden unter den Rohren Auffangwannen oder Auffang-räume installiert (Abb. 2). Teilweise sind diese zum Schutz vor Niederschlag geschlossen ausgeführt. Nachteil beider Anordnungen:

Die Konstruktionen sind technisch aufwendig und Nachrüstungen bestehender Rohrleitungen sind kaum möglich. Eine visuelle Kontrolle der Rohrleitung auf ihre Dichtigkeit kann nicht durchgeführt werden. Vorteile schafft hier ein Rohrleitungsverbundsystem aus einem Sensorkabel und einer elektronischen Überwachungseinheit.

Mit dem Verbundsystem lassen sich folgende Funktionen kompakt und aufeinander abgestimmt realisieren:

• elektrische Begleitheizung der Produktrohrleitung,

• schnelle und zuverlässige Leckageerkennung,

• Rückhaltung des auslaufenden Mediums im Leckanfangsstadium,

• Wärmeisolierung,

• Prüffähigkeit der Rohrleitung.

Die Hauptunterschiede zu konventionellen Rohrleitungsausführungen liegen im automatischen Leckageerkennungssystem, das aus einem Sensorkabel und der zugehörigen Überwachungselektronik besteht. Abbildung 3 zeigt schematisch den Aufbau des Verbundsystems. Das Sensorkabel ist ein Koaxialkabel und besteht aus einem porösen Mantel, einem metallischen Außengeflecht und einem Innenleiter. Zwischen Schirmgeflecht und Innenleiter liegt eine mit Luft gefüllte GORE-TEX®-Schicht.

Dringt eine Flüssigkeit durch die poröse Außenhaut in die GORE-TEX®-Schicht ein, tritt eine Änderung der physikalischen Eigenschaften an dieser Stelle auf. Damit die Flüssigkeit allerdings in das Kabel eindringen kann, muß sie über eine geringe Viskosität verfügen. Zähflüssige Produkte wie etwa Paraffine oder ähnliches sind daher nicht mit dem Sensorkabel zu detektieren. Die besten Detektionsergebnisse liefern Flüssigkeiten mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten. Typische Anwendungen sind beispielsweise Benzin, Heizöl oder Benzol. Für rund 400 Flüssigkeiten existieren bereits entweder Referenzanlagen oder liegen Laborversuche vor. Für Stoffe, die in der Datenbank des Herstellers noch nicht erfaßt sind, sind zunächst Laborversuche erforderlich. Nur so läßt sich ein optimaler Einsatz gewährleisten.

Die Länge des Sensorkabels wird lediglich durch die notwendigen Ex-Schutzmaßnahmen begrenzt. Aufgrund seines koaxialen Aufbaus hat das Kabel eine Eigenkapazität und wirkt als Energiespeicher. Die Schutzmaßnahmen bei der eingesetzten Meßtechnik zur Detektion und Ortung von Leckagen ist im Ex-Bereich bis zu ca. 1 km geprüft und PTB-Konformitätsbescheinigungen liegen vor.

Ein weiterer wichtiger konstruktiver Unterschied zu bisherigen Systemen besteht in einer Folie, die unter der Wärmeisolierung installiert ist und das Rohr mit dem Sensorkabel und der Begleitheizung umschließt. Die medienbeständige Rückhaltefolie erfüllt dabei zwei Funktionen. Die Hauptaufgabe liegt darin, die aus dem Rohr austretende Flüssigkeit zum Sensorkabel zu führen. Ohne Folie müßte die Flüssigkeit zunächst die komplette Wärmeisolierung durchtränken, bevor der Sensor benetzt wird. Mit der Folie reichen dagegen schon wenige Milliliter Flüssigkeit aus, um den Sensor zu aktivieren und den Gefahrenzustand im Leck-vor-Bruch-Stadium zu melden. Außerdem schützt die Folie das Sensorkabel vor äußeren Einflüssen. Häufig erfolgt die Installation im Freien, das heißt, Wasser kann in die Wärmeisolierung eindringen und für eine feuchte Umgebung im Rohrmantel sorgen. Ohne Folie entstünde ein Störsignal, das das eigentliche Signal einer Leckage beeinflußt. Die Folie muß hierzu allerdings nicht verschweißt werden. Es genügt, wenn sie auf der oberen Seite eingeschlagen und mit einem Klebeband fixiert wird.

In der Regel werden Standardfolien mit geringen Materialstärken verwendet. Typische Folienmaterialien sind Polypropylen, Polyethylen und Polytetrafluorethylen. Aber auch Aluminiumfolien kommen zum Einsatz. Da die Hauptaufgabe der Folie die Zwangsführung der Flüssigkeit zum Sensorkabel ist, muß sie der austretenden Flüssigkeit nicht unbegrenzt standhalten. Übliche Dicken der Folie sind daher 50 bis 70 mm, je nach Anwendung sind aber auch ein bis zwei Millimeter möglich.

Bei der Streckenüberwachung mit Hilfe von Sensorkabeln lassen sich Lecks mit einer Genauigkeit von 0,5 bis 1% der kontrollierten Leitungslänge orten. Die Überwachungseinheit sendet hierzu einen elektrischen Impuls aus, der durch das Kabel bis zum Ende läuft. Dort wird er reflektiert und zur Überwachungseinheit zurückgeführt. Die Überwachungseinheit speichert die Impulslaufzeit und vergleicht sie ständig mit dem aktuellen Wert. Tritt im Rohrleitungssystem eine Leckage auf, wird der elektrische Impuls an dieser Stelle reflektiert. Daraus resultiert eine verkürzte Laufzeit. Mit Hilfe der Geschwindigkeit des Impulses läßt sich die Stelle der Leckage berechnen.

Die Sensorkabeltechnik erkennt auch schleichende Leckagen frühzeitig und zuverlässig. Ein Durchnässen der Wärmeisolierung, was zu Wärmeverlusten und einer unerwünschten Herabsetzung der Produkttemperatur führt, wird frühzeitig bemerkt. Die Wahrscheinlichkeit für einen Produktionsausfall durch eine mögliche Zustandsänderung des Fördermediums in der Rohrleitung reduziert sich somit deutlich.

Schäden meldet das System schon im Anfangsstadium, eine einfache Begrenzung, beispielsweise durch Schließen der Rohrleitung, ist möglich.

Das Leckageerkennungssystem läßt sich sowohl in Neubauten als auch in alten Anlagen installieren. Bei der Nachrüstung alter Anlagen, beispielsweise bei Produktwechsel, müssen die Rohre unter anderem auf Korrosionsschäden und ihre Wandstärken überprüft werden. Nach einer entsprechenden Rohrleitungsrenovierung erfolgt zunächst die Montage der elektrischen Begleitheizung und einer Führungsspirale (Abb. 4). Diese dient später zum Einzug des Sensorkabels. Anschließend montiert man Folie, Wärmeisolierung und Blechmantel um das Rohr. Zum Schluß wird dann das Sensorkabel eingezogen.

Der Anlagenbetreiber gibt den Ort für die Installation der Überwachungeinheit vor. Dies kann zum Beispiel an einer Pumpstation, einem Ventil oder in einem Nebenwartenraum geschehen. Ein nicht detektierendes Verbindungskabel überbrückt die Strecke zwischen dem Sensorkabel und der Überwachungsstation.

Mit dem Verbundsystem lassen sich sichere Rohrleitungen gemäß den wasserrechtlichen Forderungen realisieren. Die Rückhaltung des Verbundsystems bei auslaufenden wassergefährdenden Stoffen ist, bedingt durch sehr kleine Leckagemengen bis zur Gefahrenmeldung und zum Einsetzen der Gegenmaßnahme, ausreichend. Das Verbundsystem reduziert die Investitionskosten für den sicheren Transport umweltgefährdender Flüssigkeiten und erleichtert den Betrieb von Rohrleitungen, da die wiederkehrenden Prüfungen wesentlich einfacher sind.

Weitere Informationen cav-332