Modernisierungsreport 2019/2020
Leckage-Ortung: Smarter Ball im Einsatz

11.12.2019 Mit aktuellen Zustandsdaten lassen sich kommunale Wassernetze und Rohrleitungen effektiv instand halten: Wenn Schäden früh erkannt werden, kann auch entsprechend früh gehandelt werden, bevor Kollateralschäden im Umfeld entstehen.

Bild 1 Der SmartBall erkennt Leckagen sowie Lufteinschlüsse und übermittelt deren genaue Position.
© Foto: Xylem
Bild 1 Der SmartBall erkennt Leckagen sowie Lufteinschlüsse und übermittelt deren genaue Position.
Valide Daten optimieren den Modernisierungsplan und helfen Kommunen aktiv beim Management ihrer Infrastrukturen – technisch wie wirtschaftlich. Genau dafür braucht es mehr Informationen über den Zustand der Leitungen, die zum Beispiel die Drucküberprüfung nach DWA A 147 oder eine visuelle Inspektion nicht immer liefern. Ein Beispiel aus Rheda-Wiedenbrück zeigt, wie eine moderne Leitungsuntersuchung abläuft und welche (zusätzlichen) Informationen gewonnen werden.

Untersuchung mit intelligenten Instrumenten

Die Kanal-Untersuchung auf Leckagen und Lufteinschlüsse mit dem „SmartBall“, ein kabelloses Instrument des Wassertechnologie-Unternehmens Xylem, erfolgt ohne Betriebsunterbrechung sowie mit genauer kartographischer Erfassung der Lage der neuralgischen Punkte und der Leitung selbst. Der SmartBall ist einsetzbar in Abwasserkanälen und bei Trinkwasserleitungen. Die Untersuchung in Rheda-Wiedenbrück (NRW) fand im Rahmen der regelmäßen Kontrollaufl agen nach DWA A 147 statt. Dezidiertes Ziel war, eine Alternative zu einer Druckprüfung zu nutzen und so qualitativ bessere Informationen zu gewinnen. Bei metallischen oder Spannbetonleitungen kann in einem weiterführenden Schritt eine Zustandsanalyse des Rohrmaterials durch eine elektromagnetische und optische Überprüfung (z. B. mit Xylem PipeDiver) Daten liefern, auf deren Grundlage die zu erwartende Lebendauer über den eigentlich eingeplanten Lebenszyklus hinaus bestimmt werden.
Bild 2 LiveView: Vom SmartBall erfasste Informationen können auf dem Laptop verfolgt werden. © Foto: Xylem
Bild 2 LiveView: Vom SmartBall erfasste Informationen können auf dem Laptop verfolgt werden.

So entsteht ein präzises Bild über den Zustand der Leitung. Diese Untersuchung unter Einsatz von intelligenten Instrumenten kann Grundlage sein, um Sanierungskosten auf ein Zehntel der Kosten konventioneller Ansätze zu reduzieren. Neben wirtschaftlichen Aspekten ist aber auch die Prävention von Schäden wichtig. Unterspülungen können beispielsweise im Rahmen der regelmäßigen Leitungsüberprüfungen verhindert werden. Auch die Gefahr der Kontaminierung des Grundwassers durch undichte Abwasserleitungen sinkt signifikant. Der Smart Ball spürt zum Beispiel schon Leckagen mit einem Wasserverlust von 0,01 l/min auf.

Moderne Wartung, Leckage-Ortung und Kartierung

Eine funktionierende Infrastruktur ist für Wasserver- und -entsorger das A und O. Gerade Wasserverluste (Non-Revenue-Water) sind mittlerweile auch Thema in Deutschland. Leckagen beeinfl ussen nicht nur die verlässliche Wasserversorgung. Wasserversorger haben auch in Zeiten von Trockenheit und Dürre-Perioden die Anforderung am nachhaltigen Umgang mit Wasser-Ressourcen. Rheda-Wiedenbrück ist eine Kleinstadt mit ca. 47.000 Einwohnern. Die knapp 1.800 m lange Leitung, die überprüft wurde, verläuft unter bebautem Gebiet. Die genaue Lokalisierung von Problemzonen, um den Instandsetzungs- Aufwand so gering wie möglich zu halten, war darum umso wichtiger. Mit dem Ziel, Lecks oder Lufteinschlüsse aufzuspüren und den genauen Verlauf der Pipeline zu kartieren, wurde an zwei Tagen der SmartBall in zwei separaten Durchgängen eingesetzt. Durch den doppelten Test wurden zuverlässige Daten für den SmartBall-Mappingbericht (X- und Y-Koordinaten) gesammelt.
Bild 3 Die akustische Intensität der ersten Anomalie in der Leitung ist deutlich erkennbar. © Foto: Xylem
Bild 3 Die akustische Intensität der ersten Anomalie in der Leitung ist deutlich erkennbar.

Die Abwasserleitung besteht aus High Density Polyethylene (PE-HD), DN 400. Für den SmartBall sind > 300 mm Rohrdurchmesser erforderlich. Von einer Pumpstation läuft das Rohr zu einem Übergabeschacht. Entlang der Trasse finden sich übliche Schächte mit Entlüftungs- und Ablassventilen sowie Rohrstücke mit Ummantelung aus duktilem Gussrohr. Während der Inspektion wurde die Position des SmartBalls an bekannten Punkten entlang der Leitungstrasse verfolgt.
Bild 4 Eine beispielhafte Signatur einer Leckage. In Rheda-Wiedenbrück wurden bei der Überprüfung keine Undichtigkeiten entdeckt. © Foto: Xylem
Bild 4 Eine beispielhafte Signatur einer Leckage. In Rheda-Wiedenbrück wurden bei der Überprüfung keine Undichtigkeiten entdeckt.

Für die Überprüfung durch Xylem-Experten wurde der SmartBall per Hand durch ein Ventil im ersten Schacht nach der Pumpstation in die Rohrleitung eingeführt (Bild 1). Dafür wurden die Pumpen kurz abgeschaltet, der Abschnitt abgesperrt, drucklos gemacht und teilweise entleert. Nach der Flutung wurden beide Inline-Ventile wieder geöffnet und mit dem Start der Pumpen begann das Messinstrument seinen Weg durch das Rohr. Für den Test wurde der Druck von den üblichen 0,7 bar auf mehr als 1,03 bar erhöht (empfohlene Mindestleckerkennungsgrenze). Dafür montierte die Stadt im Extraktionsschacht eine vertikale Platte mit zwei Kugelhähnen (50 mm, 0,5 m/s). Der Pumpendruck wurde so auf 1,5 bar angehoben. Der Durchfl uss für den Test betrug 226 m³/h. Der erste Inspektionslauf dauerte dabei 71 Minuten (durchschnittliche Geschwindigkeit der Befahrung 0,4 m/s) und der zweite 88 Minuten (0,3 m/s). Das erfreuliche Ergebnis für die Stadt: Es wurden keine Lecks gefunden, durch die Wasser das Rohr verlässt. In Rheda-Wiedenbrück entdeckte die akustische Messung von Xylem jedoch fünf akustische Anomalien mit Signaturen zwischen zwei und neun Metern, die als statische Lufteinschlüsse identifi ziert werden konnten (Bild 3). Lufteinschlüsse können den Wirkungsgrad der Pumpen mindern, was zu erhöhten Stromkosten für die Betreiber führt. Um dies zu verhindern, bieten sich Entlüftungsventile an den betroffenen Stellen an. Oft sind diese Lufteinschlüsse durch Höhenunterschiede in den Leitungen bedingt. Der SmartBall kann diese, wie in Rheda-Wiedenbrück, erkennen. Die lokalen Probleme lassen sich also zielgerichtet lösen.

Kartierte Rohrleitungen

Im Rahmen der Untersuchung wurde auch die genaue Position der Rohrleitung kartographiert. Dafür wurden bekannte Rohrleitungspositionen genutzt. Für die Messung wurden GPS-Punkte festgelegt und die internen Gyroskope und Beschleunigungssensoren des SmartBall-Tools genutzt. Wie bei jeder Inertial-Mapping-Technologie kommt es dabei zu einer "Drift", die über einen Algorithmus korrigiert wird. Die Genauigkeit erreicht so etwa ±0,6 Meter.

Digital in die Zukunft

Eine weitere Option zur Kanal-Analyse bietet der „PipeDiver“ von Xylem, der auch im laufenden Betrieb eingesetzt werden kann. Abschalten und Entwässern ist nicht nötig. In Befahrungsintervallen von 5 bis über 20 km überprüft er die Rohre mit optischen und elektromagnetischen Verfahren. So erkennt das Analysewerkzeug den Zustand der Armierdrähte, identifi ziert geborstene Drähte und erkennt in Metallrohren die Wandstärke und Korrosionen. Durch diese präzise Bestimmung lassen sich zuverlässige Aussagen treffen, die auf weitere Betriebssicherheit schließen lassen. Die Schnittstelle zur digitalen (smarten) Steuerung von Betrieb und Wartung von Infrastrukturnetzen stellt die kontinuierliche Überwachung und Analyse wichtiger Betriebsparameter durch Akustik-, Druck- und Durchfluss-Sensoren dar. Die Daten werden über die Xylem Softwareplattform visentiViewTM ausgewertet und in das SCADA System des Kunden integriert.

Das Zusammenspiel ist eine innovative Lösung im Asset Management dieser Infrastruktur, die die reale Lebensdauer identifi ziert. Im letzten Schritt besteht die Möglichkeit, die Daten in ein Smart-Water-Konzept zu integrieren, das alle Parameter erfasst und nutzbar macht. Die gebündelten Informationen in einem System wie dem „Visenti View“ erleichtert die Steuerung und die Prognose künftiger Handlungen.

www.xylem.com

Beitrag aus wwt − wasserwirtschaft wassertechnik Modernisierungsreport 2019/20
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