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Motivation
In der Prozessindustrie werden häufig gefährliche
Stoffe eingesetzt, so dass auch kleinste Leckagen der
medienführenden Anlagenteile zu hohen Umweltbelastungen führen können. Daher, und um die dauerhafte
Verfügbarkeit der Infrastruktur zu gewährleisten, ist
die frühzeitige Erkennung und Ortung von potentiell
gefährlichen Veränderungen an den Wandungen (z.B.
Risse, Pittings, Ablagerungen in der Polymerindustrie)
erforderlich.
Ziel
Am Beispiel von Rohrleitungen sollen im Sinne einer
Machbarkeitsstudie die Verfahren der verteilten akustischen und faseroptischen Sensorik zur kontinuierlichen
Überwachung und Detektion potentiell gefährlicher
Veränderungen in Industrieanlagen erprobt und qualifiziert werden. Dabei sollen die Applikation der optischen Sensorfasern hinsichtlich der Signalübertragung
auf den Sensor optimiert und die Erkennung der für
dieses Anwendungsgebiet relevanten Schallsignaturen
entwickelt werden. Mithilfe eines solchen Messsystems
können mit geringem Aufwand ausgedehnte Strukturen, auch unter erschwerten Bedingungen (z.B. hohe
Temperatur, Einfluss von Chemikalien) kontinuierlich
überwacht werden.
Projektplan
Ansprechpartner
Identifikation von Schadensursachen, z.B.:
Projektleiter
Dr.-Ing. Karim Habib
FB 2.1 „Gase, Gasanlagen“
+49 30 8104-3409
−−Korrosion, Zeitstandsbeanspruchung
−−Druckstöße und Kavitationsschläge
−−Mechanisch induzierte Schwingungen
−−Fertigungsfehler
−−Ablagerungen
Sensoren und Sensorapplikation
−−Applikation der Sensorfaser am Rohr für optimale
Signalübertragung
−−Sensitivitätsanalyse des Messsystems
−−Datenanalyse, Erkennung und Klassifizierung der
Schallsignaturen spezifischer Schadensbilder
Versuche an Rohren
−−Labormaßstab: Rohrsegment auf 4-Punkt-Biegeprüfstand unter Belastung
−−Freifeld: Versuche an Rohrleitungen mit Längen bis
30 m unter Belastung
−−Jeweils Analyse, Trennung, Ortung von Nutz- und
Störsignalen, akustische Signaturen
−−Detektion von Schäden an der Wandung über
Veränderungen der Akustik des Rohres
−−Detektion von Rissen/Risswachstum
−−Detektion von Leckagen über Ausströmgeräusch
des Mediums
[email protected]
Projektpartner
Dr. rer. nat. Maria-Teresa Hussels
FB 8.6 „Faseroptische Sensorik“
+49 30 8104-3989
[email protected]
Dr.-Ing. Wolfram Baer
FB 9.1 „Betriebsfestigkeit und Bauteilsicherheit“
+49 30 8104-1534
[email protected]
Dr.-Ing. Margit Weltschev
FB 3.2 „Gefahrguttanks und Unfallmechanik“
+49 30 8104-3959
[email protected]
Dr.-Ing. Dirk Schmidt
FB 2.4 Konstruktiver Brand- und Explosionsschutz Gase
+49 30 8104-3497
[email protected]
Dr.-Ing. Werner Daum/Dr. Sc. Franziska Baensch
FB 8.1 „Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren“
+49 30 8104-1910
[email protected]
+49 30 8104-4719
[email protected]
AGIFAMOR
Anwendung der verteilten akustischen und
faseroptischen Sensorik zur kontinuierlichen
Überwachung von Rohrleitungen
Ausgabe 1
Bundesanstalt für Materialforschung
und -prüfung (BAM)
Unter den Eichen 87
12205 Berlin
Expertise
Schadensursachen
Die Identifikation und Definition von Schadensursachen
am gewählten Anwendungsbeispiel Rohrleitungen und
der Methoden zur Früherkennung von Schäden erfolgt
in enger Zusammenarbeit mit der Industrie und auf
Basis der Erfahrung des Fachbereiches 3.2 „Gefahrguttanks und Unfallmechanik“ zu Beständigkeitsbewertungen von metallischen und polymeren Werkstoffen.
Sensorik
Die Detektion von akustischen Signalen und Vibrationen sowie von Dehnungen und Temperaturänderungenan der Rohrleitung mittels der verteilten faseroptischen und faserakustischen Sensorik wird durch den
Fachbereich 8.6 „Faseroptische Sensorik“ durchgeführt.
Im Fokus steht dabei die Entwicklung einer Applikationsmethode der faseroptischen Sensoren an Rohren
zur optimalen Signalübertragung und –erfassung unter
realen Bedingungen.
Ein weiterer Schwerpunkt ist die Datenerfassung und
Analyse. Hierbei erfolgt eine enge Zusammenarbeit mit
dem Fachbereich 8.1 „Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren“, der seine Expertise insbesondere zur
Sensitivitätsanalyse des Messsystems und der Ermittlung und Klassifizierung der Schallsignaturen spezifischer Schadensbilder im Rahmen der Schallemissions­
analyse einbringt.
In einem weiteren Schritt soll das Messsystem an einer
Rohrleitung mit bis zu 30 m Länge auf dem Testgelände Technische Sicherheit der BAM (BAM-TTS) im Fachbereich 2.4 „Konstruktiver Brand- und Explosionsschutz
Gase“ unter verschiedenen Bedingungen und simulierten Schadensfällen untersucht und qualifiziert werden.
Belastungsversuche an Rohren
Für die Versuchsdurchführung am realen Rohr werden
im Fachbereich 9.1 „Betriebsfestigkeit und Bauteilsicherheit“ auf einem 4-Punkt-Biegeprüfstand in einer
servohydraulischen 4 MN-Universalprüfmaschine die
Rohre quasistatischen und zyklischen BelastungsZeit-Funktionen ausgesetzt und die zu entwickelnde
Sensorik erprobt.
Optische Pulslänge
10 ns ...1 µs
Max. Pulswiederholrate
• Max. Bandbreite
100 kHz
50 kHz
Max. Ortsauflösung
1 m
Dehnungsauflösung
< 100 nm/m (Labor)
Max. Reichweite
40 km
Rohr-Prüfstand zur 4-Punkt-Biegung