Einzigartige Technologie 

Effiziente und zuverlässige Dichtheitsprüfung

von Erdgasleitungen aus der Luft mit CHARM®

Wie funktioniert die Gasdetektion?

Mit CHARM® wird die Konzentration von Methan, dem Hauptbestandteil von Erdgas, in der Luft gemessen und mögliche freigesetzte Erdgasspuren ermittelt. Um Erdgasspuren zu identifizieren, nutzt CHARM® die Eigenschaft chemischer Verbindungen, Licht bestimmter Wellenlängen zu absorbieren. Hierfür kommt die Methode des sogenannten Differentiellen-Absorptions-LIDAR (DIAL) zur Anwendung. Dabei werden vom System zwei Laserpulse unterschiedlicher Wellenlänge ausgesandt.

CHARM®-1

Im Einsatz seit:

2008

Verwendetes Luftfahrzeug:

Bölkow BO 105
Zertifiziert: seit 2008 durch den DVGW

Messverfahren:

DIAL
Gemessenes Medium: Methan
Messungen pro Sekunde: 100

Scankorridor:

7m
Auflösung: ca. 1 Messung/m²
Strahlführung auf der Leitung: automatisch
Nachweisbare Gasemission:

150 l/h

Messstrahl
Licht wird von Methan absorbiert

Referezstrahl
Licht wird nicht von Methan
absorbiert

Die erste Wellenlänge ist so gewählt, dass sie von Methan spezifisch absorbiert wird, während die zweite Wellenlänge nicht absorbiert wird. Beide Lichtimpulse treffen den Erdboden und werden hier in alle Richtungen gestreut. Ein sehr kleiner Teil des Lichts kehrt zum System zurück und wird mit einem äußerst empfindlichen Sensor detektiert. Aus dem Verhältnis des zum Messsystem zurückgestreuten Lichts beider Laserpulse lässt sich die Zahl der auf dem Lichtweg befindlichen Methanmoleküle ermitteln. CHARM® führt 100 Messungen pro Sekunde durch.

CHARM® erzeugt 100 Messpunkte je Sekunde, diese werden in einem etwa 7 m breiten Korridor entlang der Leitung verteilt. Die Mittelachse des Scankorridors heißt Centerline.

Navigation und automatische Strahlführung

Um die exakte Position des Messsystems im Raum zu bestimmen, wurde CHARM® mit einem DGPS-Empfänger ausgestattet (DGPS: Differentielles Globales Positionierungssystem). Zur Bestimmung der Lage und Bewegung des Helikopters im Raum (Yaw-, Pitch- und Rollwinkel, siehe Abbildung unten) gibt es zusätzlich eine inertiale Messeinheit (IMU) an Bord. Die Verknüpfung dieser Navigationsdaten mit der an Bord mitgeführten Leitungsdatenbank ermöglicht die präzise Steuerung des Messstrahls auf dem Boden in Echtzeit.

Da ein Helikopter dem Leitungsverlauf nicht zentimetergenau folgen kann, hat die ADLARES GmbH eine Technologie entwickelt, die den Messstrahl vollautomatisch auf der Pipeline führt. Der Scankopf ist beweglich und kann somit eine horizontale Abweichung des Helikopters von bis zu 50 m gegenüber der Leitung ausgleichen. Auch die Drehung des Helikopters um seine Längsachse (Roll, siehe Abbildung unten) wird auf diese Weise kompensiert. Die Verdrehung des Scanners gegenüber der Hochachse des Helikopters wird als Trackingwinkel bezeichnet.

YAW: Drehung um die Hochachse,
Pitch: Drehung um die Querachse,
Roll: Drehung um die Längsachse

Mit CHARM® wurde eine automatische Strahlführung entwickelt, da sich ohne beweglichen Scanner zahlreiche Probleme ergeben. Zunächst muss immer in Lee (windabgewandte Seite) der Leitung geflogen werden, um austretendes Gas, das vom Austrittsort weggeweht wird, sicher zu detektieren. Jedoch wird die Gaswolke mit zunehmenden Abstand zum Austrittsort immer weiter verdünnt, die Konzentration nimmt folglich ab. Bei Undichten auf der Leitung abseits betriebswichtiger Punkte ist die Gaskonzentration am Austrittsort häufig so gering, dass bereits bei geringer räumlicher Abweichung der Messung vom Austrittsort keine erhöhten Gaskonzentration gemessen werden kann (siehe Abbildung „Strahlführung im Lee der Leitung“).

Helikopter senkrecht über der Pipeline

Helikopter mit seitlichem Versatz zur Pipeline,
Autotracking hält den Messstrahl auf der Leitung

Strahlführung in Lee der Leitung aufgrund des
starren Laserstrahlaustritts ohne beweglichen Scanner,
der Messstrahl misst immer senkrecht vom Helikopter zum Boden

Automatische Strahlführung mit CHARM®, der bewegliche Scanner gleicht den Rollwinkel und Abstand zur Leitung aus

Eine Variabilität des Windes von 20° ist selbst bei relativ konstanten Windrichtungen normal. Dies führt zu einem weiteren Problem. Die  Verortung des Austrittsortes der Emission wird spekulativ. Eine Abweichung des realen Windes vom angenommenen Wind um 20° kann, je nach Abstand zur Leitung zu einem deutlichen Versatz des angenommenen Austrittsorts gegenüber dem tatsächlichen Emissionsort von mehr als 50 m führen (siehe Abbildung rechts).

Selbst wenn es dem Piloten gelingt permanent auf der windabgewandten Seite der Leitung zu fliegen, so ist ohne beweglichen Scankopf nicht sichergestellt das auch auf der richtigen Seite der Leitung gemessen wird. Dies ist insbesondere bei Leitungsknicken der Fall, an denen Kurven geflogen werden müssen. Denn wird mit einem Helikopter eine Kurve geflogen, führt dies in der Regel zu Rollbewegungen des Helikopters um seine Längsachse. Der Messstrahl ohne beweglichen Scankopf wird dabei abhängig von der geflogenen Höhe seitlich versetzt und kann damit über die Leitung auf die Luvseite (windzugewandten Seite) gelenkt werden. Tritt nun Gas aus der Leitung aus, kann dies vom System nicht mehr erfasst werden (siehe Abbildung links).