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Industrial piping systems are particularly relevant to public safety and the continuous availability of infrastructure. However, condition monitoring systems based on many discrete sensors are generally not well-suited for widespread piping systems due to considerable installation effort, while use of distributed fibre-optic sensors would reduce this effort to a minimum. Specifically distributed acoustic sensing (DAS) is employed for detection of third-party threats and leaks in oil and gas pipelines in recent years and can in principle also be applied to industrial plants. Further possible detection routes amenable by DAS that could identify damage prior to emission of medium are subject of a current project at BAM, which aims at qualifying distributed fibre optic methods such as DAS as a means for spatially continuous monitoring of industrial piping systems. Here, first tests on a short pipe are presented, where optical fibres were applied directly to the surface. An artificial signal was used to define suitable parameters of the measurement system and compare different ways of applying the sensor.
Industrial piping systems are particularly relevant to public safety and the continuous availability of infrastructure. However, condition monitoring systems based on many discrete sensors are generally not well-suited for widespread piping systems due to considerable installation effort, while use of distributed fibre-optic sensors would reduce this effort to a minimum. Specifically distributed acoustic sensing (DAS) is employed for detection of third-party threats and leaks in oil and gas pipelines in recent years and can in principle also be applied to industrial plants. Further possible detection routes amenable by DAS that could identify damage prior to emission of medium are subject of a current project at BAM, which aims at qualifying distributed fibre optic methods such as DAS as a means for spatially continuous monitoring of industrial piping systems. Here, first tests on a short pipe are presented, where optical fibres were applied directly to the surface. An artificial signal was used to define suitable parameters of the measurement system and compare different ways of applying the sensor.
Rohrleitungssysteme sind aufgrund ihrer Funktion und Länge hinsichtlich der Sicherheit, Verfügbarkeit und Instandhaltung in Anlagen besonders relevant. Große Fördermengen führen dazu, dass auch kleinste Leckagen hohe Umweltbelastungen verursachen können. Die frühzeitige Erkennung und Ortung von potentiell gefährlichen Veränderungen am Rohr (z.B. Risse, Pittings, Ablagerungen) ist daher erforderlich. In vielen Fällen ist jedoch die Ausstattung einer Rohrleitung mit einer großen Zahl diskreter Sensoren nicht möglich oder sinnvoll.
Die Verfahren der verteilten faseroptischen Sensorik ermöglichen den Einsatz einer einzigen optischen Faser, die gleichzeitig als örtlich kontinuierlicher Sensor sowie zur Signalübertragung genutzt wird, so dass mit vergleichsweise geringem Installationsaufwand sehr ausgedehnte Strukturen mit Sensoren ausgestattet werden können. Im Monitoring von Öl- und Gaspipelines befindet sich daher die verteilte faseroptische Sensorik derzeit im Aufwind. Neben den Verfahren zur Messung von Temperatur und Dehnung ist zuletzt speziell die verteilte faseroptische akustische Sensorik (distributed acoustic sensing, DAS) in den Vordergrund gerückt, da sie u.a. mechanische Einwirkungen Dritter auf die Pipeline (Annäherung, Graben, Manipulation) erfassen kann.
Das Potential von DAS zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung einer Rohrleitung durch die Erkennung und Ortung von Schallereignissen, die auf eine Schädigung schließen lassen, wird derzeit im Rahmen eines interdisziplinären Forschungsprojektes an der BAM untersucht. Zur Qualifizierung der Methode in diesem Anwendungsbereich werden insbesondere Fragestellungen zur Sensorapplikation in Hinblick auf optimale Signalübertragung und Praktikabilität sowie zur Sensitivität des Messsystems und auch der Erfassung und Erkennung der relevanten Schallsignaturen bearbeitet.
In Hinblick auf die Detektion von akustischen Signalen und Vibrationen an und in Rohrleitungen mittels verteilter faseroptischer Sensorik steht die Entwicklung einer Applikationsmethode im Fokus, die eine optimale Signalübertragung auf die faseroptischen Sensoren unter realen Bedingungen gewährleistet. Ein weiterer Schwerpunkt ist auch die Datenerfassung und Analyse. Hierzu gehören eine Sensitivitätsanalyse des gesamten Messsystems und die Ermittlung und Klassifizierung der Schallsignaturen spezifischer Schadensbilder. Aufgebaut wird dabei auf Erfahrungen aus Schallemissionsmessungen an Werkstoffproben und Bauteilen zum Nachweis von aktiven Schädigungsprozessen (z.B. Risswachstum) oder passiven Schädigungen (z.B. Muldenkorrosion in durchströmten Leitungen).
Im Vortrag wird eine kurze Einführung in die verteilte faseroptische Sensorik, speziell die verteilte akustische Sensorik (Distributed Acoustic Sensing, DAS) und in den Stand der Technik beim faseroptischen Pipeline-Monitoring gegeben. Anhand erster Laborversuche im Themenfeldprojekt AGIFAMOR werden die Sensorapplikation sowie die gemessenen Signale erläutert. Abschließend wird ein Ausblick auf weitere im Projekt geplante Untersuchungen gegeben.